Des outils expérimentaux uniques pour l’étude de systèmes de complexité croissante sont régulièrement développés par l’équipe AMA.

À titre d’exemple, les développements des dispositifs PIBALE, IMAGERI et FRAPA-MAGIC sont présentés dans les rubriques suivantes :

PIBALE (Plateforme d’Irradiation de Biomolécules et d’Agrégats Libres ou Environnés) :

Le dispositif PIBALE est dédié à l’étude des collisions ion-ion entre des espèces biomoléculaires de très basse énergie et des ions atomiques d’énergie cinétique de quelques keV, dans une configuration de faisceaux croisés. La cible biomoléculaire est produite par une source d’ions électrospray (ESI) et accumulée dans un piège de Paul pour augmenter sa densité avant irradiation. Les paquets d’ions moléculaires sont ensuite transférés vers le point d’interaction. Après interaction avec le faisceau d’ions atomiques, les fragments chargés positivement sont analysés dans un spectromètre de masse à temps de vol linéaire (TOF). Cette configuration unique de faisceaux croisés vise une détection en coïncidence des fragments produits. Les tout premiers résultats expérimentaux ont été obtenus en 2018 dans le cadre de l’interaction entre des ions He⁺ de 7 keV et des molécules de leucine-enképhaline protonée. Actuellement, l’ensemble du dispositif est en cours d’optimisation pour fonctionner en mode négatif en utilisant des peptides multi-déprotonés comme cible.

IMAGERI (velocity map IMAGing of emitted Electrons from Radiosensitizers upon Ion collision) :

L’objectif du dispositif expérimental IMAGERI est de mesurer à l’aide d’un spectromètre VMI (velocity map imaging) la section efficace absolue, simplement ou doublement différentielle, de l’émission d’électrons induite par des ions à partir d’atomes, de molécules ou de nanoparticules. Les électrons créés dans la région de collision sont extraits par le spectromètre VMI multi-électrodes (Figure 1) et sont détectés par un détecteur sensible en position constitué de deux galettes à microcanaux (MCP) et d’un écran phosphorescent. Les images sont enregistrées au moyen d’une caméra CMOS. Elles représentent la projection en 2D du nuage d’électrons produit par l’ionisation de la cible. En appliquant une transformée d’Abel inverse, on accède à la distribution en énergie et en angle d’émission des électrons émis.

Figure 1: Schematic representation of the VMI spectrometer

FRAPA & MAGIC

Formation and Reactivity of carbonaceous Aerosols in Planetary Atmospheres

MoleculAr Growth of carbon-containing molecular clusters induced by Ion Collisions

Les études proposées sur la réactivité induite par les ions nécessitent la conception et la construction d’un nouveau dispositif expérimental basé sur des composants originaux et très performants qui permettent d’étudier les interactions des ions avec des particules contenant du carbone (par exemple des chaînes de carbone, des hydrocarbures aromatiques polycycliques, des fullerènes ou des particules de carbone de grande taille). Des agrégats carbonés neutres, purs ou mixtes (par exemple des hydrocarbures) seront produits par une source d’agrégation de gaz ou en utilisant une valve supersonique Even-Lavie à haute température. Dans la zone de collision, un faisceau d’ions projectiles traverse le faisceau d’agrégats neutres (ce processus sert de « pompe » à la méthode). Les produits de la réaction (produits de croissance) peuvent être analysés en masse dans un spectromètre à temps de vol avant qu’ils n’entrent dans un piège à ions linéaire électrostatique. Ils peuvent alors être analysés en fonction de leur durée de vie dans une échelle temporelle allant de quelques µs à quelques ms, puis sélectionnés en fonction de leur masse par le système d’extraction du piège. Enfin, les produits ioniques peuvent interagir dans le piège avec un faisceau laser VUV afin de sonder les propriétés des espèces formées par la chimie déclenchée lors de la collision ion-agrégat (cette interaction avec le faisceau laser sert de « sonde » à la méthode).