Spectroscopie avec un capteur CCD. Applications

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Laure Côté
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1 Spectroscopie avec un capteur CCD & Applications

2 RAPPEL SUR LES CAPTEURS CCD Interaction de photons dans un CCD Création d'un photo-électron Dans le proche IR et visible, le photo-électron produit n'a pas l'énergie suffisante pour créer d'autres paires e-/trou (N ~ 1 paire) Dans le domaine UV lointains/x, le photo-électron possède une énergie cinétique importante (EC = E EL) Création d'un nuage de charge proche de la position d'interaction N = E / w avec w, l'énergie nécessaire pour créer une paire e-/trou (w ~ 3.6 ev) A.N. : Pour un photon de E = 1 kev, N ~ 274 paires e-/trou

SPECTROSCOPIE EN X Si la chaine électronique est capable de mesurer la quantité de charge produite par chaque interaction, on peut remonter à l'énergie du photon incident.

3 SPECTROSCOPIE EN X Si la chaine électronique est capable de mesurer la quantité de charge produite par chaque interaction, on peut remonter à l'énergie du photon incident. En comptant les photons un par un, on est alors capable de produire un spectre et une image. Spectre = nb d'événements en fonction de l'énergie Image du reste de supernova Cas A dans le domaine des rayons X

4 CHAINE ELECTRONIQUE La configuration de la chaîne dépend des objectifs de la mesure (comptage, spectroscopie, déclencheur...) Détecteur Préampli. Ampli. Mise en forme Système de traitement de l impulsion Information A retenir : - Le signal fourni par le détecteur est généralement une quantité de charge Q. - Le détecteur est alimenté soit directement soit à travers le préampli. - Le préamplificateur est nécessaire si Q est trop faible - La mise en forme est nécessaire pour la spectroscopie fine - Les éléments de la chaîne doivent être linéaires - La définition et le réglage des éléments de la chaîne doivent être adaptés à l objectif de la mesure - Les signaux de la chaîne peuvent être utilisés pour d autres analyses en parallèle (ex. datation, PSD) - Le système de traitement de l impulsion fourni un signal numérique

5 ANALYSEUR MULTI-CANAUX A - Description générale L analyseur multi-canaux (MCA) convertit l amplitude des impulsions en valeur numérique appelée numéro de canal. Si la réponse du MCA est linéaire alors la valeur du numéro de canal (C) est proportionnelle à l énergie déposée dans le détecteur : E = a C + b Le MCA compte pour chaque canal, le nombre d impulsions détectées spectre Nécessité de calibrer le spectre en unités physiques utilisation de sources radioactives

6 ANALYSEUR MULTI-CANAUX B - Réglage Il faut régler le gain de l amplificateur de la chaîne pour couvrir la plage de mesure souhaitée. Le nombre de canaux à utiliser ne doit être : - trop petit perte de résolution - trop grand pas assez de coups par canal Il dépend donc de la résolution du détecteur. Fig 18-8 p 660

7 En optique, il est nécessaire d'utiliser un banc spectroscopique en plus du capteur CCD. Ce banc spectroscopique a pour fonction de décomposer la lumière incidente en fonction de la longueur d'onde des photons. Ce banc inclut un élément dispersif : un prisme et/ou un réseau.

$Réfraction Loi de Snell-Descartes n1 sin$ lumineux dépend de la longueur d'onde.

8 Réfraction Loi de Snell-Descartes n1 sin i1 = n2 sin i2 La déviation des rayons lumineux dépend de la longueur d'onde. Plus λ est grande et plus la déviation sera petite.

$Diffraction et interférences La lumière est une onde électromagnétique.$

9 Diffraction et interférences La lumière est une onde électromagnétique. Dès que la lumière rencontre un objet, la propagation de l'onde est modifiée. Considérons une fente éclairée Figure d'interférence

$Diffraction et$ Analogie avec

10 Diffraction et interférences Analogie avec une onde dans l'eau

11 Diffraction et interférences Analogie avec une onde dans l'eau

12 Diffraction et interférences Analogie avec une onde dans l'eau

13 Diffraction et interférences Analogie avec une onde dans l'eau

$Diffraction et interférences Considérons$

14 Diffraction et interférences Considérons plusieurs fentes réseau

15 Diffraction et interférences Considérons plusieurs fentes réseau

$Diffraction et$ Considérons plusieurs

16 Diffraction et interférences Considérons plusieurs fentes réseau

$be/3e1e57cmg-4 Diffraction et interférences Considérons$

17 Diffraction et interférences Considérons plusieurs fentes réseau Critère de Rayleigh

18 Spectromètre

19 APPLICATIONS Spectrophométrie

20 APPLICATIONS Spectroscopie par fluorescence X C'est une méthode d'analyse utilisée pour la détection et la quantification des éléments présents dans des échantillons liquides, solides ou en poudre. Les domaines d'applications possibles sont : l'analyse de matériaux (état solide, polymères,...etc.), la biomédecine (échantillons d'origine humaine animale ou végétale), l'archéométrie archéologiques), (objets les géosciences géologie) les aérosols d'art ou (environnement,

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