2.2.1.2. Conditions expérimentales
Les expériences de QENS ont été
réalisées au NIST National Center for Neutron Research (NCNR) sur
deux spectromètres: le spectromètre à temps-de-vol
appelé disk chopper time-of-flight spectrometer85 (DCS) et
sur le high-flux backscattering spectrometer86 (HFBS), qui est un
spectromètre à rétrodiffusion. Dans les deux cas, les
solutions ont été placées dans des porte-
échantillons cylindriques en aluminium présentant un espace
annulaire de 0,1 ou 0,44mm, scellés, et placés dans un cryostat
dans lequel la température est régulée à #177;
1K.
Les expériences sur le DCS ont été
réalisées à 280 K avec une longueur d'onde incidente de 6
Å (0,25 < Q < 1,93 Å-1). La résolution en
énergie et la normalisation en intensité ont été
déterminées à partir de la mesure d'un cylindre creux de
vanadium réalisée dans les mêmes conditions que celles
utilisées pour les échantillons. La résolution
instrumentale a été estimée à 55j.teV à
partir de la largeur à mi-hauteur du pic élastique du
vanadium.
Les expériences sur le HFBS ont été
réalisées à 280 K avec une longueur d'onde incidente de
6,27 Å (0,36 < Q < 1,52 Å-1) pour une
résolution instrumentale de 1,2j.teV. La fenêtre de transfert
énergétique est de #177;36j.teV.
Nous avons mesuré sur ces deux spectromètres:
Un spectre de diffusion du vanadium,
Un spectre pour chaque porte échantillon en aluminium vide
(0,1 et 0,44mm), Les échantillons à 280K (Tableau 4).
La durée d'acquisition moyenne de chaque spectre
était de 12 heures pour le DCS et de 24 heures pour le HFBS. La
dénomination d-glc correspond à un D-glucose sur lequel les
hydrogènes non- échangeables ont été
substitués par des atomes de deutérium (C6D7H5O6). De
la même manière, h-glc correspond à un D-glucose sur lequel
les hydrogènes échangeables ont été
échangés par des deutériums (C6D5H7O6).
Tableau 4: Tableau récapitulatif des conditions
expérimentales pour les échantillons mesurés sur le DCS et
le HFBS. (d-glc: C6D7H5O6; h-glc: C6D5H7O6)
2.2.1.3. Traitement des données
expérimentales
Durant une expérience de diffusion, et plus
particulièrement dans le cas des spectromètres TOF et BS, nous
mesurons le nombre de neutronsn(t) diffusés pendant le temps T par
l'échantillon, détectés dans le canal correspondant au
temps de vol t et de largeurt, par un détecteur placé à un
angle B et couvrant un angle solide A
d t
2 B ( , )
n t T A t
( ) .
= i
0 d dt
où:
= 0 est le flux de neutrons incidents,
i est l'efficacité du détecteur,
A est un facteur qui prend en compte l'absorption de
l'échantillon,
est la section efficace de diffusion en échelle de
temps-de-vol.
d t
2 ( , )
B
d dt
.
La section efficace de diffusion en échelle de
temps-de-vol d2B(, t) ddt donne accès à la
section efficace de diffusion en énergie d2B(,) ddt
*, qui est proportionnelle au facteur de structure S(Q, E) qui nous
intéresse.
* La section efficace de diffusion en échelle de
temps-de-vol d2B(, t) d.dt et la section efficace de
diffusion
d d t dt
2 2
B ( , ) 1 ( , )
B
.
d dE d dt dE
. .
?
en énergie d2B(,) d.dE sont
liés par la relation suivante:
2
m nD
2
t
2 ( )
? E E
0
détecteur par l'expression
oùmn est la masse du neutron.
dt dE peut être déduite de la relation qui lie le
temps de vol t à la distance D séparant l'échantillon
du
L'objectif est donc d'obtenir le facteur de structure dynamique
S(Q,E), qui contient toute
l'information du système, à partir des
données brutes mesurées expérimentalement,
c'est-à-dire à partir de n(t). Pour ce faire, un traitement en
plusieurs étapes des données expérimentales a
été réalisé à l'aide de la série de
programmes DAVE développée à NIST.87
2.2.1.3.1. Normalisation au moniteur
Le flux 00 pouvant être fluctuant, et les
durées de mesures T plus ou moins longues, il est
indispensable de rapporter les spectres au même nombre de
neutrons incidents pour pouvoir les
comparer. Tous les spectres sont donc
normalisés par la grandeur 00.T , qui représente le
nombre de
neutrons effectivement reçus par l'échantillon.
2.2.1.3.2. Soustraction de la cellule vide
L'aluminium est utilisé de manière courante dans
la fabrication des instruments de neutronique
parce qu'il ne donne pas ou très peu de diffusion
incohérente (inc= 0,0082 barn). C'est la raison pour
laquelle, la plupart des porte-échantillons pour ces
types de spectromètre sont en aluminium. Néanmoins, bien que le
signal du porte-échantillon soit purement élastique, de la
diffusion incohérente « parasite » provenant
d'impuretés peut apparaître et fausser nos mesures. Afin de
s'affranchir de tels problèmes et d'extraire le signal de la solution
(DS), on soustrait au signal de diffusion (DS+EC) le signal de la
cellule vide (DEC) accompagné d'un coefficient A qui prend en compte la
transmission de l'échantillon:
DS = D S+EC --
A.DEC (Eq. 1)
La transmission des échantillons a été
calculée à partir des sections efficaces cohérentes et
incohérentes du solvant et du soluté. Les transmissions
étant toutes supérieures à 0,9, nous avons
considéré comme négligeable les diffusions multiples.
(Tableau 5)
Tableau 5: Tableau récapitulatif des épaisseurs et
des valeurs des transmissions pour les différents échantillons
utilisés
2.2.1.3.3. Normalisation au vanadium
Les détecteurs ne présentent pas tous la
même efficacité et afin de rétablir une bonne
homogénéité, il convient de normaliser les spectres par le
signal obtenu par un échantillon de vanadium, qui est un diffuseur
purement incohérent. De cette manière, tous les détecteurs
présenteront la même efficacité après correction.
2.2.1.3.4. Regroupement
Les spectres de diffusion obtenus au niveau de chaque
détecteur ne présentent pas toujours une statistique suffisante
pour être exploitable, et il est courant de sommer les spectres sur des
groupes de détecteurs situés dans une même région de
l'espace. Dans notre cas, le nombre de groupes s'élève à
16, et ce sont ces spectres regroupés que l'on analysera par la
suite.
Toutes ces étapes nous ont donc conduit à
déterminer le facteur de structure dynamique S(Q,E). Les
représentations tridimensionnelles des fonctions de diffusion S(Q,E)
pour les échantillons dglc+H2O, 1:20 et d-glc+H2O, 1:55 mesurés
sur le DCS sont présentés en figure 13.
Figure 13 : S(Q,E) en fonction du transfert d'énergie E et
du transfert de moment Q pour les échantillons dglc+H2O, 1:20 (gauche)
et d-glc+H2O, 1:55 (droite) obtenus sur le spectromètre à
temps-de-vol DCS.
La figure 14, quant à elle, présente une coupe
de ces mêmes fonctions de diffusion pour une valeur de Q donnée,
ici pour Q= 0,97Å-1. Une coupe similaire a été
réalisée sur les fonctions de diffusion des échantillons
h-glc+D2O, 1:20 et h-glc+D2O, 1:55, obtenues sur le HFBS pour
Q=0,36Å-1.
H
0
2
T = 280 K Q = 0,97 Å-1
0,05
(b)
D
0
2
T = 280 K Q = 0,36 Å-1
1:20
0,04
1:20
20
0,03
15
0,02
10
0,02
5
1:55
0,01
1:55
0
0
(a)
25
-0,4 -0,2 0 0,2 0,4
|
E (meV)
|
-0,01 -0,005 0 0,005 0,01
E (meV)
|
Figure 14 : (a) Spectres obtenus sur le DCS pour le d-glc+H2O,
1:20 (rouge) et d-glc+H2O, 1:55 (bleu). (b) Spectres
obtenus sur le HFBS pour le h-glc+D2O, 1:20 (vert) et h-glc+D2O, 1:55
(violet).
Une première analyse visuelle de ces coupes nous montre
un effet significatif de la concentration en sucre sur l'intensité et la
largeur à mi-hauteur des spectres, et ce aussi bien sur le
spectromètre à temps de vol (DCS) que sur le spectromètre
à rétrodiffusion (HFBS), qui présentent pourtant des
résolutions très différentes.
| 
