FR2985312A1

FR2985312A1 - Procede d'analyse d'un echantillon de materiau par diffractometrie et diffractometre associe

Info

Publication number: FR2985312A1
Application number: FR1162497A
Authority: FR
Inventors: Bahaa Ghammraoui; Joachim Tabary
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-07-05
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: FR2985312B1

Abstract

L'invention concerne un procédé d'analyse d'un échantillon de matériau par diffractométrie et un diffractomètre, dans lesquels : le diffractomètre comprend une source (1) collimatée, un collimateur de détection (4), et un détecteur spectrométrique (3), l'axe de détection D du détecteur et de son collimateur formant avec l'axe central X du faisceau incident un angle de diffraction theta ; on irradie l'échantillon (100) avec le faisceau incident. Le procédé et le diffractomètre associé sont caractérisés en ce que le détecteur (3) est pixellisé, le détecteur présentant plusieurs pixels -dans son plan de détection et/ou dans l'épaisseur du matériau détecteur- au moins dans la zone délimitée par l'angle solide sous lequel le détecteur voit le volume de matériau irradié. On établit, par des moyens (32) de mesure spectrométrique, un spectre en énergie S(E) pour chaque pixel du détecteur, et on combine, à l'aide de moyens de combinaison (33), les spectres en énergie précédemment obtenus.

Description

La présente invention concerne un procédé d'analyse d'un matériau par diffractométrie, et un diffractomètre associé. Il est connu d'utiliser la diffractométrie pour détecter certaines substances cristallines telles que la plupart des explosifs ou de nombreuses autres structures dangereuses ou illégales. Dans un cristal, qui est un agencement d'atomes, les ondes électromagnétiques diffusées de façon élastique interfèrent entre elles pour donner une diffusion cohérente à l'échelle du cristal. Lorsque ces interférences sont constructives, elles peuvent être repérées par la mesure d'un rayonnement diffracté et par l'identification des pics de diffraction. Ainsi, les interférences constructives sont repérées par une apparition de pics de diffraction (ou pics de Bragg) dans le rayonnement diffusé par un matériau. Pour savoir si une substance cristalline donnée est contenue dans un matériau, il est donc connu de : / irradier un échantillon du matériau à l'aide d'un faisceau incident d'axe central X, émis par une source, / étudier le rayonnement diffracté à l'aide d'un dispositif de détection comprenant un détecteur, dit détecteur spectrométrique, apte à établir un spectre en énergie du rayonnement diffusé selon un angle de diffusion donné, c'est-à-dire un détecteur comprenant o un matériau détecteur, qui présente, du côté de l'échantillon de matériau, un plan dit plan de détection, o des moyens, dits moyens de mesure spectrométrique, aptes à mesurer une énergie libérée par chaque interaction d'un photon avec le matériau détecteur et à établir au moins un spectre en énergie, noté S(E). - un collimateur, dit collimateur de détection, associé au détecteur, le détecteur et le collimateur de détection étant agencés de façon à présenter un axe de détection D, l'axe de détection D formant avec l'axe central X du faisceau incident un angle de diffraction O. Il est à noter qu'un spectre en énergie illustre la distribution de l'énergie d'un rayonnement sous la forme d'un histogramme représentant le nombre d'interactions de photon dans le matériau (en ordonnée) en fonction de l'énergie libérée (en abscisse). Généralement, l'axe des énergies est discrétisé en canaux de largeur 2 SE, un canal Ci correspondant aux énergies comprises entre Ei-SE et Ei-h5E. Les divers pics obtenus sur un spectre en énergie d'un rayonnement diffusé, selon un angle 0, sont caractéristiques du matériau analysé, car le rayonnement diffusé participant aux interférences constructives vérifie l'équation suivante, d E hkl n 2dhkl sin(8 / 2) Avec : dhkl : distance inter-réticulaire entre les plans cristallographiques du cristal irradié ; 0 : angle de diffusion, c'est-à-dire l'angle formé entre le rayonnement diffusé analysé et le faisceau incident au cristal irradié h : constante de Planck, c : vitesse de la lumière n : l'ordre de l'interférence: Cette propriété est exploitée dans des méthodes bien connues, 20 désignées par l'acronyme EDXRD ou "Energie Dispersive X-Ray Diffraction". W02008/142446 décrit un procédé de détermination de la composition d'un objet par la détection spectrométrique d'un objet irradié par un rayonnement X. Il est fait référence, dans la description de l'art antérieur de W02008/142446, à des contrôles de bagages. Le procédé décrit comprend les étapes suivantes : 25 / irradiation de l'objet, notamment à l'aide d'un rayonnement X, / détection de l'intensité transmise à travers l'objet à l'aide d'un détecteur spectrométrique. Il est à noter que le rayonnement étudié ici est le rayonnement transmis par l'échantillon de matériau et non diffracté ; en d'autres termes, l'axe de détection D est confondu avec l'axe X du faisceau incident, 30 / sélection de bandes d'énergies dans le spectre transmis, et établissement de grandeurs de transmission dans chacune de ces bandes, / comparaison d'au moins deux desdites grandeurs obtenues. Selon un premier mode de réalisation, on cherche à identifier le hc matériau en détectant la signature d'une diffraction de Bragg. Pour cela, on met en évidence une discontinuité de l'intensité transmise, à une énergie donnée, ou du moins dans une bande d'énergie étroite. Cette discontinuité est supposée correspondre à une baisse localisée de l'amplitude du signal transmis sous l'effet d'une diffusion élastique (diffraction de Bragg) dans le réseau cristallin du matériau analysé. Cette diffusion n'a lieu que pour certaines énergies incidentes Ei discrètes et on considère qu'au voisinage de cette énergie, le signal transmis décroît. Ainsi, en comparant l'intensité du signal transmis à cette énergie dans une bande étroite d'énergie centrée sur Ei avec le signal transmis à une autre énergie, on détecte la présence de tel ou tel matériau. Autrement dit, dans cette demande, on analyse le rayonnement transmis par l'objet, et en particulier les discontinuités dans son spectre en énergie du fait de la diffraction de Bragg. La technique d'analyse par diffractométrie, et plus généralement par spectrométrie, nécessite la mise en oeuvre d'un détecteur spectrométrique suffisamment résolu en énergie pour permettre la séparation et l'identification des différents pics caractéristiques liés aux matériaux cristallins de l'échantillon. Généralement, on utilise un détecteur de type Germanium. Ce type de détecteur offre une résolution en énergie très intéressante, mais il doit être refroidi à des températures très faibles, par des procédés complexes et/ou couteux (refroidissement thermoélectrique ou par un réservoir azote liquide). Aussi, les dispositifs d'analyse mettant en oeuvre un tel détecteur sont très encombrants. L'émergence récente de détecteurs spectrométriques pouvant être utilisés à température ambiante, tels des détecteurs de type CdTe, CdZnTe, ou des matériaux scintillateurs, offre une alternative intéressante aux détecteurs Germanium. En effet, ces détecteurs sont compacts, non refroidis et moins onéreux. Cependant, leurs performances en terme de résolution en énergie sont encore inférieures à celles obtenues avec les détecteurs Germanium. L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un procédé et un dispositif dont la résolution en énergie est améliorée, afin d'obtenir une séparation plus nette des pics de diffraction pour une meilleure identification des matériaux. Pour ce faire, l'invention propose un procédé d'analyse d'un échantillon de matériau par diffractométrie, dans lequel : / on utilise un diffractomètre comprenant - une source apte à émettre un faisceau incident d'axe central X, - un détecteur comprenant o un matériau détecteur, qui présente, du côté de l'échantillon de matériau, un plan dit plan de détection, o des moyens, dits moyens de mesure spectrométrique, apte à mesurer une énergie libérée par chaque interaction de photon avec le matériau détecteur et à établir au moins un spectre en énergie, noté S(E) ; - un collimateur, dit collimateur de détection, associé au détecteur, le détecteur et le collimateur de détection étant agencés de façon à présenter un axe de détection D formant avec l'axe central X du faisceau incident un angle de diffraction 0, / on irradie l'échantillon avec le faisceau incident, le faisceau incident pénétrant un volume de l'échantillon de matériau dit volume d'inspection, Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que : / le détecteur utilisé est un détecteur qualifié de détecteur pixellisé, en ce sens qu'il comprend des moyens de localisation d'une interaction d'un photon avec le matériau détecteur, permettant d'une part de définir une partition du détecteur en pixels physiques ou virtuels au moins dans une zone délimitée par l'angle solide sous lequel le détecteur voit le volume d'inspection, et d'autre part d'associer l'un desdits pixels à chaque interaction de photon ; / on établit un spectre en énergie S(E) pour chaque pixel du détecteur, / on combine les spectres en énergie précédemment obtenus. Dans une forme de réalisation préférée, le détecteur utilisé selon l'invention est pixellisé dans le plan de détection, c'est-à-dire que ses moyens de localisation permettent de définir une partition du plan de détection en pixels physiques ou virtuels (au moins dans la zone dudit plan délimitée par l'angle solide sous lequel le détecteur voit le volume d'inspection) suivant au moins une direction contenue dans le plan de détection, et de préférence suivant deux directions orthogonales dudit plan. Cette forme préférée n'exclut pas la possibilité d'utiliser un détecteur pixellisé dans l'épaisseur, dont les moyens de localisation permettent de définir une partition du matériau détecteur suivant une direction, dite direction de l'épaisseur, orthogonale au plan de détection. Il est également possible d'utiliser un détecteur pixellisé à la fois dans le plan de détection et dans l'épaisseur. L'utilisation d'un détecteur pixellisé et la combinaison des spectres en énergie obtenus permettent d'augmenter la résolution angulaire (en affinant l'angle de diffraction observée par un pixel) tout en conservant l'intensité et le rapport signal sur bruit qui auraient été détectés par un détecteur connu. Ainsi, on améliore la résolution en énergie du spectre, par rapport à la résolution d'un spectre obtenu dans la même configuration géométrique en utilisant un détecteur non pixellisé. Les divers pixels du détecteur selon l'invention observent des parties différentes du volume d'inspection, avec des angles de diffraction ei légèrement différents, ces parties se chevauchant. La bande d'angles de diffraction qui serait observée par un pixel, dit pixel complet, couvrant tout l'angle solide sous lequel le détecteur voit le volume d'inspection est bien plus large que la bande d'angles de diffraction observée par chaque pixel du détecteur selon invention. En d'autres termes, la résolution angulaire du diffractomètre selon l'invention est bien meilleure que la résolution angulaire du pixel complet et donc des diffractomètres connus. Or, les inventeurs ont mis en évidence que la résolution en énergie d'un spectre de diffraction dépend non seulement de la résolution propre en énergie du détecteur, mais aussi de la résolution angulaire, donnée par la géométrie de collimation. Par conséquent, l'utilisation d'un détecteur pixellisé et la combinaison des spectres en énergie obtenus permettent d'améliorer la résolution énergétique finale. Avantageusement et selon l'invention, l'étape de combinaison des spectres en énergie comprend les opérations suivantes : ^( pour chaque pixel, c'est-à-dire pour chaque spectre en énergie S(E) obtenu, on établit un spectre en transfert de quantité de mouvement S(x) à partir dudit spectre en énergie en effectuant un changement de variable grâce à la formule suivante : sin(8, / 2) E sin(8 / 2) où ei désigne l'angle de diffraction x- = hc correspondant au pixel i c'est-à-dire l'angle entre l'axe X du faisceau incident et l'axe Di passant par le centre du pixel i et le centre du collimateur de détection, et À est la longueur d'onde correspondant à l'énergie E ; ^( on calcule la somme de l'ensemble des spectres en transfert de quantité de mouvement ainsi établis. Ainsi, d'une façon générale, l'étape de combinaison comprend : / la définition d'une nouvelle variable, prenant en compte la longueur d'onde À ou l'énergie E du rayonnement diffusé ainsi que l'angle de diffraction ei ; / la transformation des spectres mesurés en fonction de cette nouvelle variable ; / une opération arithmétique sur les spectres transformés lors de l'étape précédente. Le changement de variable proposée selon invention permet de 10 sommer (ou, plus généralement, de combiner de façon arithmétique) directement les spectres S(x) correspondant à différents pixels et offre donc une méthode de combinaison des spectres en énergie extrêmement simple, qui peut être mise en oeuvre à l'aide de moyens de calcul peu gourmands en énergie et en mémoire. L'invention s'étend à un diffractomètre apte à mettre en oeuvre le 15 procédé selon l'invention. En particulier, l'invention propose un diffractomètre comprenant : - une source apte à émettre un faisceau incident d'axe central X, - un détecteur comprenant 20 o un matériau détecteur, qui présente, du côté de l'échantillon de matériau, un plan dit plan de détection, o des moyens, dits moyens de mesure spectrométrique, apte à mesurer une énergie libérée par chaque interaction de photon avec le matériau détecteur et à établir au moins un spectre en énergie, noté S(E) ; 25 - un collimateur, dit collimateur de détection, associé au détecteur, le détecteur et le collimateur de détection étant agencés de façon à présenter un axe de détection D formant avec l'axe central X du faisceau incident un angle de diffraction a À noter que le plan défini par les directions X et D est appelé plan de diffraction. 30 Le diffractomètre selon l'invention est caractérisé en ce que : / le détecteur est un détecteur pixellisé, selon la définition fournie plus haut ; / il comprend de plus des moyens de combinaison des spectres en énergie obtenus pour les divers pixels du détecteur. De préférence, ces moyens de combinaison comprennent des moyens de calcul aptes à établir, pour chaque spectre en énergie, un spectre en transfert de quantité de mouvement S(x) par changement de variable en utilisant par exemple la formule indiquée supra, et à sommer ou, de façon plus générale, combiner de façon arithmétique l'ensemble des spectres en transfert de quantité de mouvement ainsi établis. Avantageusement, le procédé et le diffractomètre selon l'invention présentent l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, toutes les combinaisons possibles étant conformes à l'invention : / le détecteur est du type détecteur à matériau détecteur semi- conducteur, ce qui n'exclut pas la possibilité d'utiliser un détecteur du type détecteur à scintillateur. Les détecteurs à semi-conducteur sont généralement préférés pour leur meilleure résolution en énergie et pour leur plus faible encombrement. / la source est une source polychromatique ; / la source délivre un rayonnement dont l'énergie maximale est comprise entre 10 et 1000 keV, de préférence entre 10 et 200 keV ; / le diffractomètre comprend un collimateur, dit collimateur de source, associé à la source de rayonnement ; / le collimateur de source est fermé selon un axe Y du plan de diffraction orthogonal à l'axe X du faisceau incident et est ouvert selon un axe Z orthogonal au plan de diffraction ; / le collimateur de source est un collimateur à fente rectangulaire unique ; / le collimateur de source présente une épaisseur (dimension selon l'axe X du faisceau incident) de 100 mm et une hauteur de fente (dimension selon l'axe Y) de 0,10 mm ; / l'angle 0 de diffraction est faible ; il est préférentiellement compris entre 2° et 10°, de préférence entre 3° et 6°. L'observation du phénomène de diffraction est plus claire à petit angle, car la diffusion cohérente prédomine pour un moment de transfert petit (le moment de transfert étant proportionnel à sin(0/2)). / le collimateur de détection utilisé est un collimateur à fente rectangulaire unique ; / le collimateur de détection présente une épaisseur (dimension selon la direction de détection D) de 0,5 mm et une fente rectangulaire de 0,2 mm de hauteur et de 2,5 mm de longueur. La faible hauteur de fente du collimateur de détection dans le plan de diffraction (X,D) contribue à l'obtention d'une bonne résolution angulaire car l'angle de diffraction varie fortement dans ce plan selon les matériaux analysés. En revanche, l'angle de diffraction change très peu selon la direction Z orthogonale au plan de diffraction. L'ouverture du collimateur de détection suivant l'axe Z (longueur de fente du collimateur de détection) est intéressante pour augmenter le signal sans perdre en résolution angulaire. D'autres détails et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, qui se réfère aux dessins schématiques annexés et porte sur des modes de réalisation préférentiels, fournis à titre d'exemples non limitatifs. Sur ces dessins : La figure 1 est une vue schématique en coupe dans un plan de diffraction d'un diffractomètre selon l'invention.

La figure 2 est une vue de face schématique de la zone de détection active (moitié droite de la figure) du détecteur de la figure 1 et du pixel complet correspondant (moitié gauche de la figure). La figure 3 reprend la vue schématique de la figure 1 en y précisant quelques détails.

La figure 4 illustre d'une part la résolution angulaire observée pour chacun des pixels de la zone de détection active du diffractomètre à détecteur pixellisé selon l'invention, et d'autre part la résolution angulaire observée pour un pixel complet correspondant à ce diffractomètre ; La figure 5 représente une simulation des spectres de diffraction qui seraient obtenus pour le graphite par un diffractomètre à détecteur pixellisé selon l'invention et par un pixel complet correspondant à ce diffractomètre ; Plus précisément, la figure 5A concerne un détecteur supposé parfait c'est-à-dire un détecteur dont la résolution o-det est nulle ; tandis que la figure 6B concerne un détecteur de résolution o-det égale à 2keV.

La figure 6 représente une simulation des spectres de diffraction qui seraient obtenus pour le sucre par un diffractomètre à détecteur pixellisé selon l'invention et par un pixel complet correspondant à ce diffractomètre. Plus précisément, la figure 6A concerne un détecteur de résolution o-det égale à 2 keV. ; tandis que la figure 6B concerne un détecteur de résolution o-det égale à 4 2 9853 12 9 keV. La figure 1 illustre un diffractomètre selon l'invention. Celui-ci comprend tout d'abord une source 1 polychromatique d'énergie comprise entre quelques dizaines de keV et quelques centaines de keV, par exemple entre 10 keV et 200 5 keV. Cette source 1 émet un rayonnement qui est collimaté à l'aide d'un collimateur de source 2, ce dernier pouvant être réalisé en tungstène ou alliage de tungstène. En l'exemple non limitatif illustré, ce collimateur de source 2 possède une unique fente rectangulaire et a une épaisseur de 100 mm et une hauteur de fente inférieure à 0.5 mm ; par exemple égale à 0,1 mm. Il est disposé à une 10 distance de la source 1 égale à 140 mm. La source polychromatique 1 et le collimateur de source 2 génèrent un faisceau incident d'axe X. Le diffractomètre selon l'invention présente ensuite un logement d'accueil d'un échantillon de matériau 100, ce logement étant formé de façon à ce que l'échantillon de matériau soit irradié par le faisceau incident généré par la source 1 et le collimateur de 15 source 2. Le diffractomètre selon l'invention comprend de plus un collimateur de détecteur 4 et un détecteur 3, alignés selon un axe de détection D formant avec l'axe X du faisceau incident un angle 0 égal ici à 4°. Ce détecteur 3 comprend d'une part un matériau détecteur 30, qui présente, en regard du collimateur de détecteur 4, un plan de détection 31, et 20 d'autre part des moyens électroniques et informatiques de traitement 32 et 33. De préférence, le matériau détecteur utilisé ici est un matériau semi-conducteur tel qu'un matériau à base de CdTe, CdZnTe (CZT), silicium (Si) ou HgI2, susceptible d'être polarisé par une cathode et une anode, disposées sur deux faces opposées du matériau semi-conducteur. On peut également mettre en oeuvre un détecteur 25 Germanium, en dépit des contraintes précédemment décrites. Lorsqu'un photon pénètre dans le matériau semi-conducteur 30 et interagit avec celui-ci, tout ou partie de son énergie est transférée à des porteurs de charges dans le matériau semi-conducteur. Le détecteur étant polarisé, les porteurs de charges migrent vers les électrodes (dont l'anode). Ils produisent alors un signal électrique aux bornes 30 des électrodes. Ce signal électrique, dont l'amplitude est proportionnelle à l'énergie déposée par le photon lors de l'interaction, est collecté puis traité. Le signal est de préférence collecté uniquement à l'anode ; il peut en variante être collecté uniquement à la cathode, ou aux deux électrodes. Un détecteur à matériau semi-conducteur comprend usuellement une pluralité de pixels physiques, chaque pixel physique correspondant à un circuit de collecte de charges par une électrode. Dans les diffractomètres connus, les détecteurs utilisés présentent une zone de détection active recevant le faisceau diffracté qui correspond à un unique pixel, dit pixel complet Pc (Voir figure 2). Compte tenu de sa géométrie, l'exemple de diffractomètre selon l'invention illustré à la figure 1 permet d'observer dans l'échantillon de matériau 100 un volume d'inspection de longueur L de l'ordre de 35 mm. Selon l'invention, le plan de détection 31 du matériau semi-conducteur 30 présente une zone de détection active, que l'on peut observer sur les figures 1 à 3, qui recouvre plusieurs pixels Pik. En l'exemple illustré, le plan de détection 31 comporte, dans sa zone de détection active, une ligne de quatre pixels P1 à P4. Chacun de ces pixels observe un volume de matériau de longueur (selon l'axe X) égale à 17,5 mm et détecte le rayonnement diffracté selon un angle moyen ei que l'on peut observer plus aisément à la figure 3, c'est-à-dire le rayonnement diffracté entre les angles Or ,50/2, et (D-FM/2 avec ôe de l'ordre de 0,2°, comme illustré à la figure 4. Un pixel complet Pc correspondant aux 4 pixels P1 à P4 du détecteur du diffractomètre selon l'invention détecterait le rayonnement diffracté autour de 4° sur une plage d'angles de diffraction trois fois plus large que celle affectée à chaque pixel P1, le critère retenu pour quantifier la largeur d'un pic étant ici la largeur à mi-hauteur de ce pic. Il en résulte que la résolution angulaire du détecteur du diffractomètre selon invention est bien meilleure que celle d'un diffractomètre connu dont le détecteur serait doté du pixel complet Pc. Ceci se traduit directement par un gain en résolution énergétique du détecteur. La pixellisation du plan de détection 31 peut être obtenue de façon physique en utilisant des pixels plus petits. La diminution de la taille des pixels pose cependant divers problèmes. En particulier, les coûts de fabrication sont considérablement augmentés ; la multiplication des voix électroniques de traitement grève aussi les coûts de fabrication et conduit à l'obtention d'un dispositif encombrant. La pixellisation du plan de détection 31 est de préférence obtenue de façon virtuelle, en utilisant une information de localisation, au sein de chaque pixel physique, d'une interaction de photon ayant lieu en regard de ce pixel. Il est par exemple possible de déterminer les coordonnées (x, y) du barycentre du nuage de charges produit par une interaction, à partir de signaux électriques simultanément générés par cette interaction sur une pluralité d'anodes adjacentes. Cette approche permet de diviser chaque pixel physique en une pluralité de pixels virtuels dans le plan de détection. On considère alors que l'interaction a été détectée uniquement par le pixel virtuel correspondant aux coordonnées du barycentre. La figure 5A illustre les spectres en énergie obtenue par simulation pour chacun des pixels P1 du détecteur et pour le pixel complet Pc correspondant à ce détecteur La figure 5B représente la combinaison selon invention, par les moyens de combinaison 33, des spectres en énergie obtenus pour les différents pixels Pi. Cette combinaison consiste de préférence en : ^( un changement de variable permettant de passer, pour chaque pixel Pi de rang i constituant le détecteur, ce dernier correspondant au pixel complet Pc, d'un spectre en énergie (c'est-à-dire d'un diagramme représentant le nombre d'interactions de photon constatées en fonction de l'énergie E, exprimée en keV, libérée par l'interaction) à un spectre en transfert de quantité de mouvement (c'est-à-dire un diagramme représentant le nombre d'interactions constatées en fonction du transfert de quantité de mouvement x, exprimée en A-1, de l'interaction).. Comme précédemment observé, la nouvelle variable x est obtenue en fonction de l'énergie E et de l'angle de diffraction ei correspondant au pixel Pi de rang i. Par exemple, ce changement de variable est régi par l'équation suivante : sin(0, / 2) E sin(0 / 2) x= hc Du fait du changement de variable, chaque spectre Si(E) correspondant au pixel de rang i est transformé en un spectre Si(x). ^( la somme de tous les spectres ainsi transformés, c'est-à-dire de tous les spectres Si(x) en transfert de quantité de mouvement préalablement établis. Comme on peut l'observer sur la figure 5B cette combinaison, associée à la pixellisation du détecteur (qui augmente la quantité de signaux générés), permet, par rapport au spectre obtenu par un pixel complet, d'obtenir des pics de diffraction plus intenses et plus étroits, avec des vallées plus profondes, ce qui facilite l'identification de ces raies caractéristiques. En d'autres termes, la résolution en énergie est nettement améliorée. Dans le même temps, on constate que l'aire délimitée par la courbe du spectre du détecteur pixellisé est sensiblement la même que celle délimitée par le spectre du pixel complet. La sensibilité (quantité totale de photons détectés) est donc conservée, ce qui a priori semble incompatible avec un gain en résolution énergétique, l'amélioration d'un de ces paramètres se traduisant généralement par la détérioration de l'autre. On remarquera également que, s'agissant ici de simulation, aucun bruit de fond n'apparaît sur les spectres illustrés. L'homme du métier comprendra aisément que dans le cas de spectres mesurés, avec un bruit de fond, l'invention permet même de gagner simultanément en sensibilité (du fait d'une limite de détection diminuée) et en résolution énergétique. L'invention peut faire l'objet de nombreuses variantes par rapport au mode de réalisation illustré, dès lors que ces variantes entrent dans le cadre délimité par les revendications. En particulier, le détecteur peut être constitué de pixels répartis selon plusieurs directions, par exemple selon deux directions dans le plan de détection, tel qu'illustré à la figure 2, plus éventuellement la direction de l'épaisseur. La diffraction selon un angle 0 donné ayant lieu dans toutes les directions autour de l'axe X du faisceau incident suivant un cône (d'angle 0), la pixellisation du plan de détection selon deux directions orthogonales permet d'affiner la résolution angulaire sur l'ensemble de la portion de ce cône captée par le détecteur et d'augmenter plus encore la quantité de signal disponible et traité. D'une façon générale, le rang i du pixel P1 varie donc entre 1 et Imax, Imax étant le nombre de pixels, virtuels ou physiques, constituant le détecteur dans la zone délimitée par l'angle solide sous lequel le détecteur voit le volume d'inspection. En outre, la géométrie du diffractomètre n'est pas limitée aux valeurs numériques fournies ci-avant. Le degré de pixellisation (fractionnement du pixel complet) du détecteur selon invention peut être supérieur ou éventuellement inférieur à celui illustré à la figure 2. Par ailleurs, D'autres méthodes de combinaison des spectres en énergie peuvent être utilisées, la méthode proposée dans l'exemple illustré présentant l'avantage d'être simple et rapide30

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé d'analyse d'un échantillon de matériau (100) par diffractométrie, dans lequel : / on utilise un diffractomètre comprenant - une source (1) apte à émettre un faisceau incident d'axe central X, - un détecteur (3) comprenant o un matériau détecteur (30), qui présente, du côté de l'échantillon de matériau, un plan (31) dit plan de détection, o des moyens (32), dits moyens de mesure spectrométrique, apte à mesurer une énergie libérée par chaque interaction de photon avec le matériau détecteur et à établir au moins un spectre en énergie, noté S(E) ; - un collimateur (4), dit collimateur de détection, associé au détecteur (3), le détecteur et le collimateur de détection étant agencés de façon à présenter un axe de détection D formant avec l'axe central X du faisceau incident un angle de diffraction 0, / on irradie l'échantillon (100) avec le faisceau incident, le faisceau incident pénétrant un volume de l'échantillon de matériau dit volume d'inspection, caractérisé en ce que : / le détecteur utilisé est un détecteur pixellisé, comprenant des moyens de localisation d'une interaction d'un photon avec le matériau détecteur, permettant d'une part de définir une partition du détecteur en pixels physiques ou virtuels au moins dans une zone délimitée par l'angle solide sous lequel le détecteur voit le volume d'inspection, et d'autre part d'associer l'un desdits pixels à chaque interaction de photon ; / pour chaque pixel (Pi) du détecteur, on établit un spectre en énergie Si(E), / - on combine les spectres en énergie précédemment obtenus
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur utilisé est pixellisé dans le plan détection.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractériséen ce que l'étape de combinaison des spectres en énergie comprend les opérations suivantes : / on établit une nouvelle variable (x) dépendant de l'énergie (E) et de l'angle de diffraction ei et, pour chaque pixel (Pi), on transforme le spectre en énergie initialement obtenu en un spectre Si(x) fonction de ladite nouvelle variable (x) / on effectue une opération arithmétique sur les spectres Si(x) ainsi transformés, ladite opération arithmétique aboutissant à un spectre S(x)
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans l'étape de combinaison : / pour chaque pixel (Pi), on établit un spectre en transfert de quantité de mouvement Si(x) à partir du spectre en énergie obtenu, en effectuant un sin(8 / 2) E sin(8 / 2) x= = changement de variable grâce à la formule : 2 hc où ei désigne l'angle de diffraction correspondant au pixel i, et À est la longueur d'onde correspondant à l'énergie E, / on calcule la somme de l'ensemble des spectres Si(x) en transfert de quantité de mouvement précédemment établis
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détecteur (3) utilisé est du type détecteur à matériau (30) semi20 conducteur.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source (1) utilisée est une source polychromatique, produisant un rayonnement dont l'énergie maximale est comprise entre 10 et 200 keV.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 25 en ce que le diffractomètre utilisé comprend un collimateur (2), dit collimateur de source, associé à la source de rayonnement.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle 0 de diffraction est compris entre 2° et 10°.
9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce quel'angle 0 de diffraction est compris entre 3° et 6°.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collimateur de détection (4) utilisé est un collimateur à fente rectangulaire unique.
11. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le collimateur de détection (4) présente une épaisseur de 0,5 mm et une fente rectangulaire de 0,2 mm de hauteur et de 2,5 mm de longueur.
12. Diffractomètre comprenant : - une source (1) apte à émettre un faisceau incident d'axe central X, - un détecteur (3) comprenant o un matériau détecteur (30), qui présente, du côté de l'échantillon de matériau, un plan dit plan de détection, o des moyens (32), dits moyens de mesure spectrométrique, apte à mesurer une énergie libérée par chaque interaction de photon avec le matériau détecteur et à établir au moins un spectre en énergie ; - un collimateur (4), dit collimateur de détection, associé au détecteur, le détecteur et le collimateur de détection étant agencés de façon à présenter un axe de détection D formant avec l'axe central X du faisceau incident un angle de diffraction 0, caractérisé en ce que : / le détecteur est pixellisé, en ce sens qu'il comprend des moyens de localisation d'une interaction d'un photon avec le matériau détecteur, permettant d'une part de définir une partition du détecteur en pixels physiques ou virtuels au moins dans une zone délimitée par l'angle solide sous lequel le détecteur voit le volume d'inspection, et d'autre part d'associer l'un desdits pixels à chaque interaction de photon ; / le diffractomètre comprend de plus des moyens (33) de combinaison des spectres en énergie Si(E) obtenus pour les divers pixels Pi du détecteur.
13. Diffractomètre selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens (33) de combinaison des spectres en énergie comprennentdes moyens de calcul adaptés pour : / établir, pour chaque pixel (Pi), un spectre en transfert de quantité de mouvement Si(x) à partir du spectre en énergie en effectuant un changement de sin(8 / 2) E sin(8 / 2) x= = variable grâce à la formule : 2 hc où ei désigne l'angle de diffraction correspondant au pixel i (Pi) et À est la longueur d'onde correspondant à l'énergie E, / calculer la somme de l'ensemble des spectres en transfert de quantité de mouvement précédemment établis.
14. Diffractomètre selon l'une des revendications de dispositif précédentes, caractérisé en ce que le matériau détecteur (30) du détecteur (3) est un matériau semi-conducteur.
15. Diffractomètre selon l'une des revendications de dispositif précédentes, caractérisé en ce que la source (1) est une source polychromatique, générant un rayonnement dont l'énergie maximale est comprise entre 10 et 200 15 keV.
16. Diffractomètre selon l'une des revendications de dispositif précédentes, caractérisé en ce l'angle 0 de diffraction est compris entre 2° et 10°.