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Les interactions électron-matière :

Lors de l’impact d’un faisceau d’électrons sur une cible massive, cette dernière est la source de plusieurs émissions radiatives et corpusculaires : :

- des émissions électroniques que l’on peut schématiquement répartir en deux catégories, l’une relative à des électrons de très faible énergie (typiquement 5 à 10 eV), que l’on appelle « secondaires », l’autre d’énergie élevée, proche de celle des électrons primaires et que l’on qualifie de « rétrodiffusés ». A ces électrons il convient d’ajouter des électrons possédant une énergie spécifique que l’on peut associer à la présence de certains éléments dans la cible, ce sont les électrons Auger.

- des rayonnements électromagnétiques, principalement constitués de rayons X, répartis entre une émission continue (le « fond continu » ou « rayonnement de freinage » ou « Bremsstrahlung »)

et un spectre de raies caractéristique des éléments présents dans la cible. Pour les matériaux isolants ou semi-conducteurs, on observe également un rayonnement électromagnétique de faible énergie, situé dans le visible : le rayonnement de cathodoluminescence

Origines de ces émissions
Lorsqu’un électron pénètre dans la cible, il subit de nombreuses interactions inélastiques (c’est à dire avec transfert d’énergie) avec les électrons appartenant aux orbitales atomiques. Ces transferts d’énergie conduisent à une perte progressive de l’énergie de l’électron primaire (et donc à son ralentissement), jusqu’à ce qu’il soit absorbé par la cible.

Trajectoires électroniques simulées par la méthode de Monte Carlo

Au sein de l’atome, cet apport d’énergie se traduit généralement par l’ionisation d’un niveau atomique provoquant l’émission d’un électron (qualifié de « secondaire »), le plus souvent situé sur un des niveaux de valence et donc possédant une très faible énergie cinétique (en moyenne 5 à 10 eV). Le retour à l’équilibre de l’atome ionisé sera accompagné d’une émission, soit électromagnétique (transition radiative, principalement constituée par un spectre de rayons X), soit électronique (transition Auger). Ces deux émissions sont caractéristiques de la composition chimique locale de la cible.

Interactions inélastiques : ionisation et émissions caractéristiques

Plus rare, l’électron primaire peut interagir avec le noyau atomique, qui se traduira par une forte déviation de la trajectoire incidente (interaction dite « élastique », c’est à dire sans transfert important d’énergie). Ces déviations peuvent conduire l’électron primaire à ressortir de la cible, c’est l’émission rétrodiffusée. La forte déviation dans le champ électrique du noyau provoque également une émission radiative non caractéristique (rayonnement « de freinage »), à l’origine du fond continu.

Spectre de rayons X (analysé en spectrométrie par sélection d’énergie ou EDS)

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