La source de neutrons SINQ

La génération de neutrons: la réaction de spallation

Dans la source de spallation SINQ, un faisceau de protons rapides (environ 80 % de la vitesse de la lumière) provenant de l'accélérateur de protons du PSI rencontre un bloc de plomb (la cible). Si un proton rapide entre en collision avec un noyau de plomb, celui-ci est échauffé et laisse évaporer, en quelque sorte, 10 à 20 neutrons.

Les neutrons de spallation sont freinés pour être utilisés dans des expériences

Les neutrons qui sont alors libérés sont très rapides, beaucoup trop rapides pour les expériences. Afin de freiner les neutrons après leur génération, la cible tout entière est placée dans un réservoir rempli d'eau lourde(1). Les collisions avec les noyaux d'hydrogène lourd présent dans l'eau ralentissent les neutrons. C'est ainsi que naissent les neutrons thermiques, qui seront utilisés, entre autres, pour déterminer la structure des cristaux.

Les neutrons froids – l'étude des structures plus grandes nécessite des neutrons particulièrement lents

Si l'on souhaite étudier des structures plus grandes – par exemple des nanoparticules – on a besoin de neutrons encore plus lents – les neutrons dits froids. En effet, avec des neutrons, il est possible de réaliser des expériences particulièrement fructueuses lorsque leur longueur d'onde est à peu près celle de la structure examinée, et les neutrons lents ont une longueur d'onde plus grande que celle des neutrons rapides. Pour générer des neutrons froids, on a placé dans le réservoir d'eau de la SINQ un autre réservoir contenant de l'hydrogène lourd très froid (moins 250 degrés Celsius) dans lequel les neutrons sont encore freinés.

Les neutrons parviennent aux expériences par des guides de neutrons

Les instruments de diffusion des neutrons sont disposés radialement autour de la source de neutrons. Les neutrons parviennent aux différents postes de mesure via ce que l'on appelle des guides de neutrons. Ce sont des canaux en verre – revêtus de matériaux spéciaux à l'intérieur – dans lesquels les neutrons sont sans cesse réfléchis et sont ainsi guidés vers l'expérience.

Notes 1: Eau lourde – hydrogène lourd: les noyaux atomiques de l'hydrogène ordinaire comportent seulement un proton, ceux de l'hydrogène lourd (deutérium) comprennent un proton et un neutron. Les molécules d'eau lourde contiennent de l'hydrogène lourd. Pour freiner les neutrons, l'hydrogène lourd est particulièrement bien adapté car, à la différence de l'hydrogène ordinaire, il absorbe peu les neutrons.