Système d’Analyse par Faisceaux d’Ions Rapides

PIXE

Le PIXE (Particle-Induced X-ray Emission, émission de rayons X induite par particules) identifie et quantifie simultanément la plupart des éléments présents dans un échantillon, avec une sensibilité de l’ordre du ppm. Contrairement à la RBS, à la NRA ou à l’ERDA, il ne donne pas de profil en profondeur, mais la composition élémentaire globale de l’échantillon en une seule mesure.

Principe physique

Le faisceau incident éjecte un électron d’une couche interne des atomes de la cible. Le réarrangement électronique qui suit s’accompagne de l’émission d’un rayon X caractéristique de l’élément concerné, détecté et analysé en énergie. Le signal dépend :

  • De la nature de l’atome cible, via l’énergie des raies X caractéristiques (chaque élément a sa propre signature)
  • De la concentration de cet élément, via l’intensité du signal, intégrée sur tout le parcours du faisceau dans l’échantillon, sans information de profondeur
Schema PIXE : faisceau incident sur echantillon, rayons X caracteristiques emis vers le detecteur PIXE

Caractéristiques techniques

  • Faisceau incident : ¹H⁺, 1 à 2,2 MeV
  • Détecteur : détecteur Si(Li).
  • Sensibilité : de l’ordre du ppm (partie par million) pour de nombreux éléments
  • Éléments détectés : Z ≳ 11 (sodium et au-delà), tous simultanément
  • Profondeur analysée : jusqu’à quelques µm.

Avantages

  • Multi-élémentaire : tous les éléments détectés simultanément en une seule acquisition
  • Très bonne sensibilité aux éléments traces (ppm)
  • Non destructif et rapide

Limitations

  • Aucune résolution en profondeur : composition globale, pas un profil
  • Pas sensible aux éléments très légers (H à Ne), dont les rayons X de basse énergie sont fortement absorbés
  • Fond continu de freinage (bremsstrahlung) qui limite la sensibilité pour certains éléments

Applications typiques sur SAFIR

  • Identification rapide des éléments traces dans un échantillon inconnu
  • Analyse de matériaux géologiques, environnementaux ou du patrimoine
  • Contrôle de pureté et détection de contaminants métalliques

Complémentarité avec les autres techniques

Le PIXE complète la RBS, la NRA et l’ERDA en donnant en une seule mesure la liste et la quantité des éléments présents, y compris à l’état de traces, là où les autres techniques ciblent un profil en profondeur pour un élément ou une gamme d’éléments donnée.

Publication de référence

S.A.E. Johansson, T.B. Johansson, « Analytical application of particle induced X-ray emission », Nuclear Instruments and Methods, vol. 137, p. 473, 1976. DOI : 10.1016/0029-554X(76)90470-5

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