Alimenter la science des neutrons : le laser

1 février 2023

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par l'Université d'Osaka

Des scientifiques de l'Institut d'ingénierie laser de l'Université d'Osaka ont déterminé le mécanisme et la forme fonctionnelle du rendement des neutrons à partir d'une source laser et l'ont utilisé pour effectuer une analyse de résonance neutronique beaucoup plus rapidement que les méthodes conventionnelles. Ce travail peut aider à apporter des tests non invasifs à davantage d'applications dans les domaines de la fabrication et de la médecine.

Alors que la plupart des microscopes utilisent des photons ou même des électrons pour étudier de petits échantillons, les scientifiques ont également utilisé des neutrons dans un large éventail de tests, tels que la diffusion de neutrons, pour étudier à la fois des échantillons manufacturés et des spécimens biologiques. En tant que particules neutres, les neutrons sont idéaux pour l'étude non destructive des propriétés magnétiques et atomiques des objets considérés, car ils ne sont pas affectés par la charge électrique. De nouvelles méthodes existent pour produire des neutrons en grand nombre, comme l'utilisation de sources de neutrons pilotées par laser, mais le mécanisme sous-jacent reste incertain.

Maintenant, une équipe de chercheurs dirigée par l'Université d'Osaka a développé une source de neutrons pilotée par laser et a déterminé une nouvelle loi d'échelle entre l'intensité du laser et le nombre de neutrons produits. Ils ont découvert que l'augmentation de l'intensité produisait des neutrons proportionnels à la quatrième puissance, ce qui peut entraîner des changements très importants sur la base d'investissements relativement faibles en puissance supplémentaire.

En utilisant cette loi, une analyse appelée absorption par résonance neutronique a été effectuée pour identifier les éléments dans l'échantillon expérimental. "Les sources de neutrons peuvent être utilisées dans des applications allant de la radiographie, la spectroscopie, la sécurité à la médecine", explique le premier auteur Akifumi Yogo.

Dans une expérience, les chercheurs ont dirigé un faisceau laser extrêmement puissant sur une feuille de polystyrène deutéré. Les ions qui en sont sortis sont entrés en collision avec un bloc de béryllium, qui à son tour a créé un important flux de neutrons. Un petit dispositif modérateur a été utilisé pour ralentir les neutrons afin qu'ils se déplacent à la bonne vitesse pour traverser l'échantillon.

Sur la base du taux d'absorption des neutrons, les atomes de l'échantillon pourraient être déterminés. "Nous avons réussi à réduire le temps de mesure de plusieurs heures à une infime fraction de seconde, permettant des expériences uniques impliquant des phénomènes rapides", explique l'auteur principal Ryosuke Kodama.

Les processus qui se déroulent en quelques secondes ou minutes peuvent désormais être surveillés en temps réel, ce qui n'était pas possible avec des méthodes plus anciennes avec des intensités de neutrons plus faibles. Les résultats de cette recherche peuvent conduire à des augmentations significatives de la vitesse de contrôle qualité industriel ou d'identification d'échantillons biologiques.

Plus d'information: A. Yogo et al, Génération de neutrons par laser réalisant une spectroscopie de résonance à un coup, Physical Review X (2023). DOI : 10.1103/PhysRevX.13.011011

Informations sur la revue :Examen physique X

Fourni par l'Université d'Osaka