Photonis’ X-Ray components

Photonis, une marque d'Exosens, a conçu la galette Micro Pore Optics pour être utilisée dans les applications d'imagerie et d'analyse en rayons X. Ses canaux parfaitement carrés et plats sont optimisés pour permettre la concentration ou la collimation des rayons X et des photons UV grâce à la réflexion externe totale à un angle rasant (<2°). Les Micro Pore Optics (MPO) sont installés sur un certain nombre de missions spatiales internationales.

Les canaux de la galette de microcannaux à pores carrés, unique en son genre et particulièrement performante, peuvent être rangés de manière radiale ou en carré. Ils peuvent être dotés de revêtements en iridium pour améliorer la réflexion. La galette MPO peut être également recouverte d'un film pour constituer un bouclier thermique.

Les Micro Pore Optics (MPO) constituent une alternative plus robuste aux produits d'imagerie standard pour rayons X et UV disponibles aujourd'hui.

Forte de plus de 40 ans d'expérience dans la fabrication de galette de microcanaux (GMC), Photonis a collaboré avec l'Université de Leicester et l'Agence spatiale européenne (ESA) pour concevoir et développer les Micro Pore Optics (MPO).

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Optique pour rayons X Micro pore optics

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Le Micro Pore Optics (MPO) par Photonis

Photonis, la marque d'Exosens, a conçu, en collaboration avec l'Université de Leicester et l'Agence Spatiale Européenne (ESA), et en s'appuyant sur ses 40 ans d'expérience dans la fabrication de galettes de microcanaux, un produit optique le Micro Pore Optics avec des microcanaux carrés, destiné aux applications d'imagerie et d'analyse pour les Rayons-X. Les Micro Pore Optics (MPO) sont produits dans notre unité de production Photonis France et équipent un certain nombre de programmes spatiaux internationaux.

Un des exemples, et la toute première réalisation, concerne les instruments MIXS-T et MIXS-C dans le cadre de la mission BepiColombo actuellement en vol vers Mercure (dans le cadre d'un contrat conjoint de l'ESA et de l'Université de Leicester).

L'optique du MIXS Mercury Imaging X-Ray Spectrometer comprend :

a) un télescope " lobster eye " focalisant de type Wolter 1 configuré de façon radiale: 2 optiques radiales assemblées en série, chacune construite à partir de 3 anneaux concentriques de MPOs sphériques, formant une mosaïque de 72 MPOs avec une longueur focale de 1m.

b) une optique de collimation : une matrice 2x2 de MPO sphériques carrés, d'une longueur focale de 55 cm.

Pour en savoir plus sur la mission BepiColombo et les instruments MIXS-T et MIXS-C, consultez les sites web ci-dessous :

https://www.cosmos.esa.int/web/bepicolombo/mixs

https://le.ac.uk/bepicolombo/mixs

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Principe de fonctionnement

Le Micro Pore Optics a des millions de microcanaux carrés, fabriqués en verre et souvent recouverts d'un matériau ultra réfléchissant tel que l'Iridium, ce qui permet d'agir comme des miroirs et de réfléchir les photons des rayons X à des angles rasants très faibles.

Ses microcanaux parfaitement carrés et plats sont optimisés pour permettre aux photons de rayon X et UV d'être focalisés, concentrés ou collimatés en raison de la réflexion externe totale. Il existe de multiples configurations possibles, décrites ci-dessous, dans lesquelles le MPO peut être utilisé à différentes fins et offrir de multiples avantages pour l'imagerie et l'analyse par rayons X.

Focalisation point par point

Lorsqu'un MPO plat est utilisé comme optique pour rayons X, les photons de la source de rayons X incidents sur le MPO sont focalisés à une distance équivalente à la distance MPO-source, et la configuration est appelée focalisation 1:1 ou point par point.

Cette configuration peut être utilisée pour focaliser le faisceau divergent en un autre point, ou pour collimater le faisceau en une petite taille ayant un point beaucoup plus brillant comparé à un collimateur à sténopé. La taille compacte du MPO permet une grande flexibilité dans le placement des optiques et une utilisation efficace de l'espace dans l'installation.

La NASA SETI a intégré avec succès le MPO plat focalisé dans les instruments prototypes MapX-I et MapX-II destinés à l'exploration des planètes, utilisés pour la cartographie 2D in situ de la fluorescence des rayons X pour la détection de biosignatures et d'environnements planétaires habitables, ce qui constitue un exemple d'utilisation du MPO plat focalisé.

Le même principe utilisant un prototype d'instrument appelé Cartix a été appliqué à des applications terrestres non destructives, par exemple pour étudier le patrimoine culturel tel que la composition de la peinture d'un tableau impressionniste français et la peinture sur les sculptures en bois Inca Pachacamac Idol à Lima, au Pérou.

Le Cartix est un spectromètre d'imagerie de fluorescence X à plein champ (FF-XRF) déployé sur un bras et placé directement sur une surface à analyser. Une grande partie de la surface de l'échantillon est irradiée par des sources de rayons X des deux côtés et la fluorescence X émise par l'échantillon est ensuite collimatée par un MPO plat à micropores carrés et guidée vers le détecteur CCD. Cela permet l'acquisition simultanée d'une image 2D des rayons X fluorescents et une analyse rapide dans une configuration de focalisation 1:1.

Crédit Figure2 : Philippe Walter, Philippe Sarrazin, Marc Gailhanou, Dominique Hérouard, Antoine Verney, David Blake

h ttps://ntrs.nasa.gov/citations/20200001291

https://analyticalsciencejournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/xrs.2841

Configuration courbée du MPO: Faisceau parallèle

Dans de nombreuses applications à rayons X, telles que la diffraction des poudres ou l'analyse des couches minces, un faisceau parallèle est nécessaire avec une très faible divergence. Cette dernière peut être obtenue lorsque des MPO courbés sont utilisés avec une source de rayons X placée au point focal de l'optique. Les MPO sont disponibles avec une longueur focale de 50 mm, avec des angles de collecte élevés et compatibles avec une grande variété de sources de rayons X.

Configuration courbée du MPO: Focalisation de la source

Le MPO courbé peut également être utilisé pour focaliser les rayons X, qu'il s'agisse de faisceaux parallèles ou divergents, vers un point beaucoup plus brillant. Que ce soit pour des applications d'imagerie ou de fluorescence, cela permet d'obtenir des spots de très petite taille, de quelques dizaines de microns, avec une luminosité bien supérieure à celle des collimateurs à sténopé par exemple. Par rapport à d'autres optiques souvent très encombrantes, le MPO est la meilleure alternative pour résoudre les problèmes de contraintes d'espace permettant des configurations plus flexibles pour l'analyse des échantillons.