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Un nouveau détecteur sur DIFFABS pour des mesures rapides d’images de diffraction de rayons X

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Après une période de développement de plus de trois années, menée en partenariat entre la société ImXPAD et SOLEIL, un détecteur dit « CirPAD » a été installé en mai 2018 sur le diffractomètre de la ligne DIFFABS. De forme circulaire, il permettra d’effectuer des mesures de diffraction de rayons X sur un domaine angulaire de près de 140° en une seule acquisition, ce qui diminuera énormément le temps d’acquisition des données de diffraction. Des expériences qui jusqu’alors ne pouvaient pas être menées sur la ligne seront dorénavant possibles grâce à cette réduction du temps d’acquisition, associée au fait que ce détecteur soit bidimensionnel.

Le CirPAD, financé par SOLEIL et la région Centre,  sera mis à disposition des utilisateurs à partir du prochain appel à projet (dépôt des projets en septembre 2018 pour un temps de faisceau alloué à partir de mars 2019).

C’est la société ImXPAD qui s’est chargée de la fabrication des modules de détection (au nombre de 20) et de l’électronique associée à ces détecteurs. De son côté, SOLEIL a pris en charge la partie mécanique du détecteur. A SOLEIL, autour des membres de la ligne DIFFABS, ce travail a mobilisé les groupes Détecteurs, Ingénierie, Alignement, Coordination et Opérations Transverses et Informatique de Contrôle et Acquisition.

Le poids du CirPAD étant supérieur à 100 kg, il était impossible de le fixer directement sur le bras de détection du diffractomètre. C’est pourquoi il a été nécessaire de développer un portique métallique sur lequel est fixé le détecteur, de façon à éviter les déformations dues au poids. Le portique embarquera une partie de la motorisation afin que le CirPAD puisse être positionné comme le nécessiteront les conditions expérimentales. Cet équipement intègre aussi une arche mécanique qui permettra la fixation du CirPAD. Ce portique a été réalisé par la société Micro Contrôle, de laquelle provient également le diffractomètre.

Le détecteur est constitué d’un assemblage de 20 modules XPAD (détecteurs à pixels hybrides), disposés de façon à minimiser les zones entre les modules, qui ne détectent pas les rayons X diffractés par l’échantillon étudié – ces « zones mortes » sont limitées à 7 pixels seulement par module. Le nombre total de pixels est de plus de 1,3 millions de pixels, avec  une taille de pixel de 130 x 130 µm2.

La forme circulaire du détecteur, associée à une électronique d’acquisition optimisée, permettra d’effectuer des mesures de diffraction très rapides, avec des temps d’acquisition de l’ordre de 2 msec et des temps de lecture de 1 msec environ. Cela correspond à une diminution des temps de mesure d’un facteur 300 environ par rapport à la configuration précédente du détecteur.

Le CirPAD est actuellement en phase de commissioning, il est prévu qu’il soit opérationnel et disponible pour les utilisateurs en février 2019. Il sera un atout supplémentaire par exemple lors d’études de matériaux texturés, pour ses mesures bidimensionnelles, ou lors de suivis d’évolution d’un échantillon, comme l’état surfondu de matériaux, pour ses temps d’acquisition réduits.

Le diffractomètre dans la cabane d’expériences de DIFFABS, avant l’installation du CirPAD.

Et après l'installation du CirPAD