IL. — ETUDE PHOTOMÉTRIQUE ‘DE LA TACHE DE DIFFRACTION CENTRALE

On avait déjà remarqué que certains carbones donnent lieu à une diffusion importante au centre du cliché dans la méthode Debye d'étude des poudres (1). Mais de nombreux facteurs peuvent intervenir pour créer une diffusion centrale, et tout particulièrement il n’est pas possible d'interpréter cette tache tant que le faisceau de rayons X incidents n’a pas été correctement défini géométriquement. A. Guinier a montré le premier comment, en opérant sur un faisceau géométriquement bien défini et convenablement monochromatisé par réflexion sur une lame cristalline, on pouvait lier l’élargissement de la tache de diffusion centrale à un état finement dispersé de la matière (2). Ainsi des corps très divisés, comme le nickel préparé selon la méthode de Raney, des noirs de fumée, des substances colloïdales ou des dispersions fines d’une phase métallique dans une autre, produisent des diffusions centrales étendues.

a) Dispositif d'étude.

On opère avec un rayonnement CuK« que l’on reçoit sur une lame de quartz convenablement taillée, creusée puis courbée; elle donne une distance de focalisation d'environ 14 em.

Le foyer sur l’anticathode doit être aussi réduit que possible : 1 mm. de large, 2 à 3 mm. de haut. Le faisceau, après passage à travers une mince fenêtre d'aluminium d'un centième de millimètre, traverse le diaphragme avant du monochromateur qui limite en hauteur le faisceau à 2 mm. ; en largeur le faisceau est limité par deux écrans mobiles à volonté grâce à des vis. On prend des faisceaux incidents de 4 à 10 dixièmes de millimètre de large.

Le faisceau ainsi défini rencontre le cristal. Le cristal est placé à une distance convenable du foyer, comme il est indiqué plus haut. Pour avoir assez exactement une bonne position, on peut faire osciller le cristal autour de son angle de réflexion de la raie CuKa de telle sorte que le faisceau réfléchi disparaisse sur place lorsque l'incidence varie. En déplaçant légèrement sur une glissière le support du monochromateur, on arrive à réaliser un tel réglage.

Pour trouver l’angle de réflexion convenable, on part d’une incidence rasante puis on diminue progressivement l'angle d'incidence et on reçoit sur.un écran fluorescent le faisceau réfléchi, s’il ÿ en a. IL est bon d'opérer dans l'obscurité ou avec un dispositif ne laissant parvenir que peu de lumière parasite sur l'écran. On voit d’abord apparaître pour une incidence convenable la trace du faisceau réfléchi peu intense correspondant à CuKf, puis, peu après, la sec-

26 HENRY BRUSSET

tion très intense du faisceau correspondant à CuKa. On immobilise alors la lame, on centre le diaphragme de sortie sur le faisceau et on réduit sa hauteur à une valeur convenable. Puis, avant de fixer la position des bords du diaphragme en largeur, on place la chambre photographique, car la position des bords latéraux du diaphragme doit être déterminée à quelques centièmes de millimètre près; ce qui se fait par photographie.

On place donc sur un support indépendant du précédent la chambre photographique. Celle-ci comporte trois parties. Le porte-échantillon que l’on met à peu près à mi-distance entre la lame focalisatrice et le point de convergence du faisceau réfléchi, le support du film photographique placé dans le plan de focalisation de faisceau, puis un deuxième porte-film placé symétriquement à la fente de sortie du monochromateur par rapport au premier porte-film. Ce deuxième porte-film ne sert que pour les réglages.

On règle donc en hauteur, en position et en direction la chambre photographique de façon que le faisceau de rayons X passe sensiblement par le centre des trois montures coaxiales et réglables en distances mutuelles.

La chambre étant ainsi convenablement placée par rapport au faisceau réfléchi, on scelle les pieds du dispositif pour maintenir rigidement le bon centrage obtenu.

On détermine alors la largeur du faisceau à la sortie du diaphragme arrière du monochromateur en photographiant sa trace sur le deuxième porte-film placé comme il a été dit par rapport au plan de focalisation. Le porte-échantillon coïncide d’ailleurs sensiblement avec le diaphragme de sortie envisagé. Pour repérer la position des bords de ce faisceau dans la traversée de ce diaphragme, on opère deux photographies sur le même film.

On écarte les bords verticaux de la fente arrière de façon à ne pas mordre sur le faisceau, on place contre le film un cache comportant une tige horizontale ; on photographie la section du faisceau, seule la partie rencontrant la petite tige du cache n’impressionne pas le film ; on photographie une demi-minute.

En agissant sur les vis moletées, on amène chaque bord vertical de ce diaphragme à empiéter sur le faisceau de rayons X tout en laissant passer un étroit pinceau entre les deux bords ainsi rapprochés, On photographie alors sur le même film après avoir enlevé le petit cache utilisé précédemment.

Une autre façon de mesurer la largeur consiste à utiliser le fait que la fente verticale de sortie est très voisine du porte-échantillon. Il suffit de placer sur le porte-échantillon un film et de photographier le faisceau sortant, successivement en pleine largeur puis diaphragmé, sur le même film. Le premier est rendu nettement moins

haut que le deuxième par action sur les bords horizontaux du diaphragme.

CONTRIBUTION A L'ÉTUDE DU CARBONE ET DES CHARBONS MINÉRAUX Ge)

Le cliché est ensuite repéré et mesuré sur une machine à vis micrométrique. On pointe le bord des différents faisceaux à quelques millièmes de millimètre près et on déduit de combien de centièmes de millimètre on doit écarter les bords de la fente. Il faut qu'ils ne touchent pas le faisceau réfléchi tout en arrétant les rayons parasites qui passeraient au delà du faisceau réfléchi et provoqueraient un élargissement de la tache centrale. On peut élargir la fente pour chaque bord de 1 à 3 centièmes de millimètre pour être sûr de ne pas pincer le faisceau : car 1l vaut mieux un diaphragme un peu trop large qu'un peu trop étroit.

Le faisceau ainsi réglé, on vérifie, sur un film placé dans le plan de focalisation, qu’au bout de 20 à 4o minutes la diffusion centrale est inexistante en dehors du cache de 1 mm. de large centré sur le faisceau et mis devant ce nouveau film. On opère dans le vide, que l’on peut créer entre le porte-échantillon et le film. On évite ainsi une diffusion parasite par l’air et un affaiblissement des rayons X par absorption dans l’air.

Si alors on intercale une poudre de charbon actif, on obtient un nouveau cliché.

De chaque côté de la trace du cache, on aperçoit une diffusion importante qui n’existait pas lorsque le faisceau ne traversait aucun échantillon. Au milieu de la trace claire du cache, on aperçoit la trace du faisceau monochromatique.

Le porte-échantillon comporte un logement où l’on place l’échantillon à étudier entre deux feuilles minces de mica séparées par des cales d'épaisseur convenable (1/2 à 2 mm.).

On fait le vide entre l’échantillon placé devant une mince fenêtre d'aluminium de 1 à 2 centièmes de millimètre d'épaisseur et le film.

b) Interprétation des résultats.

Le cliché obtenu est passé au microphotomètre. On a une courbe qui donne en fonction de l’angle de diffusion le noircissement du film.

Le déplacement du spot est proportionvel au flux lumineux transmis à travers le film.

On enregistre aussi sur le cliché la déviation du spot correspondant au noir absolu (fig. 2).

On mesure le noircissement à partir de ce noir absolu. On rectifie la courbe pour ne pas faire intervenir le grain du film ou les petites irrégularités locales.

On mesure la distance A de la partie la plus claire au noir absolu. Soit À la déviation à partir du noir absolu en un point du cliché. L'intensité du faisceau de rayon X est :

[1] 1= K log 2 pourvu que À < 0,8.

28 HENRY BRUSSET C'est-à-dire que le noircissement correspondant du cliché ne soit pas trop intense.

Si le premier cliché donne des noirs trop intenses, on recommence avec des poses plus courtes, car suivant les échantillons et leur épaisseur, les diffusions sont très diverses.

On dresse le tableau :

on exprimera A et À, en millimètres dans nos études.

2l représente la largeur de la tache au point où on mesure le noircissement À, on l'exprimera en millimètres mesuré sur le microphotodiagramme (fig. 3). Sur la figure 3 d représente A et d, As.

K:? est un nombre proportionnel au carré de l’angle : de diffusion ;

JReE l on prend dans les calculs qui suivront le carré de -ssAloglestun nombre proportionnel à log I défini par la formule [1] on a pris le : + A logarithme de la quantité 100 log e ‘

On trace ensuite la courbe :

log 1= (se).

En effet un calcul théorique de l'énergie des rayons X diffractés dans une direction donnée après avoir traversé un volume de sub-.

stance formée de corpuscules identiques de même densité électronique dispersés dans le vide donne l’expression :

(2] ï- = Mon fifi cos À (3x — 31) où [ est l’intensité diffusée par un électron sous un angle très faible.

M, le nombre de particules du volume de matière diffractante ; fret fr les facteurs de structure respectifs des atomes A, et A; d’une même particule.

X, longueur d’onde des rayons X.

d-0x différence de marche des rayons passant par À; et A, par fhbe port à un rayon passant par un atome origine A.

Fig. 3.

On peut mettre cette expression sous la forme [3] :

[3] . — Mn°e ou :

hr?

[4] logI=A—R# avec A—log (Mu?l.) et B— x À log e.

Si on ne considère que les faibles angles de diffusion, n est le nombre total d'électrons d’une particule.

R est défini par la relation nR?=2/f;r}, rx étant la distance de l’atome A; à l’origine.

R est donc défini ainsi : si on donne aux atomes une masse fictive égale à leur nombre atomique, on obtient le centre de gravité du système ainsi défini. R? est la moyenne des carrés des distances de

chaque atome à ce centre, chaque carré étant affecté du numéro atomique de l’atome. ue

Si tous les atomes sont identiques, R est le rayon de giration de la particule ; si tous les atomes sont quelconques R reste encore voisin du rayon de giration car masse atomique et nombre atomique sont deux grandeurs qui varient dans le même sens et sont à peu près proportionnelles. | l

Si on a affaire à une substance monodispersée on obtient une droite comme courbe Log 1 — f(:?).

Si on a affaire à une substance polydispersée on obtient comme caractéristique Log 1— (+?) une courbe somme des caractéristiques droites relatives à chaque état monodispersé de l’ensemble polydispersé.

Aussi, inversement, partant d’une telle caractéristique on peut se proposer d’avoir une idée de l'état de dispersion de l’ensemble, comme nous le montrerons un peu plus loin.

Dans le cas de substances monodispersées, on peut obtenir d’autres résultats, de même dans le cas des substances fibreuses à fibres parallèles.

Il s’est trouvé que carbones amorphes et charbons donnaient de nombreux cas de substances présentant une importante diffusion centrale.