Agenda Activités Bulletin d'Information Publications Historique Contacts Liens		Société libre d'Emulation - Liège (Belgique) Activités 22 septembre 1999 VISITE DU CYCLOTRON DE L'INSTITUT DE PHYSIQUE NUCLEAIRE EXPERIMENTALE L'Institut de Physique Nucléaire Expérimentale (I.P.N.E) de l'Université de Liège oriente principalement ses recherches vers des études fondamentales en physique atomique (spectroscopie et modélisation de l'atome) et vers le développement de méthodes analytiques basées sur l'utilisation de particules chargées accélérées. La technique de spectroscopie faisceau-lame consiste à envoyer un faisceau de particules rapides produites par un accélérateur à travers une feuille-cible de carbone. On peut étudier les caractéristiques (énergies et durées de vie atomique) des ions excités lors des collisions avec les atomes de la feuille en observant le rayonnement électromagnétique qu'ils émettent en se désexcitant. Les méthodes analytiques permettent le dosage de très faibles quantités d'éléments dans des échantillons de natures très diverses. Les méthodes mises en oeuvre ont toutes en commun l'utilisation d'un faisceau de particules chargées. Ces particules, lorsqu'elles traversent l'échantillon à analyser, donnent lieu à des interactions électromagnétiques et/ou nucléaires. L'analyse est opérée par la détection du rayonnement induit ou des particules émises par la cible. En utilisant des standards, il est alors possible de déterminer la concentration élémentaire de l'échantillon. Récemment, ces méthodes d'analyse ont été appliquées avec succès à l'étude d'oeuvres d'art et s'intègrent dans la mise en place à Liège d'un Groupe Interfacultaire d'Archéométrie. Compte-rendu de la visite, par Guy Dehalu Et d'abord qu'est-ce qu'un cyclotron? Larousse nous en donne la définition : "accélérateur de particules élémentaires électrisées, utilisant la résonance magnétique" Imaginé vers 1931 par l'Américain E.O. Lawrence, le cyclotron se compose d'une chambre à vide cylindrique, dans l'axe de laquelle règne un champ magnétique intense, produit par un électro-aimant. Dans cette "boîte" se trouvent deux électrodes creuses en forme de D, auxquelles est appliquée une tension alternative de haute fréquence. Des particules électrisées (ou ions) - protons (noyau de l'atome d'hydrogène), deutons (noyau de l'atome de deutérium formé d'un proton et d'un neutron), ... - injectées dans la boîte passent d'une électrode dans l'autre au moment où cette tension est maximale; elles subissent une accélération et décrivent des trajectoires circulaires de rayons croissants, avec une vitesse qui augmente constamment. Lorsqu'elles ont acquis une énergie suffisante (exprimée en eV ou MeV : électron-Volt ou Millions d'électron-volts), elles sont dérivées vers la matière à analyser, où elles produisent une réaction nucléaire. Les produits de ces réactions sont alors analysés dans des équipements de détection et d'analyse des spectres et les résultats sont affichés sur des écrans d'ordinateurs. Alors quelle est la différence entre un cyclotron et un accélérateur de type Van de Graaf? Essentiellement la puissance : le cyclotron possède une énergie maximum de 23 MeV (protons) l'accélérateur Van de Graaf, 2 à 3 MeV (protons). Ceci étant posé, que peut-on analyser de cette manière et comment ? Le faisceau d'ions ainsi produit et dirigé sur le matériau à analyser va interagir avec les électrons et les noyaux qui le composent en donnant lieu à l'émission de particules ou de rayonnements caractéristiques des éléments constituant le matériau. Si, par exemple, le faisceau ionique expulse l'électron d'une couche interne d'un atome, le vide ainsi créé est instantanément comblé par le passage d'un électron d'une couche externe vers la couche interne déficitaire avec émission de rayons X caractéristiques de l'atome concerné. C'est la méthode PIXE - pour Particle Induced X-ray Emission - particulièrement bien adaptée au dosage d'éléments moyens et lourds dans des matrices légères de type biomédical (os, plasma, gel d'électrophorèse, ...). La méthode RBS - pour Rutherford Backscattering - est basée sur la détection de particules chargées diffusées élastiquement par les noyaux constitutifs du matériau à analyser. L'énergie ainsi diffusée, à un angle donné et pour une particule incidente donnée, dépend essentiellement de la masse du noyau. Cette mesure permet de séparer les masses atomiques des éléments et de déterminer leur distribution en profondeur et de calculer les concentrations absolues de ces éléments sans l'aide de standards. C'est cette méthode qui permet d'analyser les constituants d'oeuvres d'art anciennes et en particulier des différentes couches de tableaux peints. Un appareil ingénieux d'orientation du tableau, mis au point dans les ateliers du laboratoire, permet ainsi de faire varier à volonté l'angle d'incidence et le point d'impact du faisceau d'ion produit par un accélérateur Van de Graaf. En plus de ces recherches appliquées, le cyclotron est aussi un équipement capable de résoudre des problèmes de recherches fondamentales, comme, par exemple, la vérification de modèles mathématiques de physique atomique théorique, la détermination de l'abondance des éléments dans les étoiles et la détermination de caractéristiques fondamentales d'atomes ou d'ions. De ces équipements remarquables, l'Université veut faire profiter pleinement son environnement socio-économique, entreprises et organismes régionaux ou internationaux. Ils représentent souvent des investissements considérables et sont à la pointe de l'évolution scientifique, sans cesse confrontés aux recherches les plus récentes qu'exercent chercheurs et professeurs. Derrière les murs de béton épais, les grilles protectrices, le dédale des chemins parcourus par ces particules fantômes, la curiosité des visiteurs fut amplement satisfaite. Et puis voici un instrument précieux, après celui du Laboratoire d'Analyse par Réaction Nucléaire du Professeur Demortier à Namur (mai 1998), pour les spécialistes de l'archéométrie. Institut de Physique Nucléaire Expérimentale au Sart Tilman : Bâtiment B 15 - Parking P 45 Tél. 04/ 366 36 90 - Fax 04/ 366 28 84 E-mail : ipne@ulg.ac.be - Internet : http://www.ulg.ac.be/ipne/
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