Source NAPIS et Spectromètre PSI-TOF dans le projet ANDROMEDE

par Elodie Verzeroli

Thèse de doctorat en Physique des particules

Sous la direction de Serge Della-Negra et de Bernard Rasser.

Le président du jury était Alain Brunelle.

Le jury était composé de Serge Della-Negra, Bernard Rasser, Alain Brunelle, Gérard Ben Assayag, Anouk Galtayries, Christian Colliex.

Les rapporteurs étaient Gérard Ben Assayag, Anouk Galtayries.


  • Résumé

    Le projet ANDROMEDE a pour but de créer un nouvel instrument d’imagerie ionique sub-micrométrique et d’analyse par spectrométrie de masse, en utilisant l’impact d’ions sur des nano-objets présents à la surface des échantillons solides et plus particulièrement sur les échantillons biologiques. L’étude de ces échantillons avec l’objectif d’analyse in vitro et in vivo nécessite une préparation complexe et requiert une expérimentation à la pression atmosphérique. Cet instrument unique ouvre une nouvelle voie dans l’analyse de surfaces, complémentaire aux méthodes utilisées de nos jours.Au sein du projet ANDROMEDE, deux éléments ont été développés dans le cadre de notre étude. La source NAPIS qui délivre les nanoparticules permettant d’augmenter le rendement d’éjection des ions secondaires, et le spectromètre de masse PSI-TOF pour l’analyse chimique des éléments émis depuis la surface de l’échantillon.Le faisceau primaire de nanoparticules de la source NAPIS est accéléré dans un accélérateur de type Pelletron 4MeV et amené sur une cible. La source de nanoparticules NAPIS a été développée et validée indépendamment au sein de la société ORSAY PHYSICS, avant son couplage sur l’accélérateur.Une nouvelle optique d’extraction appelée ExOTOF ainsi que le spectromètre de masse à extraction orthogonale PSI-TOF ont été développés pour permettre l’analyse des ions secondaires et augmenter la résolution en masse du système. Ces ensembles ont été spécialement dessinés pour ce projet. Ils permettront une extraction et une analyse efficace des ions secondaires émis depuis la surface de l’échantillon en utilisant des faisceaux continus et auront leur application pour les analyses à la pression atmosphérique. L’ensemble a été validé et les premiers tests de sortie du faisceau primaire ont été réalisés avec succès.

  • Titre traduit

    NAPIS source and PSI-TOF spectrometer in the ANDROMEDE Project


  • Résumé

    The goal of the ANDROMEDE project is to create a new instrument for sub-micrometric ion imaging and analysis by mass spectrometry, using ion impacts on nano-objects present in the solid sample surface and more particularly on biological samples. In-vitro and in-vivo analysis of these types of samples require mostly complex preparation and even atmospheric pressure experimentation. This unique instrument opens a new path for surface analysis characterization, which is complementary to the standard methods and technics used today.In the ANDROMEDE project, two elements have been developed in our study. The NAPIS source which delivers the nanoparticles allowing the increase of the secondary ion yield and the PSI-TOF mass spectrometer for the chemical analysis of the elements emitted from the sample surface.The NAPIS source delivers a primary beam of accelerated nanoparticles in a Pelletron 4MeV accelerator which is driven to a target. The NAPIS nanoparticles source has been developed and validated independently in the ORSAY PHYSICS Company firstly before its coupling on the accelerator. The new extraction optics called ExOTOF as well as the PSI-TOF orthogonal extraction mass spectrometer have been developed for the reliable secondary ions study and the increase of the mass resolution.These instruments have been specially designed for this project. This development will allow an efficient extraction and analysis of the secondary ions emitted from the sample surface using continuous primary beams and will have applications for atmospheric pressure studies. The assembly has been completely validated and the first tests of the output beam have been successfully carried out.


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