Etude expérimentale du pouvoir d’arrêt des ions légers et lourds dans les polymères

Abstract

Les mesures de la perte d’énergie des particules chargées sont très importantes dans de nombreux domaines scientifiques, notamment en physique médicale (radiothérapie), l’analyse des dommages créés par les rayonnements (radiation damage), la radioprotection, l’analyse des matériaux avec des faisceaux d’ions, dans le processus d’implantation ionique. Elles sont aussi d’un grand intérêt d’un point de vue fondamental et fournissent d’importantes informations concernant les propriétés physiques des matériaux traversés. Ces dernières années, plusieurs travaux ont été consacrés aux mesures de la perte d’énergie dans les films polymères, ceci est due en partie à leurs utilisations dans les divers domaines tels que l’industrie de la microélectronique, la dosimétrie, la physique nucléaire. Dans cette étude expérimentale, nous avons déterminé le pouvoir d’arrêt des ions 1H, 4He, 16O, 19F et 28Si dans les films minces de mylar, makrofol et polypropylène dans une gamme d’énergie de 0.23 à 5.5 MeV/n (région de Bethe). Nous avons adopté la technique de transmission basée sur la combinaison de deux techniques très utilisées dans les expériences du ralentissement des particules chargées dans la matière, la rétrodiffusion (RBS) associée à la transmission pour les ions légers (1H, 4He) et la diffusion combinée à la transmission des ions lourds (16O, 19F et 28Si). Nos mesures ont été réalisées au moyen d’un détecteur à barrière de surface avec et sans films polymères. Nos résultats ont été comparés avec ceux générés par les codes de calculs PSTAR-ASTAR, SRIM, CasP, MSTAR et PASS. La charge effective des ions lourds 16O, 19F et 28Si a été déterminée à l’échelle de 𝑍2. Enfin, deux expressions ont été obtenues, l’une concernant la charge effective à l’échelle de 𝑍4 et l’autre pour la correction de Barkas. Cette dernière a été utilisée avec succès pour le calcul de la correction de Barkas des protons et des particules alphas dans des cibles d’aluminium (𝐴𝑙1327 ) d’or (𝐴𝑢79197 ). Electronic energy loss of charged particles in materials is a fundamental process responsible for the unique response of materials in applications of advanced nuclear power, radiation detectors, advanced processing of electronic devices ant medical physics. The slowing down of energetic heavy ions in polymers has received much attention in recent years. This is partly due to the use of polymers in various ion applications and partly due to their increasing use in industry such as microelectronics, in radiation dosymetry and in nuclear physics research. In this study, stopping powers of 1H, 4He, 16O, 19F, 28Si ions crossing thin Mylar, makrofol and polypropylene foils have been determined by using the transmission technique (retrodiffusion back scattering for 1H, 4He and back scattering for 16O, 19F, 28Si combining to the transmission technique ) in the Bethe region. The energy loss was measured over a continuous range of energies from 0.23 to 5.5 MeV/n using the data that was tagged by a surface barrier detector (SBD) with and without stopping foils. We have compared the obtained stopping values to those predicted by SRIM, MSTAR, PSTAR-ASTAR, PASS and CasP computers codes calculations. The effective charge values of 16O, 19F, 28Si heavy ions have been also deduced from the experimental set of data in 𝑍2 order. We have obtained two expressions for the experimental determination of the effective charge in 𝑍4 order and Barkas correction. We have applied this expression with success for the Barkas correction calculation of the protons and alpha particles in aluminum (𝐴𝑙1327 ) and (𝐴𝑢79197 ) targets. قياسات فقدان الطاقة للجسيمات المشحونة لها أهمية في مجالات علمية عدة خاصة منها في الفيزياء الطبية (علاج بالأشعة)، تحليل الاختراق الناتج عن الأشعة، الحماية من الأشعة زرع الأيونات إلى آخره. كما لها أهمية كبرى إذ توفر معلومات في الميدان الأساسي وفي الخصائص الفيزيائية للمواد التي تمر فيها الجسيمات. في السنوات الأخيرة، أعمال كثيرة خصصت وهذا راجع لاستعمالها في مجالات عديدة كصناعة الميكروالكترونيك، الفيزياء (erymyloP) لقياس فقدان الطاقة في البوليمر 4He، 16O ،19F ،28Si النووية، قياس الجرعات. تمت في هذه الدراسة التجريبية حساب قدرة الإيقاف لكل من الأيونات استعملت تقنية الانتقال .n/MeV 5.5- فى الأفلام الرقيقة للمايلار ، المكروفول و البولي بروبلين في مجال الطاقة 0.8 H1، المبنية على ضم تقنيتين كثيرة الاستعمال في التجارب تباطؤ الجسيمات المشحونة في المادة و هما على التوالي، تقنية الارتداد . لقياس فقدان الطاقة استخدمنا كاشف (حاجز السطح)مرة .(16O ،19F ،28Si) و الانتشار ثم الانتقال (4He ،1H) ثم الانتقال -ASTAR، MISR ،MSTAR ،SSAP ،CasP بدون و أخرى بالفيلم البوليمر. نتائجنا قرنت مع الحسابات المتوفرة في كما وجدنا علاقة لحساب تصحيح بركاس و الشحنة Z2 في سلم (16O ،19F ،28Si) حسبنا الشحنة الفعالة لكل من .PSTAR و الذهب (Al) في الألمنيوم α للبروتونات و الجسيمات (ssmrsa) استعملت هذه العلاقة لإيجاد تصحيح .Zالفعالة في سلم 4 .(Au)