Une nouvelle source de lumière pour les procédés d’imagerie

Des physiciens de l’université Ludwig-Maximilian (LMU) de Munich (Bavière) et de l’Institut Max Planck d’optique quantique (MPQ) ont développé une nouvelle source de lumière produisant un rayonnement X dur et brillant.

 

Bien que les rayons X soient utilisés depuis environ une centaine d’années dans la médecine, le procédé des tubes à rayons X présente un inconvénient. En effet, son spectre d’énergie et son émission étant larges, ils ne permettent pas une résolution fine des structures et une différenciation des types de tissus.

 

Détecter des structures fines grâce aux rayons X durs

L’observation des structures les plus fines de la matière nécessite un faisceau de lumière de longueurs d’ondes courtes et d’une très grande brillance. Ce faisceau concentre un grand nombre de photons (particules de lumière) de même longueur d’onde dans un espace confiné et sur un temps très court. Les rayons X durs constituent une source idéale dans la mesure où ils pénètrent la matière et se situent sur des longueurs d’ondes de l’ordre de quelques centièmes de nanomètres. Ces rayons X durs sont produits par des accélérateurs d’électrons tels que des synchrotrons. Cependant, cette technique étant très coûteuse, son application dans les hôpitaux n’est pas envisageable.

 

Le laser : une alternative au rayonnement synchrotron

Les physiciens, autour du professeur Stefan Karsch du laboratoire de physique de l’attoseconde (LAP) de la LMU et de Laszlo Veisz du MPQ ont montré qu’une source de laser permettait d’accélérer des électrons sur une trajectoire ondulatoire. De ces mouvements ondulatoires, il est possible de capter un rayonnement X dur et brillant à la fois. A partir du faisceau laser, les chercheurs ont testé ce rayonnement sur différentes longueurs d’ondes et sur une durée extrêmement courte en fonction des besoins et des applications. Des structures de matériaux d’une taille de moins de 10 micromètres ont pu être détectées.

 

Des impulsions de laser

La qualité de résolution obtenue par les rayons X ne tient pas seulement à leur brillance et à leur longueur d’onde, mais également à la forme pulsée du laser. Les chercheurs ont bombardé des atomes d’hydrogène par des impulsions ultra-brèves de laser (de l’ordre de 25 femtosecondes), libérant les électrons des noyaux et créant ainsi un plasma. Les électrons libérés atteignent une vitesse proche de celle de la lumière et rencontrent à nouveau les impulsions de laser. Ces électrons sont alors freinés et émettent des rayons X d’une longueur d’onde pouvant atteindre 0,03 nanomètres. Le système est celui d’un onduleur optique.

 

Les physiciens vont poursuivre leurs expériences au nouveau Centre pour les applications avancées du laser (CALA) du campus de Garching (Bavière). Grâce à ce procédé, de nombreuses avancées sont espérées dans les domaines des sciences des matériaux, de la biologie et de la médecine.

 

Pour en savoir plus, contacts :

– Publication scientifique : K. Khrennikov, J. Wenz, A. Buck, J. Xu, M. Heigoldt, L. Veisz, and S. Karsch; Tunable All-Optical Quasimonochromatic Thomson X-Ray Source in the Nonlinear Regime; PRL 114, 195003 (2015), 14 May 2015.
– Site du LAP (en anglais) : http://www.attoworld.de
– Professeur Stefan Karsch, Faculté de physique de la LMU – email : stefan.karsch@mpq.mpg.de

 

Sources :

« Eine neue Lichtquelle für die Bildgebung », communiqué de presse de la LMU – 16/06/2015 – http://redirectix.bulletins-electroniques.com/r0N14

 

Rédacteur :

Morwenna Joubin, bfhz@lrz.tu-muenchen.de – https://www.science-allemagne.fr

 

Origine : BE Allemagne numéro 707 (25/06/2015) – Ambassade de France en Allemagne / ADIT – http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/78777.htm