Procédé d'analyse par rayonnement X émis par les atomes de la matière d'un échantillon placé dans une enceinte sous vide poussée et bombardé par les électrons émis
par une source et installation pour la mise en oeuvre du procédé
La présente invention est relative à un procédé d'analyse par rayonnement X émis par les atomes de la matière d'un échantillon placé dans une enceinte sous vide poussé et bombardé par des électrons émis par une source et capables de produire ledit rayonnement X dans les atomes dudit échantillon, I'enceinte présentant un orifice permettant de placer l'échantillon sur la trajectoire des électrons.
Lorsqu'on envisage de bombarder un échantillon au moyen d'un rayonnement électromagnétique de courte longueur d'onde, comme un rayonnement X, il est connu d'introduire ledit échantillon dans une enceinte sous vide, de munir l'enceinte d'une fenêtre transparente aux rayons X, et de placer sur le trajet des rayons X réfléchis par l'échantillon un cristal analyseur et un compteur, de telle façon qu'en modifiant l'angle d'inclinaison du cristal par rapport aux faisceaux émis, on puisse sélectionner successivement toutes les radiations de longueur d'onde caractéristiques des rayonnements émis et déduire de ces longueurs d'ondes la nature des constituants de l'échantillon considéré.
Après avoir isolé une radiation de longueur d'onde bien précise, il est possible par la mesure de son intensité, d'obtenir des indications sur la teneur de l'échantillon en le constituant dont on a isolé la radiation de longueur d'onde considérée.
Suivant une autre méthode connue d'analyse radiographique, au lieu de soumettre un échantillon à un rayonnement X, on bombarde sous vide poussé (environ 10-5 mm Hg) cet échantillon au moyen d'un faisceau d'électrons d'énergie suffisante (par exemple 10 Kv) pour provoquer l'émission d'un rayonnement
X que l'on peut analyser suivant procédé connu en soi. Cette dernière méthode présente l'avantage d'être particulièrement sensible, mais également l'inconvénient d'exiger de briser le vide à chaque changement d'échantillon et d'attendre que le vide ait été rétabli avant d'effectuer une nouvelle mesure. Ce pompage de l'enceinte demande un temps trop long (plusieurs minutes) pour être compatible avec les exigences de rapidité du contrôle industriel.
La présente invention a pour objet un procédé permettant d'éviter cet inconvénient.
Le procédé, objet de la présente invention, est caractérisé en ce que l'on incorpore ledit échantillon et un porte-échantillon dans un logement d'un support servant d'obturateur rotatif et étanche audit orifice, de telle façon que par simple fermeture d'un couvercle du logement de l'échantillon, celui-ci soit placé sur la trajectoire des électrons pour être bombardé par ceux-ci, en en ce qu'une fois le bombardement terminé et la mesure effectuée on déplace le support muni du porte-échantillon et de l'échantillon pour amener un autre porte-échantillon avec un échantillon nouveau à bombarder, ledit déplacement se faisant par glissement étanche sur la paroi extérieure de l'enceinte du support sur lequel les couvercles sont fixés de façon étanche, le second échantillon prenant la place du premier.
Selon une variante avantageuse du procédé, pendant que l'on opère une mesure sur l'échantillon se trouvant dans l'enceinte sous vide, on change l'échantillon du porte-échantillon qui n'est pas en période de mesure, et on réalise un vide poussé (pouvant être égal au vide de l'enceinte) dans l'espace restreint existant entre le second couvercle et la paroi extérieure de l'enceinte.
L'avantage de cette variante réside dans le fait que le remplacement d'un couvercle (garni de son échantillon et porte-échantillon) par un autre (également garni) peut se faire sitôt une mesure terminée, et ne comporte qu'une perte de temps minimum.
Cette variante comporte de plus l'avantage de ne pas nécessiter l'interruption dans l'émission électronique pendant le changement d'échantillon.
La présente invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé.
L'installation, que comprend la présente invention est caractérisée en ce qu'elle comprend une enceinte, un dispositif capable d'abaisser la pression dans cette enceinte à moins de 10-5 mm Hg, un dispositif émetteur et accélérateur d'électrons placé dans l'enceinte et capable de leur donner une énergie cinétique correspondant à l'émission d'un rayonnement X lorsqu'un échantillon est frappé par lesdits électrons, un orifice pratiqué dans l'enceinte pour placer l'échantillon sur la trajectoire des électrons, un support avec logement pour au moins un ensemble composé d'un échantillon et de son porte-échantillon, logement formé par un couvercle fixé de façon étanche sur le support, et le support pouvant glisser de façon étanche sur la paroi extérieure de enceinte,
par l'intermédiaire d'un joint hermétique solidaire dudit support lequel peut prendre vis-à-vis dudit onface des positions telles qu'un porte-échantillon puisse être tour à tour présenté en face dudit orifice et pour pouvoir y êre soumis au bombardement électronique puis être enlevé du support sans rompre le vide de l'enceinte, et un dispositif de mise sous vide poussé d'au moins un des espaces existant entre un couvercle et la paroi de l'enceinte.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une forme d'exécution du support que comprend une forme d'exécution de l'installation selon l'invention pour servir à une mise en oeuvre du procédé que comprend aussi l'invention.
La fig. 1 représente schématiquement une coupe verticale de ce support de l'installation, coupe dont le plan passe par l'axe vertical 1 du canon à électrons ou enceinte 2, et l'axe 3 de rotation du plateau 4. Le canon à électrons 2 comporte le filament émetteur 5 alimenté par les fils 6. Sous l'influence d'une différence de potentiel importante (par exemple 10 Kv) non représentée sur le croquis, les électrons émis par le filament sont dirigés vers le haut en un faisceau 7 sur l'échantillon 8, dans lequel ils provoquent un rayonnement dont un faisceau 9 s'échappe par une fenêtre 10 hors de l'enceinte 2.
Cette enceinte 2 sous basse pression (le générateur de vide n'est pas représenté sur le schéma) porte dans sa partie supérieure un orifice 12 limité par le plan incliné 11.
Au-dessus du plan incliné 1 1 et à l'extérieur de l'enceinte 2, un plateau 4 circulaire tourne autour de son axe 3, centré sur un pivot 14 et dans un épaulement circulaire 13. Le plateau 4 repose de façon étanche sur la face du plan 11 par l'intermédiaire d'un joint complexe. Le plateau 4 est pourvu de trois trous 16 disposés symétriquement par rapport à l'axe 3 et à 1200 l'un de l'autre. Ces trous servent chacun de logement à un porte-échantillon 17 et sont recouverts d'un couvercle 18 dont les bords reposent de façon étanche sur le plateau par l'intermédiaire d'un joint 19. Les repères 20 et 21 représentent des canalisations pratiquées dans la masse du boîtier, canalisations auxquelles seront raccordés sous la face inférieure 22 l'ensemble des dispositifs de mise à vide poussé (oo 10-3mmHg).
La fig. 2 représente, vu d'en haut, le support 4.
On y distingue les trois couvercles 18 à 1200 l'un de l'autre, l'axe 3, la trace des joints 19 et des trous 16 dans lesquels sont logés les porte-échantillons.
La fig. 3 représente le même support 4, mais vu de bas en haut. On y distingue les trois trous 16, l'axe 3 et le joint complexe 15 de la circonférence 23 extérieure aux trous 16 de la circonférence 24 à laquelle ces mêmes trous sont extérieurs, et de six rayons 25 reliant les deux circonférences 23 et 24 l'une à l'autre en divisant la couronne en six parties égales. Les rayons 25 sont fixés au support 4 par des vis 26. Les deux joints annulaires sont logés chacun dans une petite rainure circulaire 27 pratiquée dans le support.
La fig. 4 représente une vue d'en haut du boîtier entourant l'enceinte 2 après que l'on a enlevé le support 4. On y distingue l'axe 1, la trace 28 de l'axe 3, le logement 29 du pivot 14, l'épaulement circulaire 13, l'orifice 12 pratiqué dans le plan 11, les orifices des canalisations 20 et 21 dans la masse du boîtier.
L'installation fonctionne comme suit. Pendant une mesure, un des trois porte-échantillons est en position I (fig. 2) où il est soumis au bombardement électronique, le deuxième porte-échantillon est en position II au-dessus de la canalisation 21 où il est enlevé et remplacé par un autre, puis soumis à un vide poussé. Ces trois porte-échantillons sont isolés les uns des autres au point de vue pression grâce aux joints qui les entourent complètement. Une fois la mesure terminée, le support 4 est soumis à une rotation de
1200 autour de son axe 3 dans le sens de la flèche sans que les trois échantillons cessent d'être isolés au point de vue pression. Les porte-échantillons qui occupaient les positions I, II, III, occupent à ce moment les positions II, III, I.
Une nouvelle mesure peut avoir lieu immédiatement car la remontée de pression dans l'enceinte est minime en égard à sa connexion avec le porte-échantillon venant de la position III; il suffit de maintenir en service la pompe servant à créer le vide de 10-5 mm Hg dans l'enceinte. Pendant ce temps, l'échantillon venant de
I est maintenu en II où une mise temporaire à la pression atmosphérique permet de l'enlever et de le remplacer par un nouveau. Pendant ce temps également, l'échantillon venant de II (alvéole sous vide primaire) se trouve en III où il est soumis au vide de 10-5 mm Hg préparatoire à son introduction dans l'enceinte 2. Le cycle des opérations se continue par permutation circulaire.
Pendant les rotations du support 4, les joints annulaires 23 et 24 se déplacent avec ledit support sans se déformer à cause des rainures 27 ; les joints radiaux 25 se déplacent également sans déformation car ils sont maintenus solidaires du support par des réglettes (non représentées) vissées (vis 26). L'écrou 30 (fig. 1) qui s'engage sur une portée filetée du pivot 14 serre l'ensemble des joints entre le support 4 et la face 1 1 de façon réglable pour assurer l'étanchéité complète entre les portions de la couronne délimitées par les différentes branches du joint, sans écraser le joint et sans le déformer pendant qu'il glisse sur la surface 11. En cas d'usure après un nombre élevé de mesures, on peut soit renforcer le serrage, soit procéder au remplacement du joint, opération qui ne prend que quelques minutes.
La rotation du support 4 est facilitée par un roulement à billes 31 (fig. 1) serti dans un alvéole 32 pratiqué dans la masse du boîtier et enserrant une portée de roulement 33 solidaire du support 4.
Parmi les avantages que présente le procédé de la demande, on peut citer la possibilité de remplacer un échantillon sans briser le vide - la forme du plateau et les dimensions des trous pratiqués dans ce dernier, dimensions qui autorisent l'utilisation d'échantillons de formes très diverses - la sensibilité de l'émission X qui est notablement accrue par rapport à celle obtenue avec un bombardement X.
Il doit être expressément entendu que, le domaine de la présente invention s'étend à l'emploi de faisceaux électroniques capables de produire sur les échantillons des radiations de longueurs d'onde différentes de celles des rayonnements X, c'est-à-dire des radiations UV et visibles.
Method of analysis by X radiation emitted by the atoms of the material of a sample placed in a vacuum chamber pushed and bombarded by the emitted electrons
by a source and installation for the implementation of the method
The present invention relates to a method of analysis by X-radiation emitted by the atoms of the material of a sample placed in a chamber under high vacuum and bombarded by electrons emitted by a source and capable of producing said X-radiation in the cells. atoms of said sample, the enclosure having an orifice allowing the sample to be placed on the path of the electrons.
When it is envisaged to bombard a sample by means of electromagnetic radiation of short wavelength, such as X-rays, it is known practice to introduce said sample into a vacuum chamber, to provide the chamber with a window transparent to X-rays, and to place on the path of the X-rays reflected by the sample an analyzer crystal and a counter, so that by modifying the angle of inclination of the crystal with respect to the emitted beams, it is possible to select successively all the radiation of wavelength characteristic of the emitted radiation and deduce from these wavelengths the nature of the constituents of the sample considered.
After having isolated a radiation of very precise wavelength, it is possible by measuring its intensity, to obtain indications on the content of the sample by the constituent from which the radiation of the wavelength considered has been isolated. .
According to another known method of radiographic analysis, instead of subjecting a sample to X-rays, this sample is bombarded under a high vacuum (approximately 10-5 mm Hg) by means of an electron beam of sufficient energy ( for example 10 Kv) to cause the emission of radiation
X which can be analyzed according to a method known per se. The latter method has the advantage of being particularly sensitive, but also the drawback of requiring breaking the vacuum at each change of sample and waiting for the vacuum to be reestablished before carrying out a new measurement. This pumping of the enclosure requires too long a time (several minutes) to be compatible with the requirements of rapidity of industrial control.
The object of the present invention is a method making it possible to avoid this drawback.
The method, object of the present invention, is characterized in that said sample and a sample holder are incorporated in a housing of a support serving as a rotary shutter and sealed to said orifice, so that by simply closing the 'a cover for the housing of the sample, the latter being placed on the path of the electrons to be bombarded by them, in that once the bombardment is finished and the measurement has been carried out, the support provided with the holder is moved sample and the sample to bring another sample holder with a new sample to be bombarded, said displacement being effected by sealed sliding on the outer wall of the enclosure of the support on which the lids are tightly fixed, the second sample taking the place of the first.
According to an advantageous variant of the method, while a measurement is carried out on the sample located in the vacuum chamber, the sample of the sample holder which is not in the measurement period is changed, and the sample is taken a high vacuum (which may be equal to the vacuum of the enclosure) in the restricted space existing between the second cover and the outer wall of the enclosure.
The advantage of this variant lies in the fact that the replacement of a cover (lined with its sample and sample holder) by another (also lined) can be done as soon as a measurement is completed, and only involves a loss of minimum time.
This variant also has the advantage of not requiring an interruption in the electronic emission during the sample change.
A subject of the present invention is also an installation for implementing the method.
The installation, which the present invention comprises, is characterized in that it comprises an enclosure, a device capable of lowering the pressure in this enclosure to less than 10-5 mm Hg, an electron emitter and accelerator device placed in the enclosure and capable of giving them a kinetic energy corresponding to the emission of an X-ray radiation when a sample is struck by said electrons, an orifice made in the enclosure to place the sample on the trajectory of the electrons, a support with housing for at least one assembly consisting of a sample and its sample holder, housing formed by a cover fixed in a sealed manner on the support, and the support being able to slide in a sealed manner on the outer wall of the enclosure,
by means of a hermetic seal integral with said support which can take positions vis-à-vis said onface such that a sample holder can be presented in turn in front of said orifice and in order to be able to be subjected there to electronic bombardment then be removed from the support without breaking the vacuum of the enclosure, and a device for high vacuuming of at least one of the spaces existing between a cover and the wall of the enclosure.
The appended drawing illustrates, by way of example, an embodiment of the support that comprises an embodiment of the installation according to the invention to serve for an implementation of the method which also comprises the invention.
Fig. 1 schematically represents a vertical section of this support of the installation, section of which the plane passes through the vertical axis 1 of the electron gun or enclosure 2, and the axis 3 of rotation of the plate 4. The electron gun 2 comprises the emitting filament 5 supplied by the wires 6. Under the influence of a large potential difference (for example 10 Kv) not shown in the sketch, the electrons emitted by the filament are directed upwards in a beam 7 on the Sample 8, in which they cause radiation from which a beam 9 escapes through a window 10 outside the enclosure 2.
This low pressure enclosure 2 (the vacuum generator is not shown in the diagram) has in its upper part an orifice 12 limited by the inclined plane 11.
Above the inclined plane 1 1 and outside the enclosure 2, a circular plate 4 rotates about its axis 3, centered on a pivot 14 and in a circular shoulder 13. The plate 4 rests in a sealed manner on the face of the plane 11 by means of a complex seal. The plate 4 is provided with three holes 16 arranged symmetrically with respect to the axis 3 and at 1200 from each other. These holes each serve as a housing for a sample holder 17 and are covered with a cover 18, the edges of which rest in a leaktight manner on the plate by means of a gasket 19. The references 20 and 21 represent pipes made in the plate. the mass of the housing, pipes to which all the high vacuum devices will be connected under the lower face 22 (oo 10-3mmHg).
Fig. 2 shows, seen from above, the support 4.
There are three lids 18 to 1200 from one another, axis 3, the trace of the seals 19 and the holes 16 in which the sample holders are housed.
Fig. 3 represents the same support 4, but seen from the bottom up. There are three holes 16, the axis 3 and the complex seal 15 of the circumference 23 outside the holes 16 of the circumference 24 to which these same holes are outside, and six spokes 25 connecting the two circumferences 23 and 24 l 'to each other by dividing the crown into six equal parts. The spokes 25 are fixed to the support 4 by screws 26. The two annular seals are each housed in a small circular groove 27 made in the support.
Fig. 4 shows a top view of the housing surrounding the enclosure 2 after having removed the support 4. We can see the axis 1, the trace 28 of the axis 3, the housing 29 of the pivot 14, the circular shoulder 13, the orifice 12 made in the plane 11, the orifices of the pipes 20 and 21 in the mass of the housing.
The installation works as follows. During a measurement, one of the three sample holders is in position I (fig. 2) where it is subjected to electron bombardment, the second sample holder is in position II above the pipe 21 where it is removed and replaced by another, then subjected to a high vacuum. These three sample holders are pressure-insulated from each other thanks to the seals which completely surround them. Once the measurement is complete, the support 4 is subjected to a rotation of
1200 around its axis 3 in the direction of the arrow without the three samples ceasing to be isolated from the pressure point of view. The sample holders which occupied positions I, II, III, now occupy positions II, III, I.
A new measurement can take place immediately because the rise in pressure in the chamber is minimal with regard to its connection with the sample holder coming from position III; it suffices to keep in service the pump used to create the vacuum of 10-5 mm Hg in the chamber. Meanwhile, the sample from
I is maintained in II where a temporary setting to atmospheric pressure allows it to be removed and replaced by a new one. Also during this time, the sample coming from II (primary vacuum cell) is in III where it is subjected to a vacuum of 10-5 mm Hg preparatory to its introduction into enclosure 2. The cycle of operations is continued by circular permutation.
During the rotations of the support 4, the annular seals 23 and 24 move with said support without being deformed because of the grooves 27; the radial joints 25 also move without deformation since they are held integral with the support by screwed strips (not shown) (screws 26). The nut 30 (fig. 1) which engages on a threaded bearing surface of the pivot 14 tightens all the joints between the support 4 and the face 1 1 in an adjustable manner to ensure complete sealing between the portions of the crown. delimited by the different branches of the seal, without crushing the seal and without deforming it while it slides on the surface 11. In the event of wear after a large number of measurements, the tightening can either be increased or the seal replaced. joint, which only takes a few minutes.
The rotation of the support 4 is facilitated by a ball bearing 31 (fig. 1) crimped in a socket 32 formed in the mass of the housing and enclosing a bearing surface 33 integral with the support 4.
Among the advantages of the process of the application, one can cite the possibility of replacing a sample without breaking the vacuum - the shape of the plate and the dimensions of the holes made in the latter, dimensions which allow the use of samples of shapes. very diverse - the sensitivity of the X emission which is significantly increased compared to that obtained with an X bombardment.
It should be expressly understood that, the field of the present invention extends to the use of electron beams capable of producing on the samples radiations of wavelengths different from those of X radiations, that is to say UV and visible radiation.