Les faisceaux de neutrons - Analyse des traces, imagerie et médecine

Chacun sait que, à l’échelle atomique, les propriétés de la Nature sont étonnantes, bien souvent déroutantes. A priori, l’étude ou la caractérisation des matériaux au moyen de particules élémentaires telles que les neutrons ne va pas de soi. Cependant les propriétés des neutrons, grande capacité de pénétration, grande sensibilité au magnétisme, aux éléments légers, à la dynamique des atomes et des molécules, en font un outil de choix. L’apprentissage de quelques principes de base permet de comprendre rapidement comment réaliser des expériences et interpréter les mesures. Bien sûr, l’aide d’un spécialiste sera indispensable pour leur réussite et l’extraction du maximum d’informations possibles, mais l’abord de cette technique est relativement aisé.

L’intérêt des neutrons thermiques est essentiellement de fournir des informations sur les arrangements des atomes et des molécules et leurs mouvements au sein de la matière. La majorité des expériences ne relève plus de la physique proprement dite, mais de la chimie et des sciences de l’ingénieur. Et la diffusion des neutrons est de plus en plus utilisée en biologie, sciences de la terre, voire archéologie.

Dans cette série de dossiers deux sont dévolus à la « neutronique » en tant que science de production des neutrons : « Bases de neutronique. Migration des neutrons » et « Bases de neutronique. Physique et calcul des réacteurs ». Par ailleurs, on trouvera dans J.P. Cotton « Diffraction et spectrométrie des neutrons » [P 1 095] un exposé complet des notions théoriques de base. Dans un souci de complémentarité le présent dossier expose plutôt des exemples d’application afin de donner au lecteur l’envie d’essayer… Cependant le début de ce texte rappelle les quelques informations nécessaires afin que le lecteur puisse aborder aisément la suite sans devoir se reporter fréquemment au dossier de J.P. Cotton (qui propose une bibliographie très complète).

On pourra aussi trouver des informations sur les sites WEB des sources de neutrons implantées en France, le Laboratoire Léon Brillouin à Saclay (LLB) et l’Institut Laue-Langevin à Grenoble (ILL) http://www-llb.cea.fr/ http://www.ill.fr/. Le LLB a créé un site orienté vers les applications industrielles : http://www-llb.cea.fr/industrie/index.html.

Pour approfondir, on lira avec profit un cours théorique : le compte rendu d’une École sur la « Diffusion des neutrons et Sciences des Matériaux » : https://www.ill.eu/fr/infos-presse-evenements/press-corner/presse-et-infos/les-neutrons-offrent-une-nouvelle-vision-de-la-conductivite-thermique-dans-les-materiaux-complexes. Enfin, La Société Française de la Neutronique (SFN) propose diverses informations, notamment des fiches pédagogiques et la « page des neutronautes » http://www.sfn.asso.fr/. En fin de dossier, on trouvera une liste des principaux laboratoires européens utilisant les faisceaux de neutrons ainsi que quelques références de livres fondamentaux. Une liste plus complète se trouve dans le dossier de J.P. Cotton.

Ce dossier traite de la préparation des faisceaux de neutrons thermiques et des applications liées à leurs propriétés de pénétration et d’activation de la matière. Le dossier suivant aborde les nombreuses méthodes utilisant les propriétés ondulatoires des neutrons (leur diffusion par la matière).