Neutrons (bleu), qui peut pénétrer des objets solides (comme un mur en acier gris), n'ont pas de charge électrique. Cependant, les spins magnétiques des neutrons en mouvement sont affectés par un champ électrique (vert), éprouvant une légère modification de leur direction de rotation lorsqu'ils traversent le terrain. Ce changement de direction de spin (angle rouge) peut être mesuré par polarimétrie (à l'aide d'un filtre de spin à neutrons et d'un solénoïde, représenté par la bobine), offrant une méthode potentielle pour inspecter les appareils électriques qui ne peuvent pas être observés directement. Crédit :N. Hanacek/NIST
Dans une avancée potentielle pour la technologie d'imagerie, des scientifiques du National Institute of Standards and Technology (NIST) et des Sandia National Laboratories ont mis au point un moyen d'utiliser les neutrons pour détecter les champs électriques dans des espaces inaccessibles aux sondes conventionnelles.
Leur méthode non destructive mais pénétrante, décrit dans le journal Lettres d'examen physique , pourrait conduire à des dispositifs de détection capables de voir à travers les murs pour détecter les champs électriques dans les composants électroniques, une capacité clairement utile pour le contrôle de sécurité et d'autres applications de diagnostic.
"C'est la première fois que quelqu'un est capable d'imager un champ électrique qui a été physiquement isolé, " a déclaré Dan Hussey, un physicien du NIST. "Il pourrait y avoir quelque chose que vous ne voudriez pas démonter mais que vous vouliez inspecter. Cette approche pourrait offrir un moyen de voir ses champs électriques même si des barrières se dressent sur le chemin."
La technique nécessite un faisceau intense de neutrons polarisés, les particules qui, avec les protons, forment les noyaux de tous les éléments autres que le simple hydrogène. Les neutrons possèdent la capacité de pénétrer les matériaux denses, comme les métaux, qui bloquent le passage d'autres particules ou types de rayonnement.
Contrairement aux particules chargées, tels que les protons chargés positivement, les neutrons ne possèdent pas de charge électrique nette. Cependant, ils ont une propriété magnétique appelée spin, qui peut être manipulé par un champ magnétique. La direction du spin du neutron est affectée par le magnétisme, ce que l'équipe de recherche a utilisé à son avantage.
"Le neutron est électriquement neutre, et pourtant nous l'utilisons pour détecter le champ électrique, " a déclaré Hussey.
L'idée est née avec le physicien de Sandia Yuan-Yu Jau, qui a récemment lancé un projet de recherche et développement dirigés en laboratoire (LDRD) pour détecter les champs électriques dans des espaces inaccessibles aux sondes conventionnelles. Pour s'en rendre compte, Jau avait besoin d'une bonne source de neutrons et de détecteurs performants, des besoins qui l'ont conduit au NIST Center for Neutron Research (NCNR).
Lorsqu'un neutron traverse le champ électrique, c'est l'équivalent du champ électrique se déplaçant vers un neutron stationnaire; seulement le point de vue, ou référentiel, est différent. Et quand la source d'un champ électrique se déplace, il génère un champ magnétique.
Même pour le fort champ électrique utilisé dans cette expérience de démonstration, le champ magnétique effectif était faible (environ 50 fois plus petit que le champ magnétique terrestre). Néanmoins, ce faible champ magnétique a légèrement incliné la direction du spin magnétique du neutron. Dans les expériences, l'angle d'inclinaison était inférieur à un degré, mais en utilisant une méthode de polarimétrie sensible développée par l'équipe, une petite rotation a été mesurée avec une précision d'environ un centième de degré.
Pour effectuer cette mesure précise, Hussey et ses collègues du NIST se sont appuyés sur les capacités établies du NCNR en polarimétrie pour développer une méthode environ 100 fois plus sensible que la polarimétrie conventionnelle. Leur méthode dépend du comportement des spins des neutrons lorsqu'ils passent dans un type d'électro-aimant appelé solénoïde, utilisé en conjonction avec un filtre à spin neutronique polarisé. Cet appareil a été développé à d'autres fins, mais il s'est avéré idéal pour cette recherche.
Les conditions de l'expérience peuvent sembler réduire la valeur pratique de la technique pour une utilisation sur le terrain, car l'équipe avait besoin d'un réacteur trop gros pour générer le faisceau de neutrons. Cependant, plus petite, il existe des générateurs de neutrons disponibles dans le commerce, suggérant que la méthode pourrait un jour être exploitée par un équipement portable si elle pouvait générer un faisceau de neutrons suffisamment puissant.
Hussey a souligné que les résultats démontrent seulement que le concept est valide. "Nous n'avons pas fait un bond en avant pour essayer de voir à l'intérieur des objets métalliques, mais ça arrive dans un futur proche, " il a dit.
Cependant, la technique de détection pourrait trouver plus d'utilisations à mesure que les chercheurs conçoivent des expériences autour d'elle.
« Vous voudrez peut-être diagnostiquer l'électronique haute tension pendant qu'elle fonctionne, ou éventuellement étudier des matériaux ayant des propriétés électriques dans des environnements d'échantillons, " Hussey a déclaré. "Maintenant que la capacité existe, peut-être que d'autres idées émergeront."
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du NIST. Lisez l'histoire originale ici.
