La diffraction des neutrons : la thermalisation et la loi de Bragg

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Description

Cette séance de cours explore la thermalisation des neutrons en analysant la relation entre leur énergie cinétique et la température, en utilisant la longueur d'onde de De Broglie et la constante de Planck. Il se penche également sur l'application de la loi de Bragg à la diffraction des neutrons, en déterminant les angles d'intensité maximale des neutrons diffractés.

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En physique, la loi de Bragg est une loi qui interprète le processus de la diffraction des radiations sur un cristal. Elle fut découverte par W.H. et W.L. Bragg vers 1912. Lorsque l'on bombarde un cristal avec un rayonnement dont la longueur d'onde est du même ordre de grandeur que la distance inter-atomique, il se produit un phénomène de diffraction. Les conditions de diffraction donnent les directions dans lesquelles on observe de l'intensité diffractée par le cristal.

Neutron scattering, the irregular dispersal of free neutrons by matter, can refer to either the naturally occurring physical process itself or to the man-made experimental techniques that use the natural process for investigating materials. The natural/physical phenomenon is of elemental importance in nuclear engineering and the nuclear sciences. Regarding the experimental technique, understanding and manipulating neutron scattering is fundamental to the applications used in crystallography, physics, physical chemistry, biophysics, and materials research.

La diffractométrie de neutrons est une technique d'analyse basée sur la diffraction des neutrons sur la matière. Elle est complémentaire à la diffractométrie de rayons X. L'appareil de mesure utilisé s'appelle un diffractomètre. Les données collectées forment le diagramme de diffraction ou diffractogramme. La diffraction n'ayant lieu que sur la matière cristalline, on parle aussi de radiocristallographie. Pour les matériaux non-cristallins, on parle de diffusion. La diffraction fait partie des méthodes de diffusion élastique.

vignette|320x320px|Paterne de poudre d'électron (rouge) d'un film d'aluminium avec une superposition de spirales (vert) et une ligne d'intersection (bleue) qui détermine le paramètre de réseau. La diffraction de poudre est une technique scientifique utilisant la diffraction aux rayons X, la diffraction de neutrons ou la diffraction des électrons sur des échantillons en poudre ou micro-cristallins pour la caractérisation structurale de matériaux. L'instrument dédié à l'exécution de ces mesures est appelé un diffractomètre de poudre.

La 'relation de Planck-Einstein', parfois plus simplement appelée relation de Planck, est une relation de base de la mécanique quantique. Elle traduit le modèle corpusculaire de la lumière (ou plus généralement de toute onde électromagnétique) en permettant de calculer l'énergie transportée par un photon. Cette relation s'écrit simplement : où : est l'énergie du photon (en joules) ; est la constante de Planck dont une valeur approchée est : ; la fréquence (en hertz) de l'onde électromagnétique associée au photon considéré.