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Générations et détections des rayons X Pr Eric Chabrière

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Présentation au sujet: "Générations et détections des rayons X Pr Eric Chabrière"— Transcription de la présentation:

1 Générations et détections des rayons X Pr Eric Chabrière

2 Pour un expérience diffraction, on a besoin dune source de Rayons X monochromatique. 2 techniques: -tubes à rayons X et anodes tournantes -synchrotrons

3 Comment accélérer des électrons? Force de Lorentz: q: charge E : champs électrique V: vitesse B : champs magnétique Le champs électrique accélère la charge. La vitesse varie (l'énergie aussi). E V anode cathode e-e- e-e- e-e-

4 Le champs magnétique dévie une charge en mouvement (Force de Laplace) La vitesse ne varie pas. Le champs magnétique ne change pas l'énergie cinétique de la charge

5 Tubes à rayons X Principe: On bombarde une plaque de métal avec des électrons iIiI I V Filament anode électrons Sur lanode, avec les collisions des électrons de cœur sont éjectés. Des électrons de surface viennent combler les trous en émettant des photons. RX + - Les électrons sont accélérés dans un champs électrique.

6 Anode tournante Si on veut augmenter le rayonnement des rayons X, il faut augmenter le bombardement des électrons. Lors de ce bombardement, lanode chauffe et peut fondre. Pour éviter cela on peut utiliser une anode qui tourne et qui sera refroidie par de leau

7 Spectre démission Rayonnement de freinage (raie blanche) Spectre de raie dépend de la nature de lanode (Cu ou Mo) Il faut que lénergie des électrons soit supérieure à lénergie des seuils dabsorption (environ keV)

8 Filtres (monochromateurs) Pour la cristallographie, il faut une source monochromatique. filtre par absorption, cristaux ou miroir Filtre par absorption Labsorption dépend de la longueur donde et peut varier brusquement autour du seuil.

9 Le cuivre est lanode ( =1.54 Å) la plus utilisée en biocristallographie. Le filtre associé est une plaque de Ni. On ne peut pas séparer les 2 raies K 1 et K 2 (très proches). On perd de lintensité avec ce filtre.

10 Filtre par cristal ou miroir multicouche les miroirs multicouches agissent comme un cristal. Langle de diffraction dépend de la longueur donde. 2d sin n Loi de Bragg) Il y a moins de perte par absorption. Les miroirs peuvent servir à collimater le faisceau et le rendre très brillant.

11 Anode tournante + diffractomètre

12 Synchrotron Les électrons émettent un rayonnement électromagnétique lorsqu'ils sont accélérés. Les électrons en mouvement sont déviés par un champs magnétique ( force de Laplace, ) Lumière (infra-rouge à rayon

13 Accélération des électrons booster anneaux de stockage Elément de courbure Ligne de lumière Les électrons tournent à la vitesse de la lumière (6GeV) Cavité accélératrice Compense la perte d'énergie du rayonnement

14 Eléments de courbure. Courbe la trajectoire des électrons + émission de lumière RX Aimant de courbure Ondulateur L'électron est plusieurs fois accéléré Très brillant (synchrotron 3ème génération ESRF, SOLEIL) B

15 Ligne de lumière Monochromateur + forme du faisceau Diffractomètre + détecteur (possibilité de contrôler à distance, télé-expérience)

16 Anode simple Anode tournante Aimant de courbure au synchrotron Wiggler au synchrotron Undulateur au synchrotron Evolution de la brillance des rayons X

17 Le rayonnement synchrotron Avantages: -Très brillant (meilleure résolution, collecte rapide) -Faisceau de très grande qualité -Longueur d'onde réglable (MAD) -Radiation polarisée -Matériel haut de gamme + compétences Inconvénients: -Le rayonnement n'est pas constant Décroissance, Injection -Déplacement -Coût (budget annuel 100 Millions )

18 Les détecteurs Film photographique: obsolète Détecteur ponctuelle: non adapté pour les macromolécules (trop de tâches à mesurer) Image plate Détecteur CCD

19 Image plate Plaque avec un mélange de BaFBr:Eu2+ et des cristaux de phosphore. Les cristaux de P sont des centres photosensibles qui stockent une partie de lénergie des rayons X qui les touchent (t1/2=8H) Principe Avantages: -grande surface -prix -bonne dynamique Inconvénient: -temps (~1min) Adapté au laboratoire avec une anode tournante

20 Détecteur CCD Principe: Les rayons X excitent une plaque de phosphore dont l'émission de lumière est transférée par fibres optiques sur un semi-conducteur. Il existe des versions où le CCD enregistre directement les rayons X. Avantages: -lecture rapide -très bonne sensibilité -Peu de bruit (en progrès) Inconvénients: -prix -Petite surface (corrigée par plusieurs détecteurs) -Faible dynamique (saturation) -bruit temps dépendant (Zinger, dark-curent) Adapté pour les synchrotrons.

21 Diffractomètre Sert à orienter le faisceau, le cristal et le détecteur Pour les macromolécules Enregistrement selon Eventuellement selon pour la complétude 2 sert à améliorer la résolution (0 en général car les détecteurs sont larges) Pour augmenter la résolution on approche le détecteur. Tête goniomètre pour régler la position du cristal dans le diffractomètre


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