NEUTRONS
Utilisations des neutrons
Le neutron possède des particularités propres qui le rendent très intéressant du point de vue pratique. Comme le proton, il est sensible à l'interaction forte, mais, à l'inverse, il est neutre et ne ressent donc pas la forte répulsion coulombienne à l'approche d'un noyau. Comme le photon, il est neutre, mais il possède une masse et on peut, grâce à une vitesse adaptée, obtenir des longueurs d'onde associées beaucoup plus faibles.
Très tôt, on a remarqué qu'un neutron possède une grande capacité de briser un noyau d'uranium 235 selon une réaction du genre : n + 235U → X1 + X2 + kn + énergie. Les noyaux X1 et X2 résultant de cette fission nucléaire ont des masses intermédiaires et sont eux-mêmes radioactifs, tandis qu'en moyenne on récupère k = 2,5 neutrons pour chaque neutron absorbé. Cette propriété est utilisée dans les réacteurs nucléaires, pour entretenir une réaction en chaîne. Ces neutrons produits sont ralentis puis eux-mêmes utilisés comme briseurs d'uranium. Puisque k > 1, on peut laisser la réaction s'emballer ; utilisé dans certaines conditions, cet emballement produit une explosion d'une puissance redoutable. C'est le principe de la « bombe atomique » ou celui de la « bombe à neutrons ». Dans un réacteur classique, on s'arrange pour absorber le surplus de neutrons, de manière à seulement auto-entretenir la réaction et à transformer l'énergie produite par celle-ci pour faire tourner des turbines produisant un courant électrique. Les réacteurs sont aussi la source la plus importante de production de neutrons pour la recherche ; au cœur d'un réacteur les flux obtenus sont couramment de l'ordre de 1014 n/cm2/s.
Par ailleurs, en faisant varier la vitesse du neutron, donc sa longueur d'onde associée, on peut utiliser le neutron comme sonde de la matière. Sa grande pénétrabilité lui donne des possibilités plus riches que les rayons X. Les neutrons lents sont diffractés par les cristaux et fournissent des informations sur la structure de ceux-ci. Les neutrons plus énergétiques ne subissent pas la répulsion coulombienne du noyau atomique et permettent, grâce aux réactions qu'ils engendrent, de sonder l'intérieur du noyau lui-même et de comprendre les mécanismes des interactions nucléaires.
Concernant l'action sur les tissus vivants, les neutrons rapides provoquent Q = 20 (Q est le facteur de qualité) fois plus de dégâts aux cellules vivantes que les rayons X ou γ à dose équivalente. Le dépôt d'énergie dans les cellules dû au passage des neutrons engendre divers effets biologiques : mort de la cellule, aberrations chromosomiques, carcinogenèse, mutation génétique. Les neutrons peuvent interagir de façon forte sur les protons des molécules de l'ADN du noyau des cellules ; l'effet peut être tel qu'il rompe un brin de l'hélice d'ADN (possibilité de réparation) ou les deux brins (pas de réparation possible). Le caractère destructeur de forts faisceaux de neutrons est exploité dans les « bombes à neutrons ».
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Écrit par
- Bernard SILVESTRE-BRAC : chargé de recherche au C.N.R.S.
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