Interaction rayonnement-matière

Les interactions rayonnement-matière décrivent les effets d'un rayonnement sur un atome. Le terme " rayonnement " est à prendre dans son sens quantique :

  • rayonnement électromagnétique (lumière, rayon X, rayon gamma) ;
  • particule (électron, neutron (Le neutron est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge électrique (ni positive, ni négative). Les neutrons, avec les protons,...), rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) alpha).

Ces rayonnements sont utilisés pour analyser la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...). En effet, les atomes sont trop petits pour être visible ou palpable, on ne peut donc les connaître que de manière indirecte ; on regarde la manière dont ils perturbent un rayonnement incident. Ceci a donné naissance à deux types de méthodes d'analyse :

  • les méthodes de diffraction : lorsque les atomes sont organisés de manière ordonnée (cristal), le rayonnement va être diffusé dans certaines directions de l'espace uniquement ; l'étude de cette répartition spatiale de l'intensité diffusée permet de caractériser l'organisation (Une organisation est) de la matière ;
  • les méthodes spectrométriques : les atomes vont absorber une partie des radiations incidentes et en réémettre d'autres, le spectre d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie électronique. Le...) et de réémission est caractéristique des énergies de liaison de la matière, et donc de sa nature chimique.

Diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de « vaporisation » (diffuseur d'un...), ionisation (L'ionisation est l'action qui consiste à enlever ou ajouter des charges à un atome ou une molécule. L'atome - ou la molécule - en perdant ou en gagnant des charges n'est plus neutre électriquement. Il est alors appelé ion.)

Le rayonnement incident peut interagir de plusieurs manières avec l'atome :

  • il peut être diffusé, c'est-à-dire qu'il " rebondit " sur l'atome :
    • diffusion élastique : le rayonnement rebondit sans perdre d'énergie ; si le rayonnement incident est électromagnétique (lumière, rayon X) on parle de diffusion Rayleigh (La diffusion Rayleigh est un mode de diffusion des ondes (par exemple électromagnétiques ou sonores) dont la longueur d'onde est très supérieure à...), si c'est un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des...), on parle de rétrodiffusion ;
    • diffusion inélastique : le rayonnement provoque l'éjection d'un électron faiblement lié, il perd donc de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.), c'est la diffusion Compton ;
  • il peut être absorbé, en provoquant une transition électronique :
    • si l'énergie incidente est faible, il provoque simplement le changement d'orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) d'un électron ;
    • si l'énergie est suffisante, il provoque une ionisation ; si le rayonnement incident est électromagnétique, on parle d'effet photoélectrique (L'effet photoélectrique désigne l'ensemble des phénomènes électriques d'un matériau provoqués par l'action de la lumière. On distingue deux cas : des électrons sont éjectés du matériau...) et l'électron éjecté est un photoélectron ; si le rayonnement incident est un faisceau d'électrons, les électrons éjectés sont des électrons secondaires.

Relaxation

Dans le cas ou le rayonnement est absorbé, l'atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec...) est dit " excité " car son état d'énergie n'est pas l'état minimal. Il s'ensuit donc une " relaxation " (ou " désexcitation ") : un électron d'une couche supérieure vient combler la case quantique (En physique, en mécanique quantique, dans le modèle de Bohr, les cases quantiques sont les places dans les orbitales atomiques qui peuvent être occupées par un électron, ou par une paire...) laissée vacante par l'électron éjecté.

Si l'énergie de transition est modérée (c'est-à-dire si le rayonnement incident avait une énergie modérée), la relaxation provoque l'émission d'un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement...) de faible énergie (visible ou ultra-violet), c'est le phénomène de fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »). Elle peut...). Si l'énergie de transition est élevée, on peut avoir deux cas :

  • il y a émission d'un photon fluorescent, qui du fait de son énergie, est un photon X, on parle de fluorescence X ;
  • ce photon X peut être recapturé par l'atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...) lui-même et provoquer l'éjection d'un électron périphérique, c'est l'émission Auger.

image:interaction_rayonnement_matiere_relaxation.png

Autre interactions

  • spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au...), Résonance paramagnétique électronique (La résonance paramagnétique électronique (RPE) est une technique de mesure physique. Elle est également connue sous le nom de résonance de spin électronique (ESR en anglais).), résonance magnétique nucléaire (La résonance magnétique nucléaire est une technique de spectroscopie appliquée aux particules ou ensembles de particules atomiques qui ont un spin nucléaire non nul.) et imagerie médicale (L'imagerie médicale regroupe les moyens d'acquisition et de restitution d'images à partir de différents phénomènes physiques (Résonance magnétique, réflexion d'ondes ultrasons, radioactivité,...)
  • phonon (En physique de la matière condensée, un phonon (du grec ancien φονη / phonê, la voix) désigne un quantum de vibration dans un solide cristallin, c'est-à-dire un « paquet élémentaire de...), spectrométrie Raman

Applications

Méthodes d'analyse utilisant un rayonnement incident électromagnétique
rayonnement incident
effet infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus...) visible, ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et celle des rayons X.) rayons X
absorption spectroscopie et microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de...) infrarouge à transformée de Fourier (En analyse, la transformation de Fourier est un analogue de la théorie des séries de Fourier pour les fonctions non périodiques, et permet de leur associer un spectre en fréquences. On...) (IRTF) spectrométrie d'absorption,
oxymètre
radiographie (La radiographie est l'ensemble des techniques permettant de réaliser des clichés à l'aide de rayons X des structures internes d'un patient ou d'un composant mécanique (la...)
absorption des rayons X (La spectrométrie d'absorption des rayons X aide à déterminer la structure d'un matériau. Elle a l'avantage d'être sélective quant à l'espèce atomique observée.) (XANES, EXAFS)
fluorescence microscope laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...)
microscope à fluorescence (La fluorescence est la propriété que possèdent certains corps d'emettre de la lumière après avoir absorbé des photons de plus forte énergie (plus courte longueur d'onde).)
spectrométrie de fluorescence X (La spectrométrie de fluorescence X (SFX ou FX, ou en anglais XRF pour X-ray fluorescence) est une méthode d'analyse chimique élémentaire utilisant une...)
diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène peut être interprété...) diffraction de rayons X
effet photoélectrique XPS, ESCA
Méthodes d'analyse utilisant un rayonnement incident particulaire
rayonnement incident
effet électron neutron ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais, à partir de l'adjectif grec ἰόν (ion), se...)
absorption microscope électronique en transmission
émission d'électron spectrométrie Auger,
microscope électronique à balayage
diffraction EBSD,
microscope électronique en transmission
diffraction de neutrons
émission X microsonde de Castaing (La microsonde de Castaing (en anglais electron probe microanalysis, EPMA) est une méthode d'analyse élémentaire inventée en 1951 par Raimond Castaing. Elle consiste à bombarder un échantillon avec des électrons, et à analyser le spectre des...) PIXE
émiss
Page générée en 0.069 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique