Brevet FR2379813A1 — publié le 19780901

La présente invention est relative à un dispositif employant le procédé de la diffraction des rayons Xpar les cristaux, à des fins d'analyse structurale détaillée. La détermination des structures cristallines par diffraction X sur monocristal nécessite actuellement l'utilisation d'appareils tels que chambres de WEISSENBERG, goniomètres de précession, ou rétigraphes, et, pour la mesure précise de l'intensité des réflexions diffractées, de diffractomètres automatiques. On connaît de nombreux types de diffractomètres automatiques de géométries variées, par exemple, "berceau d'Euler", "bras Kappa", "weissenberg automatique". Tous ces diffractomètres automatiques enregistrent les réflexions des rayons X sur les plans cristallins d'un monocristal à l'aide d'un compteur à scintillation. Les réflexions sont enregistrées les unes après les autres, après avoir positionné dans l'espace le cristal et le détecteur (compteur à scintillation) selon des angles préalablement déterminés. Ces appareils permettent d'obtenir des mesures précises, mais ils nécessitent un positionnement préalable du cristal et du détecteur pour chaque mesure ce qui implique nécessairement un temps particulièrement long pour un enregistrement satisfaisant. Ceci constitue un inconvénient majeur dans le cas de. l'étude structurale de cristaux fragiles, instables chimiquement ou sensibles au rayonnement X, et ainsi susceptibles de se:.décomposer. Le dispositif suivant l'invention a pour but notamment d'éviter cet inconvénient. I1 permet en effet d'obtenir un enregistrement très rapide des données avec une précision au moins égale à celle des diffractomètres automatiques. De plus, il permet de procéder à une analyse point par point de l'espace réciproque. Et ce, au moyen de deux mouvements de rotation seulement au lieu de trois dans les diffractomètres connus. Le dispositif diffractomètrique, objet de l'invention, comprend un ou plusieurs détecteurs à localisation linéaire, recueillant sur leur fil les diverses réflexions diffractées par un cristal animé d'un mouvement de rotation. Ces détecteurs sont portés par une couronne animée également d'un mouvement de rotation autour du même axe de rotation que celui du cristal. Le fil des détecteurs se situe dans un plan perpendiculaire à cet axe, ledit plan contenant le cristal. La rotation du cristal et celle de la couronne portant les détec teurs-sont obtenues à l'aide de deux moteurs pas à pas. En opéra tion, seul le cristal est en rotation, la couronne et les détecteurs qu'elle porte étant immobilisés. Cet ensemble est de même animé d'un mouvement de rotation, assuré par un troisième moteur pas à pas, autour d'un axe passant par le centre du cristal et perpendiculaire au plan formé par le faisceau de rayons X et l'axe de rotation du cristal. En bout d'arbre de chacun de ces mouvements de rotation, un encodeur absolu permettra de connaître à tout instant la valeur exacte des anfEs de rotation. La distance entre le cristal et les détecteurs est susceptible de varier en fonction du problème cristallographique a' résoudre et notamment afin d'obtenir une meilleure définition ou précision de l'enregistrement des réflexions. Chaque détecteur peut ainsi être déplacé sur un banc optique porté par la couronne coaxiale à l'axe de rotation du cristal. Les détecteurs sont ainsi placés de telle manière que leur fil soit perpendiculaire à l'axe du banc optique sur lequel chacun d'eux se déplace, cet axe passant par son milieu, et de telle manière que l'axe passant par le centre du cristal et parallèle à l'axe du banc optique soit en même temps perpendiculaire au fil de chacun des détecteurs et en son milieu. Le dispositif est compiété part une lunette de visée permettant le centrage du cristal et pouvant être disposée sur la couronne portant les détecteurs et leurs bancs optiques. Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation du dispositif conforme à la présente invention. Tel qu'il est représenté, le dispositif comporte une tête goniométrique 1 portant un cristal 2 soumis au bombardement d'un faisceau de rayons X au travers d'un collimateur 3. Deux détecteurs à localisation linéaire 4 sont disposés sur une couronne 5, animée d'un mouvement de rotation autour de l'axe sur lequel le cristal 2 est lui-même en rotation. La rotation du cristal et celle de la couronne sont assurées par deux moteurs pasà,.pas 6 et 7. L'ensemble ainsi constitué par le cristal 2 porté par la tête goniométrique 1, la couronne 5 supportant les détecteurs 4, et par les moteurs pas a' pas 6 et 7, est soumis a' un mouvement de rotation, au moyen d'un troisième moteur pas à pas 8, autour d'un axe ij passant par le centre du cristal et perpendiculaire au plan formé par l'axe de rotation f de ce dernier et le faisceau de rayons X. Deux bançs optiques 9 permettent de déplacer les détecteurs et ainsi de les éloigner ou de les rapprocher du cristal. Ces bancs optiques sont fixés sur la couronne 5, sur laquelle est 10 également fixée une lunette de visée/destinée au centrage du cristal. Le tout est maintenu sur un socle fixe 11. I1 est nécessaire de préciser que l'enregistrement le plus rapide des données est obtenu lorsqu'un axe cristallographique du cristal est coaxial avec l'axe (voir tableau synaptique I décrivant le mode opératoire général). Pendant un enregistrement, l'ensemble étant pilote par un calculateur complété par des unités de disque et bande magnétique (voir tableau synoptique II, schéma général de l'installation), seul le cristal peut être en rotation, ce cristal pouvant effectuer une rotation complète de 3600. Les deux détecteurs étant immobilisés, ils interceptent les rayons obtenus par la réflexion des rayons X sur les plans cristallins. Ils donnent ainsi la position, c'està-dire l'angle 20 (angle de Bragg), de chaque réflexion du plan 0. La rotation en 4 > du cristal (de O à 3600) permet l'exploration de l'ensemble du plan 0, l'accumulation simultanée des données sur le disque magnétique étant effectuée : il est possible alors de déterminer l'indexation des diverses réflexions et l'intensité qui leur est associée. Ces mesures sont obtenues alors que les deux détecteurs sont situés à une distance d du cristal minimale. Les réflexions sont ainsi enregistrées selon les angles 20 dont les valeurs vont respectivement de 00 à 740 et de - 740 à - 1580. Afin d'obtenir une précision plus grande on peut amener les détecteurs à une distance 2d, 3d ou au maximum 4d, du cristal. Ainsi, lorsque les deux détecteurs sont placés à une distance nd du cristal (n = 2, 3 ou 4), on procède tout d'abord à un enregistrement comme dans le cas précédent et on effectue n-l enregistrements après avoir fait pivoter les detecteurs selon un angle de 740/n (angle : angle de ration des détecteurs). L'enregistement des réflexions des plans supérieurs sera réalisé selon la technique du cône plat, après avoir fåt tourner l'ensemble comprenant le support du cristal et le support des détecteurs d'un angle p (voir tableau synoptique III, organigramme du processus de mesure). Dans le cas où le cristal aurait une orientation quelconque, le dispositif, objet de 1'invention, pourrait fonctionner comme un diffractomètre classique par mesure des réflexions les unes après les autres après avoir positionné les deux angles (angle de ro taiion du cristal) et p (angle de rotation de l'ensemble supportcristal et support-détecteurs), l'avantage par rapport aux diffrac tomètres connus provenant de ce nombre réduit d'angles à positionner. L'invention qui vient d'être décrite plus haut possède un vaste domaine d'applications industrielles et comme il a été dit elle permet notamment de réaliser une étude structurale approfondie de toutes substances cristallisées eten particulier de certains cristaux fragiles au rayonnement X telles -par exemple- les protéines. Elle peut être de ce fait particulièrement utile dans le domaine de la recherche médicale et pharmaceutique. Tableau synoptique I k v) tai F: (d /e, a a,o de la lunette de visee b±, selon l'axe 4 > ? Oui cd Cas m S a, : enregistrement plan par plan monocristal Enregistrement reflexion par e, connus apres rf Il calcul et positionnement prealable des deux angles G et 4 > aO X X C d H H U % 0M z 2 . 2 H 9 9 a > ~ O ' 0 z o m O H S CdZ Pi UD, G Tableau Synoptique II Ecran de télévision Electronique de comptage (détecteurs linéaires) Dispositif if de mesure J Unit de bande Ordinateur X ~ ~ magnetlque Génerateur s de rayons~X ss 7 I n r ' Unité de disque magnétique Tableau Synoptique III = = : enregistrement du plan O ---, = i : enregistrement du plan i I crist I(= o : positianïnitiale du ~ -tl : nouvelle position du cristal1 I louYeTtUTe des rayons X Mesure simultanée par les différents détecteurs pendant un temps prédéterminé -J 1 Accumulation sur disque Ilermeture des rayons X magnétique de : , numéros aes canaux des I en terminQe 7 détecteurs (28) et intensit9 Rotation associée (Comparaison de la valeur affichée à celle préala blement fixée, par exem ple 3600) Fin des mesures tement des | des Incrémentation en p / données terminée ? Comparaison de la valeur Oui Mise sur bande magnétique affichée avec celle des données : hkl F2 a(F2) prédéterminée (indexation (hkl), facteur de structure (F) et écart Non standard sur F t Structure cristalline REVENDICATIONS 1 - Dispositif permettant de mesurer l'intensité des ré flexions diffractées par un monocristal soumis au bombardement d'un faisceau de rayons X, ce cristal étant porté par une tête goniométrique et animé d'un mouvement de rotation, caractérisé par le fait qu'il comprend d'une part, au moins un détecteur à localisation linéaire porté par une couronne coaxiale avec l'axe de rotation du cristal et dont le fil est dans le plan perpendiculaire à ce dernioe ledit plan contenant le cristal, et, d'autre part, un moyen permet tant de soumettre l'ensemble constitué par le support du cristal et le support du détecteur à un mouvement de rotation autour d'un axe passant par le centre du cristal et perpendiculaire au plan formé par l'axe de rotation de ce dernier et le faisceau de rayons X. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen destiné à assurer la rotation de l'ensemble comprenant le support du cristal et le support du détecteur est un moteur pas à pas. 3 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un moteur pas à pas permettant d'obtenir la rotation de la couronne supportant le détecteur. 4 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un moteur pas à pas destiné à assurer la rotation du cristal. 5 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen permettant de faire varier la distance entre le cristal et le détecteur et d'adapter ainsi cette distance au problème cristallographique à résoudre. 6 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte une lunette de visée permettant de centrer le cristal. 7 - Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que le moyen destiné à faire varier la distance entre le cris tal et le détecteur est un banc optique sur lequel ce dernier se déplace selon une direction perpendiculaire à l'axe de rotation du cristal et passant par le centre de celui-ci. 8 - Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que la lunette de visée est portée par la couronne suppor tant le détecteur.