Peu de gens savent que le laser le plus puissant au Canada se trouve à Varennes, plus précisément au Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS). Récemment, des scientifiques québécois ont établi un record mondial en produisant le flux de neutrons le plus élevé jamais généré à partir d’un laser, ce qui ouvre la porte à de nombreuses possibilités dans plusieurs domaines, dont celui de la santé.
Benjamin Poupart-Raiche (étudiant, INRS), Joël Maltais (technicien, INRS), François Fillion-Gourdeau (IPL et INRS, théoricien), Simon Vallières (associé de recherche, INRS), Steve Maclean (IPL et INRS), Sylvain Fourmaux associé de recherche, INRS), Heide Ibrahim (directrice du ALLS, INRS), François Légaré (directeur du Centre EMT, INRS), Elias Catrix (étudiant, INRS)
Cette percée technologique est issue du travail conjoint de Sylvain Fourmaux et Simon Vallières, associés de recherche à l’INRS, et de l’entreprise Infinite Potential Laboratories (IPL). Elle permet d’envisager dans le futur des sources de neutrons compacts beaucoup plus accessibles que les installations actuelles de taille plus imposante.
Lorsqu’il est question de laser, de nombreuses images traversent notre esprit, qu’elles proviennent des films de science-fiction ou d’anciens James Bond. Toutefois, une visite à l’INRS en compagnie de Sylvain Fourmaux permet de constater que la réalité est tout autre, alors que le laser effectue dans des tubes de nombreux virages à 90 degrés à l’aide de miroirs spéciaux. Un des tubes traverse même un couloir entre deux locaux afin de se rendre à la chambre expérimentale où les neutrons sont générés.
Au-delà des attentes
Le chercheur explique que les neutrons traversent aisément les matériaux sans les abimer; ils sont donc très importants pour analyser leur composition ou produire des radiographies très avancées. Il ajoute que ce système de laser compact est capable de remplacer des installations massives et coûteuses, comme des réacteurs nucléaires ou des accélérateurs de particules.
La chambre expérimentale dans laquelle les neutrons sont générés.
Les deux chercheurs ont perfectionné une approche qui consiste à accélérer des électrons dans un plasma produit par laser, afin de les projeter sur une cible en tungstène, un métal très résistant. Cela génère des rayons gamma qui induisent une réaction photo-nucléaire produisant une très grande quantité de neutrons.
Il a fallu près de 20 ans de travaux, combinés à l’évolution de la technologie pour mettre au point cette percée qui a fait l’objet d’une publication dans le journal Nature Communications. Il s’avère que cette technique génère 100 fois plus de neutrons par seconde que les méthodes lasers traditionnelles; un résultat sans précédent, qui a permis de réaliser ce record mondial.
«Cette façon de générer des neutrons s’avère très performante, au-delà même de nos attentes. Et on peut s’attendre encore à une nette amélioration des performances dans les prochaines années grâce à l’arrivée sur le marché de nouveaux modèles de laser», a précisé Sylvain Fourmaux sur le site de l’INRS.
Des neutrons indispensables
Il souligne que les neutrons sont indispensables aux applications médicales, industrielles et scientifiques, notamment au chapitre de l’imagerie avancée et l’étude des matériaux. En médecine, par exemple, les sources de neutrons sont également utilisées dans le traitement du cancer grâce à la thérapie de capture de neutrons par le bore.
Les chercheurs ont expliqué dans le journal Nature Communications que de nombreuses applications sont envisageables dans un avenir rapproché, «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».
