Lien entre l'indice de réfraction pour les rayons X et les interactions photons-atomes ?

[invitee9f36a52]

Bonjour,

J´ai un petit problème de physique atomique, (ou de physique de la matière condensée je ne sais pas trop). C´est assez précis, donc j´espère que je ne me trompe pas de forum, sinon je m´en excuse. Cela concerne la notion, d´indice de réfraction pour des longueurs d´onde de l´ordre de Å (disons pour être plus précis des énergies entre 1 et 200 keV), rayons X donc, et le lien avec les interactions atomes-photons qui sont prédominantes dans ce domaine d´énergie (effet photoélectriques, diffusion Rayleigh et effet Compton).
Je me place dans le cas ou l´indice de réfraction peut être définis (ce point serait à préciser un peu, il est détaillé dans les références données ici http://henke.lbl.gov/optical_constants/).
Prenons l´exemple du Silicium. Les figure 1 (http://physics.nist.gov/PhysRefData/Xcom/Text/XCOM.html) et 2 (http://henke.lbl.gov/optical_constants/getdb2.html) donnent les sections efficaces pour les trois interactions citées plus haut et l´indice optique en fonction de l´énergie du photon incident. On voit que l´effet photoélectrique domine en terme de probabilité d´occurrence devant la diffusion rayleigh et l´effet compton.
Si on regarde maintenant l´indice optique, n=1-delta+ibeta, pour le même silicium on se rend compte que la valeur réelle domine sur toute la plage d´énergie. C´est à partir de la que mes problèmes commencent. J´essaye de relier, au moins qualitativement, les parties réelles et imaginaires de l´indice, aux section efficaces.
Ce que j´ai pu comprendre pour l´instant:
1. le théorème optique: la partie imaginaire de l´indice optique et la section efficace de l´effet photoélectrique sont proportionnelles
2. la partie réelle est principalement reliée à la diffusion Rayleigh

Est ce correct? Si oui première question: ou est passé l´effet compton? Même s´il est négligeable pour les basses énergies, il ne l´est plus pour les hautes (30 keV).
Je comprends bien que probabilité d´interaction et indices optiques sont deux choses différentes, mais qui dit "plus grande probabilité" dit "plus grands nombres d´atomes" participant à l´interactions.
Deuxième questions sous forme de conclusion bébête?: L´effet photoélectrique étant l´interaction la plus probable, on s´attend à ce que se soit la partie imaginaire de l´indice qui est la valeur la plus importance ?

Ou est la l´erreur dans mon raisonnement, (un peu simpliste j´avoue)?

Merci d´avance,

Grégory
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[invite6dffde4c]

Bonjour.
Dans l'indice de réfraction complexe, la partie imaginaire rend compte des pertes d'énergie de l'onde quand elle traverse le milieu. Donc, cette partie imaginaire provient de tous les effets dans lesquels les photons transmettent une part de leur énergie.
Similairement, la partie réelle correspond à des interactions sans perte d'énergie. Si l'indice de réfraction est inférieur à un dans les métaux, cela vient de la présence du gaz électronique et de la fréquence de plasma de celui-ci qui est inférieure à la fréquence des rayons X.
Au revoir.

[invitee9f36a52]

Salut LPFR,

Et merci pour la réponse.

Bonjour.
Dans l'indice de réfraction complexe, la partie imaginaire rend compte des pertes d'énergie de l'onde quand elle traverse le milieu. Donc, cette partie imaginaire provient de tous les effets dans lesquels les photons transmettent une part de leur énergie.

Donc l´effet Compton est aussi "inclus" dans la partie imaginaire, puisque l´interaction conduit à un photon d´énergie inférieure.
Et donc cela réponds à ma première question.
Mais en ce qui concerne la deuxième? Est t´il possible d´écrire une relation entre la section efficace de la diffusion rayleigh et la partie réelle de l´indice optique? quelque chose de semblable au théorème optique et qui fasse que l´on puisse comparer les ordres de grandeurs des parties réelles et imaginaires de l´indice à partir de la la comparaison des ordres de grandeur des sections efficaces photo, Compton et Rayleigh?
Je n´ai pas encore trouvé cela dans la littérature.

Grégory

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Je pense que oui, on devrait pouvoir relier la diffusion Rayleigh à une partie de la partie réelle de l'indice de réfraction. Mais je ne sais pas comment faire le calcul.
Je vous suggère de lire les chapitres (mon exemplaire est en anglais) "The origin of the refractive index" et "Refractive index on dense materials" du Feynman. Les idées de base de la physique sont là et on apprend toujours de nouvelles choses quand on relit le Feynman. Je pense qu'il y des fortes chances que vous trouviez des idées pour votre problème.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitee9f36a52]

Bonjour.
Je pense que oui, on devrait pouvoir relier la diffusion Rayleigh à une partie de la partie réelle de l'indice de réfraction. Mais je ne sais pas comment faire le calcul.
Je vous suggère de lire les chapitres (mon exemplaire est en anglais) "The origin of the refractive index" et "Refractive index on dense materials" du Feynman. Les idées de base de la physique sont là et on apprend toujours de nouvelles choses quand on relit le Feynman. Je pense qu'il y des fortes chances que vous trouviez des idées pour votre problème.
Au revoir.

Bonjour,

Ok merci. Je vais regarder ca. Ca fait longtemps que je n´ai pas ouvert un Feynman. Si ca intéresse des gens, je viens aussi de trouver un vieux bouquin sur le sujet, un peu vieux mais trés intéressant:"The optical principles of diffraction of x-rays" de R. Z. James.

A plus,

Grégory