Interação radiação-matéria

As interações radiação-matéria (ou interação luz-matéria ) descrevem, no contexto da mecânica quântica , os efeitos da radiação em um átomo . O termo "radiação" deve ser entendido em seu sentido quântico  :

• radiação eletromagnética ( luz , raios X , raios gama );
• partícula ( elétron , nêutron , radiação alfa ).

Essas radiações são usadas para analisar a matéria. Na verdade, os átomos são pequenos demais para serem visíveis ou palpáveis, portanto, só podemos conhecê-los indiretamente; observamos a maneira como eles perturbam uma radiação incidente. Isso deu origem a dois tipos de métodos de análise:

• métodos de difração  : quando os átomos estão organizados de forma ordenada ( cristal ), a radiação será difundida em certas direções apenas no espaço; o estudo desta distribuição espacial da intensidade espalhada permite caracterizar a organização da matéria;
• métodos espectrométricos  : os átomos irão absorver parte das radiações incidentes e reemitir outras, o espectro de absorção e reemissão é característico das energias de ligação da matéria e, portanto, de sua natureza química.

Difusão, ionização

A radiação incidente pode interagir de várias maneiras com o átomo:

• pode ser difundido, ou seja, "salta" no átomo:
  • difusão elástica: a radiação "salta" sem perder energia; se a radiação incidente é eletromagnética (luz, raios X) falamos de espalhamento de Rayleigh , se for um elétron, falamos de retroespalhamento  ;
  • espalhamento inelástico: a radiação "salta" com perda de energia (veja Espalhamento Raman ); se a radiação causa a ejeção de um elétron fracamente ligado, ela perde energia, isto é espalhamento Compton  ;
• pode ser absorvido, causando uma transição eletrônica:
  • se a energia incidente for baixa, simplesmente fará com que a órbita de um elétron mude;
  • se a energia for suficiente, causa ionização; se a radiação incidente é eletromagnética, falamos de um efeito fotoelétrico e o elétron ejetado é um fotoelétron; se a radiação incidente é um feixe de elétrons, os elétrons ejetados são elétrons secundários .

Relaxamento

No caso em que a radiação é absorvida, diz-se que o átomo está “excitado” porque seu estado de energia não é o estado mínimo. Segue-se um “relaxamento” (ou “desexcitação”): um elétron de uma camada superior preenche a caixa quântica deixada vaga pelo elétron ejetado.

Se a energia de transição for moderada (ou seja, se a radiação incidente tiver energia moderada), o relaxamento causa a emissão de um fóton de baixa energia (visível ou ultravioleta), é o fenômeno da catodoluminescência no caso em que o material é semicondutor ou isolante. Se a energia de transição for alta, podemos ter dois casos:

• há emissão de um fóton fluorescente, que pela sua energia é um fóton X, falamos de fluorescência X  ;
• este fóton X pode ser recapturado pelo próprio átomo e causar a ejeção de um elétron periférico, esta é a emissão Auger .

Outras interações

• Rotação , Paramagnética Eletrônica de Ressonância, Ressonância Magnética Nuclear , e Medical Imaging
• Phonon , espectrometria Raman

Formulários

Métodos analíticos usando radiação eletromagnética incidente

	radiação incidente
efeito	infravermelho	visível, ultravioleta	raios X
absorção	Espectroscopia e microscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR)	espectrometria de absorção , oxímetro	radiografia espectrometria de absorção de raios- X ( XANES , EXAFS )
fluorescência		microscópio a laser microscópio de fluorescência	Espectrometria de fluorescência de raios-X (XRF)
difusão			Espalhamento de raios-x
difração			Difração de raios-X (XRD)
efeito fotoelétrico			Espectrometria de fotoelétrons X (XPS (ESCA))

Métodos analíticos usando radiação de partículas incidentes

	radiação incidente
efeito	elétron	nêutron	íon
absorção	microscopia eletrônica de transmissão		Microscopia de transmissão de íons
emissão de elétrons	Espectrometria Auger , microscópio eletrônico de varredura
difração	EBSD , microscópio eletrônico de transmissão	difração de nêutrons
Show X	Espectroscopia de emissão de raios-X  (de) (XES), microssonda Castaing		Espectroscopia de emissão de raios-X induzida por partículas carregadas (PIXE)
emissão gama			PIGE
Difusão			Espectroscopia de retroespalhamento de Rutherford
Reações nucleares			Análise por reações nucleares

links externos

• (fr) Interações elétron / matéria , laboratório de materiais , Escola Católica de Artes e Ofícios .
• Interações radiação / matéria e proteção contra radiação