Les techniques d’analyse utilisant les rayons X (spectroscopie de fluorescence X, d’absorption X, caractérisation d’optiques…) nécessitent la connaissance des données atomiques fondamentales, dont font notamment partie les coefficients d’atténuation massique.
Le travail publié dans la revue Metrologia par Yves Ménesguen et Marie-Christine Lépy (CEA-LIST), consiste en de nouvelles mesures précises de ces coefficients d’atténuation, effectuées par le Laboratoire National Henri Becquerel (laboratoire national de métrologie pour les rayonnements ionisants) sur la ligne MÉTROLOGIE de SOLEIL.
Les applications des rayons X comme l’analyse par fluorescence, la quantification sans référence ou la caractérisation d’optiques et de filtres en particulier nécessitent la connaissance des données atomiques fondamentales pour une quantification précise. Ainsi, les coefficients d’atténuation massique constituent un paramètre de base, caractérisant à la fois la pénétration du faisceau incident dans l’échantillon, puis l’atténuation du rayonnement de fluorescence lors de son émission. Les utilisateurs des coefficients d’atténuation peuvent retrouver ces valeurs tabulées dans des bases de données et accessibles par internet sur des sites tels que celui du NIST, qui propose la compilation faite par Hubbell, sous le nom XCOM. Certaines mesures et calculs réalisés par Chantler sont aussi proposés par le NIST sous le nom FFAST. Le CXRO propose de calculer des transmissions de filtres, réflectivité de miroirs ou autre basées sur la compilation faite par Henke. Une dernière base de données accessible est proposée par l’AIEA et s’appelle EPDL97.
Des références anciennes et parfois peu précises
Si elles sont pratiques pour l’utilisateur, ces tables sont basées sur des mesures anciennes, ou des calculs théoriques quand les mesures manquent. Cependant, les incertitudes associées peuvent être assez importantes, en particulier pour des énergies de photons inférieures à quelques keV. En effet, plus l’énergie est faible, plus l’élément est absorbant et plus l’échantillon utilisé doit être fin et l’incertitude associée à la mesure d’épaisseur est grande. Des biais systématiques peuvent aussi apparaître. Finalement, les incertitudes estimées des valeurs existantes en-dessous de 1 keV sont de quelques % pour tous les éléments et certainement supérieures à 25 % en-dessous de 500 eV. Des mesures récentes ont aussi révélé des écarts importants, de quelques % au-dessus de certains seuils K.
Comparaison et mutualisation des nouveaux résultats
Les nouvelles mesures effectuées par le Laboratoire National Henri Becquerel sur la ligne MÉTROLOGIE ont été effectuées conjointement avec son homologue allemand (Physikalisch Technische Bundesanstalt), pour les éléments Cu et Zn pour une gamme d’énergie allant de 100 eV au minimum à 30 keV au maximum. La confrontation des résultats obtenus de façon indépendante par les deux laboratoires a permis de valider les mesures et les incertitudes associées. Ces mesures bénéficient des moyens expérimentaux actuels pour déterminer précisément ces données avec des incertitudes relatives de l’ordre de 0,7 % dans la plus grande partie de la gamme d’énergie.
Figure 1 : Coefficients d’atténuation massique du cuivre
Figure 2: Comparaison avec les données issues de la littérature
Ces résultats sont obtenus en prenant des précautions pour réduire les causes d’erreur et en quantifiant tous les facteurs d’incertitudes (en particulier, qualité du faisceau de photons et caractéristiques des cibles utilisées). Ces mesures systématiques sont menées dans le cadre de l’initiative internationale « Fundamental Parameters » regroupant plusieurs laboratoire nationaux de métrologie, différents instituts de recherche et des industriels. Ainsi, les résultats obtenus à SOLEIL sont comparés avec d’autres mesures récentes et avec les données existantes trouvées dans la littérature. Un site internet regroupera à terme ces valeurs expérimentales afin de les mettre à la disposition des utilisateurs.