Qu'est-ce qu'un faisceau de neutrons?

Un faisceau de neutrons est un flux de neutrons, particules subatomiques dépourvues de charge électrique, que l'on retrouve, avec des protons chargés positivement, dans les noyaux de tous les éléments chimiques, à l'exception de la forme la plus courante d'hydrogène, qui ne contient qu'un proton. Bien que les neutrons soient stables dans le noyau, un neutron libre se désintègre en un proton, un électron et une autre particule appelée antineutrino électronique; Les neutrons isolés ont une demi-vie d'un peu plus de 10 minutes, ce qui signifie qu'après cette période, la moitié des neutrons d'un échantillon donné se sera désintégrée. Les neutrons libres sont produits par fission nucléaire, par exemple dans un réacteur nucléaire, et peuvent être générés dans des accélérateurs de particules. Un faisceau de neutrons a de nombreuses applications importantes dans les domaines de la science des matériaux, de la médecine et de la sécurité.

Les faisceaux de neutrons sont normalement produits à l'aide de générateurs de neutrons, qui sont des accélérateurs de particules qui tirent des ions de deutérium ou de tritium sur des cibles contenant du deutérium, du tritium ou les deux. Le deutérium et le tritium sont des isotopes d'hydrogène contenant respectivement un et deux neutrons. La fusion du deutérium et du tritium produit des neutrons qui peuvent être focalisés en un faisceau de neutrons. Les générateurs de neutrons de ce type peuvent être relativement petits et portables.

Bien que la plupart des formes de rayonnement interagissent avec les nuages ​​d'électrons entourant les noyaux atomiques, les neutrons, qui sont électriquement neutres et ne sont pas une forme de rayonnement électromagnétique, n'interagissent qu'avec les noyaux, qui sont très petits par rapport à l'atome entier. Un faisceau de neutrons est donc très pénétrant et peut montrer les positions des noyaux atomiques dans un échantillon de matériau. Contrairement aux rayons X, les faisceaux de neutrons peuvent facilement pénétrer dans les métaux lourds tels que le plomb, mais interagissent également avec des éléments légers tels que l'hydrogène et le carbone. Selon la théorie quantique, toutes les particules subatomiques peuvent se comporter comme des ondes, de sorte que les neutrons ont des longueurs d'onde. Cela permet d'affiner le faisceau de neutrons; la longueur d'onde et l'énergie du faisceau peuvent être ajustées pour détecter des matériaux spécifiques.

Les propriétés spéciales des faisceaux de neutrons ont donné lieu à de nombreuses applications, notamment en tant que technique d'imagerie alternative utilisable dans les situations où les rayons X ne sont pas efficaces. Ils peuvent être utilisés pour examiner les structures internes de matériaux, telles que la détection de fissures et de cavités dans des composants métalliques, et pour déterminer les structures atomiques et moléculaires de composés. Leur capacité à détecter des éléments plus légers tout en passant à travers des éléments plus lourds permet d'utiliser des faisceaux de neutrons pour les contrôles de sécurité. Ils peuvent détecter des explosifs cachés ou des matières radioactives, par exemple. Les faisceaux de neutrons ont également d’importantes applications médicales, notamment dans le traitement de certaines formes de cancer; La radiothérapie neutronique peut détruire des tumeurs résistantes aux traitements classiques de radiothérapie.