Des chercheurs de l'INRS battent un record de production de neutrons avec un laser

MONTRÉAL — Des chercheurs québécois ont récemment établi un record mondial en générant le plus grand flux de neutrons jamais obtenu avec un laser, un exploit qui pourrait avoir des applications pratiques dans plusieurs domaines, notamment celui de la santé.

Les chercheurs de l'Institut national de la recherche scientifique (INRS) et de l’entreprise Infinite Potential Laboratories (IPL) ont réalisé cette percée grâce au Laboratoire de sources femtosecondes («Advanced Laser Light Source – ALLS»), une infrastructure nationale basée au Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS où on retrouve le laser le plus puissant au Canada.

«On a essayé un mécanisme qui avait déjà été utilisé par plusieurs autres groupes, a expliqué le professeur Sylvain Fourmaux, qui est associé de recherche au Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS. La différence, c'est que nous avons au Canada le laser qui a une bonne combinaison en termes d'énergie, de puissance et de taux de répétition.»

Cela a permis d'obtenir «un flux de neutrons qui se rapproche de ce dont on a besoin pour en arriver à des applications (pratiques), ce qui n'était pas le cas jusqu'à présent», a-t-il ajouté.

Cette percée survient après presque 20 ans de travaux et a été rendue possible par la maturation de la technologie nécessaire pour y parvenir.

Puisque les détails de la chose seraient uniquement compréhensibles aux détenteurs d'un doctorat en physique nucléaire, on se contentera ici de répéter l'explication fournie par l'INRS:

«(L')approche consiste à accélérer des électrons dans un plasma produit par laser. Ces électrons sont ensuite projetés sur une cible en tungstène, un métal dense et très résistant, desquels sont produits des rayons gamma qui induisent une réaction photo-nucléaire produisant une quantité exceptionnelle de neutrons.»

La technique générerait 100 fois plus de neutrons par seconde que les méthodes lasers traditionnelles, un résultat qualifié de «sans précédent».

Les éventuelles applications pratiques de cette réalisation sont, en revanche, beaucoup plus simples à comprendre.

Les neutrons étant facilement absorbés par l'eau, a dit le directeur du Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS, le professeur François Légaré, on pourrait les utiliser pour réaliser des radiographies ultra-détaillées. Et comme ils sont aussi facilement absorbés par le lithium, ils pourraient permettre une meilleure imagerie (et donc une optimisation) des batteries utilisées dans les voitures électriques.

Avant cette percée, il fallait avoir accès à un réacteur nucléaire ou à un accélérateur de particules pour disposer de suffisamment de neutrons. Les travaux réalisés à l'INRS et par IPL pavent la voie à une «démocratisation» de l'accès aux neutrons, a-t-il ajouté, par le biais de systèmes lasers compacts.

«Un laser qui rentre dans un laboratoire de 60 mètres carrés, c'est quand même beaucoup moins compliqué qu'un réacteur nucléaire, a illustré le professeur Légaré. En général, dans les universités, c'est quand même assez facile d'avoir un laser dans un laboratoire de 60 mètres carrés. C'est plus compliqué d'avoir un réacteur nucléaire.»

La même technique produit également des quantités élevées de rayons gamma, a-t-il dit, «donc on a accès à deux modes d'imagerie simultanés, ce qu'on appelle de l'imagerie multimodale».

Cette innovation, assure-t-on, «annonce l’avènement de sources de neutrons compactes, rapides et abordables aux applications variées».

«De nombreuses applications sont envisageables dans un avenir proche, telles que l'imagerie neutronique pour le prototypage rapide, les inspections de soudures, l'évaluation des structures en béton, les essais d'engins explosifs, l'assurance qualité des dispositifs, les évaluations de la résistance aux rayonnements, ainsi que les inspections de combustible nucléaire», détaillent les auteurs dans le journal Nature Communications.

D'autant plus, ajoutent-ils, que les «systèmes laser répondant aux spécifications requises sont disponibles dans le commerce, et plusieurs entreprises existantes possèdent le savoir-faire nécessaire pour concevoir le module d'interaction laser-matière (...) afin de créer des solutions intégrées».

De plus, concluent les auteurs, «les progrès réalisés dans le domaine de l'apprentissage automatique dans les processus laser-plasma complexes contribueront à l'automatisation des opérations».

Jean-Benoit Legault, La Presse Canadienne