Méthode de rétrodiffusion bêta
Déterminer une variété de couches avec des particules bêta.
La méthode de rétrodiffusion bêta permet de mesurer l'épaisseur de couches organiques et anorganiques sur une grande variété de substrats en utilisant le rayonnement d'atomes radioactifs. La mesure est non destructive et, selon la mise en œuvre, sans contact ou avec contact.
C'est ainsi que fonctionne la méthode de rétrodiffusion bêta.
Dans le processus de rétrodiffusion bêta, une source isotopique émet des particules bêta (électrons). Les particules bêta sont produites par la désintégration radioactive (plus précisément : désintégration bêta) des noyaux atomiques. Les particules bêta pénètrent le revêtement et le matériau de base de la pièce et sont diffusées par les atomes des deux matériaux. Pour mesurer l'épaisseur du revêtement, on compte le nombre d'électrons rétrodiffusés. Si l'épaisseur de la couche change, le nombre d'électrons rétrodiffusés change également.
Il est ainsi possible de mesurer l'épaisseur de revêtements de n'importe quel matériau sur n'importe quel matériau de base, à condition que les numéros atomiques (numéros de charge nucléaire) du revêtement et du matériau de base diffèrent suffisamment. Avec la méthode de rétrodiffusion bêta, seule la couche supérieure d'un système de revêtement peut être mesurée. Il s'agit d'une méthode de mesure de l'épaisseur des revêtements très universelle.
Où ce processus est-il utilisé ?
- Revêtements d'or très épais sur le nickel, le bronze ou la céramique pour les pièces décoratives, les objets d'art ou les applications aérospatiales
- Argent dans des tubes de cuivre pour des contacts à haute intensité
- minces films d'huile et de lubrifiant sur des pièces en acier comme protection contre la corrosion légère
- minces couches de laque sur l'acier électrique dans la construction de transformateurs et de moteurs électriques.
Quels sont les facteurs qui peuvent influencer la mesure ?
- Ernergie des particules bêta
- Densité du matériau de revêtement
- Temps de mesure
- Différence entre les numéros atomiques du revêtement et du matériau de base
- Composition du revêtement
- Intercalaires, composition du matériau de base
- Activité de la source bêta
- Taille de l'ouverture
Le bon étalonnage fait la différence
Les étalons de Fischer sont utilisés pour enregistrer une courbe caractéristique pour la combinaison revêtement/matériau de base à mesurer avec la source bêta appropriée et en tenant compte de l'ouverture appropriée (le diamètre de l'ouverture est déterminant).
Énergie du rayonnement bêta
Plus la couche est épaisse, plus l'énergie des électrons provenant des noyaux atomiques radioactifs doit être élevée. Chez Fischer, les radionucléides C-14 (carbone-14), Pm-147 (prométhium-147), Tl-204 (thallium-204) et Sr-90 (strontium-90) sont disponibles pour une large gamme d'épaisseurs de couches.
Densité
Les différences entre les densités de la couche des échantillons d'étalonnage et de la couche des échantillons réels peuvent être compensées en utilisant un simple facteur de correction (rapport des densités).
Temps de mesure
La désintégration bêta est un processus aléatoire. Cela signifie que plus ou moins de noyaux atomiques se désintègrent au hasard chaque seconde, ce qui entraîne des fluctuations dans le nombre de particules bêta émises lors de la désintégration. Ces fluctuations augmentent la dispersion des valeurs d'épaisseur de revêtement mesurées. Si l'on veut réduire cette proportion de dispersion des valeurs mesurées, il faut augmenter le temps de mesure - tant lors de l'étalonnage que lors de la mesure des échantillons réels.
Différence entre les numéros atomiques du revêtement et du matériau de base
Le nombre de particules bêta rétrodiffusées dépend directement du numéro atomique du revêtement et du matériau de base. Si la différence entre les numéros atomiques est faible, la différence entre le nombre de particules bêta est également faible. Plus la différence de nombre de particules bêta est petite (grande), plus la dispersion de la valeur mesurée est grande (petite). Ce phénomène peut également être compensé par un temps de mesure plus long.
Composition de la couche
Si la composition du revêtement change par rapport au revêtement utilisé pour l'étalonnage, cela peut être compensé par un facteur de correction dans le cas de petits changements. Dans la plupart des cas, cependant, un nouvel étalonnage avec le revêtement modifié est nécessaire.
Couches intermédiaires, composition du matériau de base
Si la composition du matériau de base "métrologique" change en raison de couches intermédiaires ou de modifications de la composition réelle du matériau de base, il est souvent possible de compenser facilement ce changement en calibrant le nouveau matériau de base "métrologique" dans la courbe caractéristique existante (mot-clé : normalisation).
Activité de la source bêta
L'activité de la source bêta, et donc le nombre de particules bêta qu'elle émet, diminue avec le temps. L'influence de la diminution de l'activité sur la mesure peut être compensée par une nouvelle normalisation (étalonnage des points zéro et final de la courbe caractéristique) ou par un nouvel étalonnage. Une activité plus faible nécessite généralement des temps de mesure plus longs.
Taille de l'ouverture
Le nombre de particules bêta émises par la source bêta et le nombre de particules bêta rétrodiffusées dépendent fortement de la taille de l'ouverture. Un étalonnage séparé est donc nécessaire pour chaque ouverture. Plus l'ouverture est grande, plus le nombre de particules bêta est élevé et plus le temps de mesure peut être court.
Quelle est la norme appliquée ici ?
Méthode de rétrodiffusion bêta selon DIN EN ISO 3543, ASTM B567 et BS 5411
