Elemental analysis of multilayer and aerosol samples by simultaneous laser-based XRF and PIXE.

Dietrich, Nils (2025). Elemental analysis of multilayer and aerosol samples by simultaneous laser-based XRF and PIXE. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maitrise en sciences de l'énergie et des matériaux, 138 p.

Prévisualisation

PDF - Version publiée Télécharger (18MB) | Prévisualisation

Résumé

Cette thèse présente la mise en oeuvre d’une analyse couche par couche de la composition chimique d’échantillons multicouches, en utilisant une combinaison des techniques Particle-Induced X-ray Emission (PIXE) et X-Ray Fluorescence (XRF) induites par laser sur l’installation ALLS à Varennes, Canada. Afin de réaliser l’analyse couche par couche, les capacités d’un programme MATLAB basé sur les travaux antérieurs du même groupe ont été étendues, et un nouveau programme d’analyse a été développé. De plus, un sélecteur d’énergie de protons a été intégré au montage expérimental. Ces deux élément forment la base, logicielle et matérielle, de la méthode de mesure multicouche proposée. La fonctionnalité du sélecteur d’énergie sur la ligne de faisceau de l’ALLS a été vérifiée et calibrée. Le programme MATLAB relatif à cette étude a été finalisé et validé à l’aide de données de mesure existantes. Qui plus est, afin d’identifier toutes les lacunes potentielles de la nouvelle méthodologie, de futures expériences avec des échantillons métalliques multicouches ont déjà été planifiées, permettant ainsi l’acquisition de données expérimentales complémentaires. De plus, il est démontré que l’utilisation simultanée des techniques PIXE et XRF, obtenues par l’interaction d’un laser de haute puissance avec une cible, peut être employée pour analyser les aérosols et les gaz d’émission dans l’air. Les expériences menées sur les aérosols ont démontré qu’il est possible de détecter de manière fiable des dilutions de krypton (Kr). Les projections indiquent une capacité à mesurer et quantifier des concentrations allant jusqu’à plusieurs centaines de ppm par rapport à une valeur de référence. Les performances du système sont principalement limitées par le dégazage des parois en aluminium de la chambre PIXE et par le comportement non linéaire de la jauge de pression à des pressions inférieures à 1 torr.


This thesis presents the implementation of a layer-by-layer analysis for the chemical composition of multilayer samples, using a combination of laser-driven Particle-Induced X-ray Emission (PIXE) and X-Ray Fluorescence (XRF) at the ALLS facility in Varennes, Canada. To this end, the capabilities of a MATLAB routine based on previous work of the same group were extended, and a new routine for the analysis was developed. A proton energy selector was integrated into the experimental setup, with the two components forming the basis for the proposed multilayer measurement method from the software and hardware side. The functionality of the energy selector in the ALLS beamline was verified and calibrated. The custom MATLAB routine was finalized and validated using existing measurement data. For the full identification of potential shortcomings of the new methodology, future experiments with metallic multilayer samples have already been planned and scheduled, which will deliver further experimental data. Additionally, it is demonstrated that the simultaneous use of PIXE and XRF, generated through the interaction of a high-power laser with a target, can be employed to analyze aerosols and emission gases in air. The aerosol experiments indicate that krypton (Kr) dilutions can be reliably detected, with projections suggesting the capability to measure and quantify dilutions down to several hundred ppm when compared to a reference measurement. The system is, however, currently constrained by the hardware of the valve system.

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Ruediger, Andreas
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Kersch, Alfred
Mots-clés libres:	-
Centre:	Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt:	26 janv. 2026 16:35
Dernière modification:	26 janv. 2026 16:35
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/16848

Gestion Actions (Identification requise)

Modifier la notice