Spectromètre à rayons X à particules alpha - Alpha particle X-ray spectrometer

APXS est également l'abréviation de AP ache e X ten S ion tool, une extension pour les serveurs Web Apache .
Spectromètre à rayons X à particules alpha (en haut à gauche) , APXS à l'arrière du rover Mars Pathfinder Sojourner (en haut à droite) , spectromètre à rayons X à particules alpha de MSL Curiosity , avec une règle (en bas) .

Un spectromètre à rayons X à particules alpha ( APXS ) est un spectromètre qui analyse la composition en éléments chimiques d'un échantillon à partir des particules alpha diffusées et des rayons X fluorescents après que l'échantillon a été irradié avec des particules alpha et des rayons X provenant de sources radioactives. Cette méthode d'analyse de la composition élémentaire d'un échantillon est le plus souvent utilisée dans les missions spatiales, qui nécessitent un faible poids, une petite taille et une consommation d'énergie minimale. D'autres méthodes (par exemple la spectrométrie de masse ) sont plus rapides et ne nécessitent pas l'utilisation de matières radioactives, mais nécessitent des équipements plus gros avec des besoins en énergie plus importants. Une variante est le spectromètre à rayons X à protons alpha, comme sur la mission Pathfinder , qui détecte également des protons .

Au fil des années, plusieurs versions modifiées de ce type d'instrument comme l'APS (sans spectromètre à rayons X) ou l'APXS ont été volées : Surveyor 5-7 , Mars Pathfinder , Mars 96 , Mars Exploration Rover , Phobos , Mars Science Laboratory et le Philae atterrisseur de comètes . Les appareils APS/APXS seront inclus dans plusieurs missions à venir, notamment le rover lunaire Chandrayaan-2 .

Sources

Plusieurs formes de rayonnement sont utilisées dans APXS. Ils comprennent les particules alpha , les protons et les rayons X . Des particules alpha, des protons et des rayons X sont émis lors de la désintégration radioactive des atomes instables. Une source commune de particules alpha est le curium-244 . Il émet des particules d'une énergie de 5,8 MeV . Des rayons X de 14 et 18 keV sont émis lors de la désintégration du plutonium-240 . La charge utile Athena de Mars Exploration Rovers utilise du curium-244 avec une puissance de source d'environ 30 millicuries (1,1  GBq ).

Particules alpha

Sojourner prend sa mesure APXS du Yogi Rock .

Certaines des particules alpha d'une énergie définie sont rétrodiffusées vers le détecteur si elles entrent en collision avec un noyau atomique. Les lois physiques de la rétrodiffusion de Rutherford dans un angle proche de 180° sont la conservation de l'énergie et la conservation de la quantité de mouvement linéaire . Cela permet de calculer la masse du noyau touché par la particule alpha.

Les éléments légers absorbent plus d'énergie de la particule alpha, tandis que les particules alpha sont réfléchies par les noyaux lourds presque avec la même énergie. Le spectre d'énergie de la particule alpha diffusée montre des pics de 25% jusqu'à près de 100% des particules alpha initiales. Ce spectre permet de déterminer la composition de l'échantillon, notamment pour les éléments les plus légers. Le faible taux de rétrodiffusion rend nécessaire une irradiation prolongée, environ 10 heures.

Protons

Certaines des particules alpha sont absorbées par les noyaux atomiques. Le processus [alpha,proton] produit des protons d'une énergie définie qui sont détectés. Le sodium , le magnésium , le silicium , l' aluminium et le soufre peuvent être détectés par cette méthode. Cette méthode n'a été utilisée que dans le Mars Pathfinder APXS. Pour les Mars Exploration Rovers, le détecteur de protons a été remplacé par un deuxième capteur de particules alpha. On l'appelle donc aussi spectromètre à rayons X à particules alpha.

radiographie

Les particules alpha sont également capables d'éjecter des électrons de la couche interne (coque K et L) d'un atome. Ces lacunes sont remplies par les électrons des enveloppes externes, ce qui entraîne l'émission d'un rayon X caractéristique. Ce processus est appelé émission de rayons X induite par des particules et est relativement facile à détecter et a sa meilleure sensibilité et résolution pour les éléments les plus lourds.

Instruments spécifiques

Galerie

Les références

Liens externes