Source de rayons X compacte destinée à la recherche en sciences de la vie
Une alternative peu encombrante aux lasers à électrons libres qui s'étendent sur des kilomètres
Annonces
Les rayons X dont les longueurs d’onde sont comprises entre environ 2,3 et 4,4 nanomètres, c’est-à-dire dans ce qu’on appelle la « fenêtre de l’eau », sont particulièrement bien adaptés à l’examen d’échantillons biologiques dans leur milieu aqueux naturel. Jusqu’à présent, il était toutefois techniquement difficile d’obtenir ce type de rayonnement avec une qualité et une intensité appropriées. Une équipe de recherche européenne composée de chercheurs de l’université Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU), du centre de recherche ELI Beamlines et de l’université de Strathclyde a désormais démontré, à l’aide de simulations sur modèle, que les accélérateurs de particules basés sur la technologie laser-plasma peuvent permettre d’accéder facilement à cette gamme de rayonnement.
Les systèmes biologiques sont en grande partie constitués d’eau. En revanche, les molécules biologiques contiennent par exemple du carbone et de l’azote. Pour représenter ces molécules en haute résolution, le rayonnement électromagnétique – pour lequel l’eau est transparente mais qui est fortement absorbé par d’autres atomes – s’avère utile. Et cela s’applique précisément au rayonnement des rayons X mous dans la « fenêtre de l’eau ».
Le professeur Bernhard Hidding, responsable du groupe de physique des plasmas laser à champ intense à l’HHU et auteur correspondant de l’étude, explique : « Jusqu’à présent, la communauté scientifique dépendait de systèmes de lasers à électrons libres longs de plusieurs kilomètres – qui reposent sur des accélérateurs d’électrons conventionnels – pour obtenir un rayonnement suffisamment intense pour les analyses biologiques. En collaboration avec le centre ELI Beamlines de Dolní Břežany, en Tchéquie, et l’université de Strathclyde, en Écosse, nous adoptons une approche différente : nous souhaitons utiliser un accélérateur d’électrons compact basé sur la technologie laser-plasma, dont les éléments clés ont été développés à Düsseldorf. »
Dans un accélérateur laser-plasma, une impulsion laser de haute intensité génère une onde de plasma dans un gaz. L’intensité extrêmement élevée du champ ainsi créé permet d’accélérer des électrons jusqu’à une vitesse proche de celle de la lumière sur une distance de quelques centimètres seulement.
Lily Berman, doctorante au sein du groupe de travail du professeur Hidding à l’université de Strathclyde et autrice principale de l’étude : « Nos simulations montrent que les nouvelles impulsions d’électrons ultra-lumineuses générées dans des “ondulateurs magnétiques” peuvent produire des flashes de rayons X, au cours desquels la majeure partie de l’énergie des électrons est convertie en énergie de rayons X, sur une distance de quelques mètres seulement. Ce processus devrait également être très robuste et réglable de manière flexible. »
Le Dr Fahim Habib, chercheur principal au centre de recherche ELI (Extreme Light Infrastructure) : « La capacité d’une telle source de rayonnement à fonctionner comme un laser à électrons libres dépend avant tout de la qualité des faisceaux d’électrons. Notre étude montre qu’un nouvel accélérateur hybride laser-plasma pourrait créer les conditions préalables nécessaires. Nous testerons cette approche expérimentalement dans un avenir proche. »
Le professeur Hidding évoque les perspectives d’avenir : « Comme un tel système est très compact et peut être construit pour un coût bien inférieur à celui des accélérateurs de particules conventionnels, il pourrait également être installé dans des universités et des centres de recherche, ou utilisé à des fins commerciales. L’imagerie et la spectroscopie par rayons X dans la fenêtre de l’eau peuvent ainsi être étendues, au-delà des quelques grands laboratoires nationaux, à l’ensemble du paysage de la recherche. »
Cette étude a été menée dans le cadre d’un partenariat stratégique entre la HHU et ELI Beamlines, et financée par la Fondation allemande pour la recherche, le ministère fédéral de la Recherche, de la Technologie et de l’Espace, ainsi que par des programmes européens de financement de la recherche tels que l’European Plasma Research Accelerator with eXcellence (EuPRAXIA).
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Autres actualités du département science
