4) Etudes par diffraction raction de neutrons (9)

Les expériences de diffraction des neutrons dans l'eau lourde (D20) dans une échelle de températures allant de 380 à 500°C et de pressions allant de 200 à 900 bars, permettent la connaissance du facteur de structure statique et de la fonction de corrélation intermoléculaire. Ces notions apportent des renseignements sur la structure de l'eau à l'état supercritique. Ainsi, les résultats expérimentaux sont comparés avec d'autres résultats expérimentaux et avec des simulations moléculaires informatiques utilisant le potentiel appelé SPC/E (extended simple point charge). Ces résultats mènent à la conclusion que le réseau de liaisons hydrogène est encore présent dans l'eau à l'état supercritique, résultats particulièrement en accord avec les simulations moléculaires.

a) Généralités

La méthode de diffraction de neutrons intervient lorsque les méthodes de diffraction de rayons X et d'électrons deviennent inefficaces. En effet, pour ces deux dernières, l'intensité de la dispersion dépend des numéros atomiques des atomes dispersés. Ainsi, les positions d'atomes d'hydrogène sont moins bien définies que celles d'atomes plus lourds, et cela peut même être le cas d'atomes tels que le carbone ou l'oxygène. C'est ainsi que la diffraction de neutrons devient utile. Les intensités de dispersion des neutrons ne sont reliées d'aucune façon aux numéros atomiques et ne sont pas les mêmes pour les différents isotopes du même élément, la dispersion des atomes lourds n'est donc pas plus importante que celle des atomes plus légers. En particulier, la dispersion par le deutérium est semblable à celle par les atomes lourds typiques, et c'est pourquoi

la diffraction de neutrons a une grande importance dans les études des liaisons

hydrogène et des ligands hybrides dans les complexes des métaux de transition. D'autres caractéristiques importantes de la diffraction de neutrons sont que les facteurs de dispersion sont constants, et ne diminuent pas avec l'angle de diffraction, les neutrons sont très pénétrants mais les densités de flux pour les neutrons à vitesse

convenable sont faibles, et les expériences peuvent seulement être réalisées en phases condensées et non gazeuses. De plus, les sources de neutrons ne sont pas extrêmement courantes : il faut généralement un réacteur nucléaire afin de produire un faisceau de neutrons.

b) Instrumentation

En général, la diffraction de neutrons est réalisée sur des diffractomètres semblables à ceux utilisés pour la diffraction de rayons X. Mais les sources sont de natures très différentes.

Les mesures de dispersion des neutrons de l'eau lourde, ont été réalisées sur le spectromètre 7C2 du réacteur Orphée du laboratoire Léon Brillouin à Saclay (France).

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