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IV-DIFFRACTION
DES RAYONS X
IVA
- Production des rayons X :
IVB - La diffraction des rayons X :
IVA
- Production des rayons X :
L'émission
des rayons X est du au choc d'un faisceau d'électrons rapides sur
un obstacle matériel.
Ce faisceau d'électrons est également obtenu
dans un tube à émission thermoélectrique. Ce tube est formé d'un ballon
de verre ou d'acier, portant deux tubulures diamétralement opposées
sur lesquelles sont soudées deux électrodes et où règne un vide
aussi poussé que possible (10-6 mm de mercure) afin de ne pas ralentir
les électrons.
La cathode C est constituée par un filament spiralé de tungstène
porté à incandescence par un courant à basse tension, dont l'intensité
est réglée par le potentiomètre. A haute température une évaporation
électronique se produit : le métal émet des électrons, et d'autant plus
que la température est élevée. L'anode A est une pièce massive
en métal taillée à 45°, dans laquelle est encastrée une pastille de
tungstène ou d'un autre métal (cuivre, molybène, cobalt,…), et possédant
un dispositif de refroidissement par circulation d'eau ou d'huile. Les
électrons (ou rayons cathodiques) sont accélérés par une forte tension
(50 à 1000 kV) appliquée entre les électrodes se dirigent sur la pastille
qui émet un rayonnement X. Mais la presque totalité de l'énergie cinétique
des électrons est transformée en chaleur. On réalise une source de rayons
X très fine (foyer) en entourant la cathode d'un cylindre métallique
qui repousse les électrons et les concentre.
IVB
- La diffraction des rayons X :
Les
rayons X sont de même nature que la lumière, mais ils ont une longueur
d'onde mile fois plus courte, soit de l'ordre de l'Angström (Å).
Quand un cristal est irradié par un fin pinceau de rayons X, chacun
des atomes "diffuse", c'est-à-dire qu'il est la source d'une onde de
faible amplitude se propageant dans toutes les directions, ces "ondulettes"
interfèrent entres elles.
Schéma
de l' "expérience de LAUE ". Un cristal fixe est irradié
par un pinceau de rayons X polychromatiques ; les rayons diffractés
sont enregistrés sur un film photographique normal au pinceau incident.
La
diffusion de l'ensemble des atomes du cristal est annulée dans toutes
les direction, sauf dans certaines, nombreuses d'ailleurs et bien précises,
où elle est beaucoup renforcée. On dit que le cristal produit des rayons
diffractés. Le phénomène tient à deux causes, d'une part à la régularité
du réseau d'atomes, et d'autre part, au fait que la longueur d'onde
du rayonnement X est de l'ordre de grandeur des distances interatomiques.
Les directions des rayons diffractés
sont déterminées par le réseau cristallin, et l'intensité relative des
différentes diffractions par la structure du motif d'atome dans la maille.
Inversement, de la direction des rayons diffractés, on peut déduire
la forme de la maille et ses dimensions : c'est possible dans tout les
cas et simple. Pour déterminer la position des atomes dans la maille,
il faut mesurer les intensités d'un très grand nombre de diffractions
: la méthode est toujours délicate et exige de longs calculs à l'ordinateur.
Les méthodes de diffraction des rayons X ne donnent pas une image de
la structure atomique, mais elles permettent de la reconstituer.
Ainsi, l'observation des franges de YOUNG, qui sont un
phénomène de diffraction avec la lumière visible, permettent de calculer
l'intervalle entre les trous de YOUNG, et on pourrait théoriquement
déterminer leur forme.
C'est il y a environ soixante-cinq ans que M. VON LAUE
et W.L. et W.H. BRAGG ont découvert le principe de la méthode.
Progressivement, les appareils ont été perfectionnés, puis automatisés,
la théorie a été améliorée, et enfin - et surtout - les cristallographes
ont eu à leur disposition de puissants ordinateurs.
Exemple de détermination de la structure
d'un cristal : soit un petit cristal isolé, avec des dimensions de quelques
dixièmes de millimètre. On le place sur le " diffractiomètre automatique
" qui donne les paramètres du réseau. Ensuite on demande à l'appareil
d'enregistrer les intensités des différents rayons réfractés, ce qui
exige des rotations, commandées automatiquement du cristal et du détecteur
de rayons X. Avec une maille de l'ordre de 5 à 10Å
il peut y avoir plusieurs milliers de diffractions.
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