Étude expérimentale des interfaces gaz-liquide par réflexions de neutrons
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
We have developed a new technique for studying the gaz- liquid interface by neutron reflection. The method is based on time of flight (TOF) method which avoids any movement of the sample during measurement. It is a great advantage especially for a liquid sample. We first describe the theory of neutron reflection. The index of reflection is less than unity reflection may be observed when for most materials, so that total the angle of incidence is less than the critical angle. We show that the properties of a surface can be deduced from its neutron reflection near this critical angle. We use this method for a polymer solution surface: near the surface there is a concentration gradient. Mean field theory and scaling law predict a concentration profile obeying a power law. The choice of isotopes of the polymer and the solvent changes the interaction between the neutron and the material for a given concentration profile. Therefore it is possible to measure the concentration profile from a neutron reflection curve. The new experimental results contain much interesting information. We have compared them to the theoretical predictions. The work which we have done permits us to determine the characteristics of the optimal experimental conditions. These conditions are very useful for building a new reflectometer which will be installed nearby the Orphée reactor.
Abstract FR:
Nous avons mis au point une nouvelle technique d'étude gaz-liquide par réflexion de neutrons. Elle est basée sur une méthode de temps de vol qui évite tous les mouvements d'échantillon, ce qui est particulièrement intéressant pour les échantillons liquides. La théorie de la réflexion de neutrons est d'abord décrite. Pour la plupart des atomes l'indice de réfraction de neutrons est inférieur à l'unité, la réflexion totale (obtenue quand l'angle d'incidence θ est plus petit qu'un certain angle critique θc) se produit donc entre l'extérieur et le liquide. On montre qu'une mesure de réflectivité au voisinage de la réflection totale permet d'obtenir des informations sur l'organisation de la surface. L'étude des réflexions de neutrons des interfaces gaz-liquide est un domaine en plein développement. Pour cette raison, cette nouvelle méthode expérimentale est décrite en détail. On l'applique au problème de l'interface des solutions de polymères : au voisinage de cette interface, il existe un gradient de concentration. La théorie de champ moyen et des lois d'échelle prédisent un profil de concentration sous forme de loi de puissance. Le marquage isotopique pour le couple polymère solvant, entraine une modification importante du potentiel d'interaction neutron-matière, pour un profil de concentration donné. Il est donc possible de mettre en évidence ce profil de concentration par une mesure de la courbe de réflexion. Nous présentons les premiers résultats expérimentaux et leur comparaison avec les prédictions théoriques. Ils font apparaitre pour la première fois l'existence du profil de concentration. D'autre part l'étude des conditions expérimentales nous a permis de définir les caractéristiques d'un spectromètre nouveau qui sera construit auprès du réacteur Orphée.