Les sources de particules chargées

Une source de particules chargées est un dispositif placé sous pression réduite, qui présente une surface ou un orifice par où sortent les particules. La source est le plus souvent indissociable d'un système d'accélération nécessaire pour que celles-ci forment un faisceau de forme et d'énergie définies. Ces particules chargées résultent de la perturbation des cortèges électroniques d'atomes neutres par un apport énergétique externe (rayonnement, champ électrique, élévation de température, collisions...).

L'orifice de source est placé devant une électrode à fort potentiel qui "extrait" une population de particules de signe et en quantité fonctions de la valeur algébrique de ce potentiel par rapport à celui de la source. Les applications nécessitent que ces particules issues de la source soient mises en forme collective par un choix judicieux de la géométrie d'extraction (c'est l'initiation d'un faisceau), puis transportées par un système d'optique corpusculaire.

A une application correspond un type de source adapté et souvent développé pour elle. C'est ce qui explique le foisonnement des configurations et les catalogues que nous dresserons plus loin ne sont pas exhaustifs ; leurs modes de fonctionnement font heureusement appel à un nombre limité de principes de base. Les théories expliquant les modes de fonctionnement étant de plus en plus raffinées et complexes, nous nous limiterons à des modèles simples. Les constances physiques utilisées font l'objet d'un tableau donné en fin d'ouvrage, avec des notations universellement adoptées et considérées comme algébriques. Les unités devraient être systématiquement dans le système SI ; par commodité et par tradition, cette règle n'est pas toujours respectée ici

Lorsque les unités ne sont pas spécifiées, elles sont dans le système SI. Un lecteur profane pourrait s'étonner de la confusion de certaines notations : B est tantôt une brillance tantôt une induction, ??une émittance ou Zi/A, I un courant ou un potentiel d'ionisation... Ce document s'adresse à des lecteurs forcément familiers avec ce domaine et qui sauront lever les ambiguïtés par le contexte.

Dans ce cours, il va souvent être question de déplacements de particules chargées tantôt non collectifs (chocs binaires, excitation, glissement, diffusion...), tantôt collectifs (flots, transports...). Dans cette introduction, nous allons étudier les mouvements individuels simples et les collisions. Les autres thèmes seront abordés dans le chapitre VII.

Entrons dans le vif du sujet par quelques considérations élémentaires sur le mouvement des particules chargées, avant même de savoir comment on les produit, et ceci dans le cas non relativiste. Ces considérations sont fondamentales car les sources se résument à des systèmes d'animation.