Accelerator Van de Graaff 4 MV
L’accélérateur 4 MV est du type Van de Graaff simple étage. Fabriqué par la société HVEE (modèle KN4000), il était à l’origine utilisé pour la recherche en physique nucléaire au Centre de Recherches Nucléaires de Strasbourg (CRN, aujourd’hui Département Recherches Subatomiques de l’IPHC).
Par la suite il a été réaffecté à l’analyse des matériaux. Transféré à l’InESS (alors laboratoire PHASE) en 2001, sa modification a été financée dans le cadre du Contrat de Plan État-Région 2000-2006.
Trois lignes de faisceau ont ainsi pu être aménagées, deux lignes continues pour les analyses et l’implantation haute énergie, ainsi qu’une ligne pulsée plus adaptée à certaines études.
Cet accélérateur est principalement destiné à l’usage des chercheurs du Laboratoire mais une activité de service à l’intention d’autres laboratoires ou d’industriels est également assurée.
Les demandes peuvent simplement être adressées par courriel.
Outre du temps de faisceau, le Laboratoire propose différents équipements pour la préparation, le recuit ou l’analyse des échantillons.
Caractéristiques techniques
- Tension d’accélération : 1 à 4 MV
- Source : HF
- Faisceaux disponibles : tous les ions sous forme gazeuse (H, D, 3He, 4He, C, N, O, Ne, Ar, Kr, Xe ...)
- Courants : quelques dizaines de µA
- Taille du faisceau : de l’ordre du mm
- Balayage : électrostatique et piège à éléments neutres sur une surface de 2 cm x 2 cm
- Porte-échantillon : thermostaté, support refroidi (eau ou azote liquide) ou chauffé jusqu’à 700 °C
- Faisceau pulsé : 17 kHz, 1 ns
Principales utilisations
Les faisceaux d’ions sont utilisés pour analyser, modifier et synthétiser des matériaux. L’analyse est faite en observant les particules ou rayonnements émis pendant le bombardement avec des particules légères.
L’implantation consiste à introduire un élément donné dans un matériau en contrôlant de façon précise la quantité et la profondeur ( 1 µm de la surface) de l’espèce introduite.
C’est une méthode physique d’élaboration des matériaux qui diffère de la chimie parce qu’elle a lieu hors de l’équilibre thermodynamique.
Le faisceau pulsé permet en outre d’étudier à l’échelle de la nanoseconde l’aspect temporel des mécanismes induits par les ions.
L’implantation permet de modifier différentes propriétés des matériaux :
- structurelles : création de défauts ponctuels ou étendus, formation d’agrégats, amorphisation
- mécaniques : microdureté, résistance à la fatigue, à l’usure, formation de nouvelles phases
- électriques : dopage, ingénierie des défauts, diffusion assistée par faisceau
- optiques : changement de l’indice de réfraction, introduction d’effets non linéaires
- magnétiques : formation de domaines magnétiques
Aux fortes fluences, l’implantation permet aussi de synthétiser des composés ou des alliages.