Mesure des émissions de neutrons produits par lasers extrêmes

Les lasers ultra -intenses représentent un nouveau moyen de produire des champs neutroniques, plus compact et versatile que les réacteurs nucléaires ou les accélérateurs. Le laser APOLLON, situé sur le plateau de Saclay, serait ainsi capable d'atteindre de très hautes intensités (10 8-9 neutrons par impulsion) et des énergies de plusieurs dizaines de MeV, permettant alors de faire de l'imagerie neutronique ou de reproduire en laboratoire le processus rapide de nucléosynthèse responsable de la création des éléments au-delà du bismuth^[1] .

La nécessité de caractériser ces champs neutroniques s'inscrit dans la volonté de prouver la faisabilité de ces applications mais également dans le but d'assurer la radioprotection et de quantifier les risques associés à ces nouvelles installations en développant des outils diagnostiques adaptés aux caractéristiques des sources de neutrons produites par laser (durée d'émission très courte, flux intense, environnement bruité...).

Les détecteurs passifs, ou possédant une électronique ultra-rapide, semblent donc être des candidats de choix pour faire face à ces problématiques. En complément d'un travail préalable de simulation des termes sources via l'utilisation du code GEANT4, des dosimètres à bulles, un dispositif Temps de Vol ainsi que des échantillons d'activation ont été utilisés sur diverses installations comme TITAN (Livermore, USA) ou APOLLON (Saclay, France).

Ces premières mesures ont notamment permis de mettre en évidence la possibilité de produire des neutrons de plusieurs MeV avec une fluence encourageante pour envisager, à terme, la possibilité d'effectuer de la spectrométrie neutronique par activation.

[1] S. N. Chen, F. Negoita, K. Spohr, E. d'Humières, I. Pomerantz, and J. Fuchs, “Extreme brightness laser-based neutron pulses as a pathway for investigating nucleosynthesis in the laboratory”, Matter Radiat. Extremes 4, 054402 (2019), doi : https://doi.org/10.1063/1.5081666.