Interakce záření a hmoty

Tyto interakce záření s hmotou (nebo interakci světlo-hmota ), popisují, v rámci kvantové mechaniky , účinky záření na atomu . Termín „záření“ je třeba chápat v jeho kvantovém smyslu  :

• elektromagnetické záření ( světlo , rentgen , gama záření );
• částice ( elektron , neutron , alfa záření ).

Tato záření se používají k analýze hmoty. Ve skutečnosti jsou atomy příliš malé na to, aby byly viditelné nebo hmatatelné, takže je můžeme znát pouze nepřímo; sledujeme způsob, jakým narušují dopadající záření. Tak vznikly dva typy analytických metod:

• difrakční metody  : když jsou atomy uspořádány uspořádaným způsobem ( krystal ), záření bude rozptýleno pouze v určitých směrech vesmíru; studium tohoto prostorového rozdělení rozptýlené intenzity umožňuje charakterizovat organizaci hmoty;
• spektrometrické metody  : atomy absorbují část dopadajícího záření a znovu vyzařují ostatní, absorpční a reemisní spektrum je charakteristické pro vazebné energie hmoty, a tedy pro její chemickou povahu.

Difúze, ionizace

Dopadající záření může interagovat několika způsoby s atomem:

• to může být rozptýleno, to znamená, že se "odrazí" na atomu:
  • elastická difúze: záření se „odrazí“ bez ztráty energie; pokud je dopadající záření elektromagnetické (světlo, rentgen), mluvíme o Rayleighově rozptylu , pokud se jedná o elektron, mluvíme o zpětném rozptylu  ;
  • nepružný rozptyl: záření se „odrazí“ se ztrátou energie (viz Ramanův rozptyl ); pokud záření způsobí vysunutí slabě vázaného elektronu, ztrácí tedy energii, jedná se o Comptonův rozptyl  ;
• může být absorbován a způsobovat elektronický přechod:
  • pokud je dopadající energie nízká, jednoduše to způsobí změnu oběžné dráhy elektronu;
  • pokud je energie dostatečná, způsobuje ionizaci; pokud je dopadající záření elektromagnetické, mluvíme o fotoelektrickém jevu a vysunutým elektronem je fotoelektron; pokud je dopadající záření elektronový paprsek, vysunuté elektrony jsou sekundární elektrony .

Relaxace

V případě, že je záření absorbováno, je atom považován za „vzrušený“, protože jeho energetický stav není minimálním stavem. Následuje „relaxace“ (nebo „de-excitace“): elektron z horní vrstvy vyplní kvantovou schránku, která zůstala prázdná vysunutým elektronem.

Pokud je přechodová energie střední (tj. Pokud dopadající záření mělo střední energii), uvolnění způsobí vyzařování nízkoenergetického fotonu (viditelného nebo ultrafialového), jedná se o jev katodoluminiscence v případě, že materiál je polovodič nebo izolační. Pokud je energie přechodu vysoká, můžeme mít dva případy:

• dochází k emisi fluorescenčního fotonu, který je díky své energii fotonem X, mluvíme o X fluorescenci  ;
• tento X foton může být znovu zachycen samotným atomem a způsobit vysunutí periferního elektronu, to je Augerova emise .

Další interakce

• Spin , Electronic paramagnetická rezonance, nukleární magnetické rezonance , a Medical Imaging
• Phononova , Ramanova spektrometrie

Aplikace

Analytické metody využívající dopadající elektromagnetické záření

	dopadající záření
účinek	infračervený	viditelné, ultrafialové	Rentgenové záření
vstřebávání	Infračervená spektroskopie a mikroskopie s Fourierovou transformací (FTIR)	absorpční spektrometrie , oxymetr	rentgenová rentgenová absorpční spektrometrie ( XANES , EXAFS )
fluorescence		laserový mikroskop fluorescenční mikroskop	Rentgenová fluorescenční spektrometrie (XRF)
difúze			Rentgenový rozptyl
difrakce			Rentgenová difrakce (XRD)
fotoelektrický efekt			X fotoelektronová spektrometrie (XPS (ESCA))

Analytické metody využívající záření dopadajících částic

	dopadající záření
účinek	elektron	neutron	ion
vstřebávání	transmisní elektronový mikroskop		Transmisní iontová mikroskopie
elektronová emise	Augerova spektrometrie , rastrovací elektronový mikroskop
difrakce	EBSD , transmisní elektronový mikroskop	neutronová difrakce
X show	Ray emisní spektroskopie X  (de) (XES), Castaingova mikrosonda		Rentgenová emisní spektroskopie s nabitými částicemi (PIXE)
emise gama			PIGE
Difúze			Rutherfordova zpětná rozptylová spektroskopie
Jaderné reakce			Analýza jadernými reakcemi

externí odkazy

• (fr) Elektronové / hmotné interakce , materiálová laboratoř, Katolická škola uměleckých řemesel .
• Interakce záření / hmoty a radiační ochrana