La première expérience mondiale d'imagerie muonique à haute résolution pilotée par un accélérateur laser-plasma sera lancée en Roumanie

Ideon Technologies, entreprise mondiale spécialisée dans la tomographie muonique de détection souterraine, participe à un consortium de recherche international visant à réaliser la première expérience mondiale d'imagerie muonique à haute résolution entièrement pilotée par un accélérateur laser-plasma. Cette expérience vise à produire des faisceaux de muons à la demande à l'aide d'accélérateurs compacts, pour une imagerie non destructive à haute résolution, avec des applications dans la production minérale, les infrastructures critiques, l'inspection des marchandises, l'imagerie médicale, les semi-conducteurs, la sûreté nucléaire et les tests de radiation spatiale.

Le consortium comprend l'Université du Texas à Austin, l'équipe de l'installation Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics (ELI-NP), l'Université Heinrich Heine de Düsseldorf, le Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf, ELI-Beamlines et Tau Systems. Le projet débutera en août avec une campagne expérimentale de cinq semaines à l'installation ELI-NP à Măgurele, près de Bucarest, en Roumanie.

Selon le plan, un laser de haute puissance générera des faisceaux d'électrons de plusieurs GeV, qui seront convertis en faisceaux de muons directionnels à travers un matériau convertisseur à haute densité, permettant ainsi l'imagerie non destructive d'objets industriels. Ideon déploiera plusieurs détecteurs de muons compacts pour recevoir, suivre et mesurer les faisceaux de muons à haute intensité, tout en imagant les matériaux cibles.

La technologie d'accélération laser-plasma utilisée dans l'expérience consiste à injecter des impulsions laser ultra-courtes de haute intensité dans une cellule de gaz, ionisant le gaz pour former un plasma et générant un champ électrique intense de « sillage », accélérant les électrons à des niveaux d'énergie de 8 à 15 GeV. Selon les informations pertinentes, atteindre de tels niveaux d'énergie nécessitait auparavant des accélérateurs de particules de plusieurs centaines, voire plusieurs milliers de mètres de long. Les simulations prévoient la production de plusieurs dizaines de milliers de muons par impulsion.

Actuellement, Ideon utilise principalement les muons des rayons cosmiques comme source passive de muons. En raison du taux d'arrivée limité du flux de muons naturels, les expériences d'imagerie peuvent nécessiter de quelques heures à plusieurs semaines, voire plusieurs mois, selon la profondeur d'imagerie et les exigences de résolution spatiale. En comparaison, une source de muons compacte et directionnelle pilotée par laser peut atteindre une cadence d'une impulsion par minute, offrant potentiellement des performances d'imagerie équivalentes ou supérieures en un temps plus court, avec des caractéristiques telles que la directionnalité et le contrôle des paramètres du faisceau.

Douglas Schouten, cofondateur et directeur technique d'Ideon Technologies, a déclaré que l'entreprise s'appuyait auparavant sur le flux de muons naturellement produits pour ses travaux d'imagerie, et que cette collaboration pourrait transformer ce modèle. Pour la première fois, un accélérateur compact peut générer à la demande des faisceaux de muons pour l'imagerie à haute résolution, avec une vitesse et une portabilité qui pourraient améliorer l'efficacité de l'imagerie souterraine de plusieurs ordres de grandeur.

Outre le projet ELI-NP, Ideon fait également progresser un autre projet de source de muons active. L'entreprise a obtenu un financement du programme ARPA-E du Département de l'énergie des États-Unis, intitulé « Reliable Ore Characterization using Keystone Sensing » (ROCKS), dirigé par le Laboratoire national Lawrence Berkeley. Dans ce projet, le centre BELLA du Laboratoire national Lawrence Berkeley développera un accélérateur laser-plasma multi-étages visant à produire des électrons et des muons de 20 à 25 GeV ; Ideon fournira la technologie de détection ainsi qu'une plateforme intelligente souterraine pour la fusion des données et l'imagerie tridimensionnelle de densité.

Ces projets favoriseront le développement et l'exploration commerciale de sources de muons actives compactes et déployables, en mettant l'accent sur le développement des ressources minérales critiques, les opérations minières et d'autres besoins d'imagerie de grandes structures industrielles et de sols.