Nouvelle source de neutrons portable pour des avancées en recherche

Une nouvelle source de neutrons portable a été créée, produisant une énergie spécifique de neutrons, ce qui est super utile pour la recherche dans des domaines comme la détection de la matière noire. Cette source utilise une réaction spéciale impliquant l'Antimoine (Sb) et le Béryllium (Be) pour générer des neutrons à 24 keV (kilo-électronvolts). La construction et les caractéristiques de cette source la rendent facile à transporter et à utiliser dans différentes expériences.

#Qu'est-ce qu'une source de neutrons ?

Une source de neutrons est un appareil qui génère des neutrons, qui sont des particules neutres trouvées dans le noyau d'un atome. Les neutrons sont importants dans divers domaines scientifiques, comme la physique, la chimie et la science des matériaux. Ils peuvent être utilisés dans des expériences pour étudier les propriétés des matériaux, détecter des éléments et tester le comportement des particules dans différentes conditions.

#Pourquoi des neutrons à 24 keV ?

Les neutrons avec une énergie de 24 keV sont particulièrement utiles pour certains types d'expériences. Dans la recherche sur la matière noire, les scientifiques cherchent des recoils nucléaires à basse énergie, qui se produisent lorsqu'un neutron interagit avec un atome. Les niveaux d'énergie de 24 keV sont bien adaptés pour ces types d'interactions, ce qui fait de cette source de neutrons un outil important pour les chercheurs.

#La construction de la source de neutrons

La source de neutrons est construite avec quelques composants clés. L'élément principal est une source d'antimoine qui émet des Rayons gamma. Ces rayons gamma interagissent ensuite avec le béryllium pour produire des neutrons. Le design inclut un filtre en fer qui permet aux neutrons de passer tout en bloquant la plupart des rayons gamma.

#Source d'antimoine

La source d'antimoine est produite en exposant une pastille d'antimoine naturel à des neutrons thermiques dans un réacteur nucléaire. Ce processus crée une source à haute activité capable d'émettre un grand nombre de neutrons. La source est contenue dans un environnement scellé pour prévenir l'oxydation et maintenir la sécurité.

#Béryllium et filtre en fer

Le béryllium joue un rôle crucial dans la production de neutrons. Lorsque les rayons gamma de la source d'antimoine frappent le béryllium, des neutrons sont libérés. Le filtre en fer est utilisé pour absorber les rayons gamma tout en laissant passer les neutrons. C'est important car cela réduit le bruit gamma, facilitant la détection des neutrons.

#Caractéristiques de la source de neutrons

Le design de la source de neutrons permet une transport facile et un déploiement dans divers environnements de recherche. La structure de blindage est faite d'une combinaison de matériaux, y compris du tungstène et de l'aluminium, pour garantir la sécurité lors du transport. Le poids total de l'assemblage est conçu pour respecter les réglementations sur le transport de matériaux radioactifs.

#Mesurer les neutrons et les rayons gamma

Pour comprendre comment la source de neutrons fonctionne, les scientifiques utilisent des détecteurs spéciaux pour mesurer les neutrons émis et le fond gamma. Un compteur proportionnel à gaz hydrogène est utilisé pour mesurer les neutrons, tandis qu'un détecteur NaI est utilisé pour mesurer les rayons gamma.

#Mesure du flux de neutrons

Le flux de neutrons fait référence au nombre de neutrons émis sur une zone spécifique dans un temps donné. Pour cette source de neutrons, le flux de neutrons dans la plage d'énergie de 20-25 keV a été mesuré à environ 5,36 neutrons par cm² par seconde. Cela signifie que la source est efficace pour produire un bon nombre de neutrons adaptés aux expériences.

#Mesure du fond gamma

Le flux gamma, qui représente le nombre de rayons gamma émis, a été trouvé autour de 213 rayons gamma par cm² par seconde. Cette information est essentielle car un flux gamma élevé peut interférer avec la détection des neutrons. En ayant ces deux mesures, les scientifiques peuvent évaluer comment la source de neutrons va performer dans les expériences.

#Applications de la source de neutrons

Cette source de neutrons portable a un potentiel significatif pour diverses applications scientifiques. Elle peut être utilisée dans des expériences visant à détecter la matière noire et à étudier la diffusion élastique cohérente neutrino-noyau.

#Détection de la matière noire

La matière noire est une forme mystérieuse de matière qui n'émet pas de lumière et n'est pas directement observable. Les chercheurs utilisent des expériences pour chercher des signes de matière noire à travers ses interactions avec la matière normale. La source de neutrons portable peut aider à calibrer les détecteurs conçus pour repérer les interactions à basse énergie, améliorant leur sensibilité.

#Diffusion élastique cohérente neutrino-noyau

Cette source peut également contribuer à des expériences axées sur la diffusion élastique cohérente neutrino-noyau. Ce phénomène implique des neutrinos interagissant avec des noyaux atomiques d'une manière sensible aux propriétés des deux particules. En fournissant des neutrons à basse énergie, la source peut aider les chercheurs à mieux comprendre ces interactions.

#Comparaison avec d'autres Sources de neutrons

Il existe différents types de sources de neutrons, et comprendre leurs différences met en avant les avantages de la nouvelle source portable.

#Autres générateurs de neutrons

1. Générateurs Deutérium-Deutérium (DD) : Ces générateurs produisent des neutrons avec des énergies autour de 2,5 MeV, qui peuvent être réduites à environ 272 keV. Cependant, le flux de neutrons est significativement plus faible comparé à la nouvelle source.

2. Générateurs Deutérium-Tritium (DT) : Les générateurs DT émettent des neutrons à 14 MeV, qui sont plus énergétiques et peuvent être moins adaptés aux applications à basse énergie.

3. Sources (n,γ) : Des sources comme AmLi ou AmBe produisent des neutrons par des réactions (n,γ), mais les énergies des neutrons sont généralement dans un spectre continu, rendant la calibration plus compliquée.

4. Neutrons provenant de réacteurs nucléaires : Bien que des installations plus grandes puissent générer des neutrons à basse énergie, déplacer des expériences vers ces sites peut être difficile pour de nombreux chercheurs. Le design portable de la nouvelle source répond à ce problème.

#Blindage et sécurité

La sécurité est une priorité lorsqu'il s'agit de matériaux radioactifs. Le design de la source de neutrons inclut un système de blindage robuste pour protéger les utilisateurs de l'exposition aux radiations. La combinaison de fer et d'autres matériaux réduit efficacement la radiation gamma tout en laissant passer les neutrons.

#Transport de la source de neutrons

Lors du transport de la source de neutrons, elle est placée dans un conteneur sécurisé qui respecte les réglementations sur le transport de matériaux radioactifs. Cela garantit une manipulation sécurisée et minimise les risques pendant le transport.

#Calibration des détecteurs

Calibrer les détecteurs est important pour assurer des mesures précises dans les expériences. Les sources de neutrons jouent un rôle vital dans ce processus. La source de neutrons portable peut servir d'outil de calibration pour divers types de détecteurs utilisés dans la recherche sur la matière noire et les neutrinos.

#Utilisation de détecteurs à scintillation liquide

En plus de mesurer les neutrons et les rayons gamma, les chercheurs étudient également l'utilisation de détecteurs à scintillation liquide pour améliorer les capacités de détection. Ces détecteurs peuvent améliorer le marquage des neutrons, fournissant des données supplémentaires pour les chercheurs travaillant sur la calibration de l'énergie de recoils nucléaires.

#Conclusion

Le développement de cette source portable de neutrons à 24 keV représente un pas en avant significatif dans les outils disponibles pour la recherche scientifique. Sa capacité à produire des flux élevés de neutrons à basse énergie tout en minimisant les fonds gamma en fait une ressource précieuse pour les expériences visant à percer les mystères de la matière noire et des interactions neutrino. Le design innovant, la facilité de transport et les applications polyvalentes garantissent que cette source de neutrons sera un atout vital pour les chercheurs dans les années à venir.