1. Introduction
21
à Grenoble. Les neutrons de masse m n sont produits par la fission d’atomes
d’uranium
235
dans le cœur du réacteur, et sont ensuite guidés vers les expériences. En ordre de grandeur, leur énergie cinétique est k B T ,o ùT ∼ 300 K
est la température ambiante : on appelle ces neutrons des neutrons thermiques dont l’énergie cinétique ∼ k B T ≃ 1/40 eV p our T = 300 K. L’impulsion p =
√
2m n k B T correspond à une vitesse v = p/m n d’environ 1000 m.s
−1
et d’après (1.26), la longueur d’onde λ th vaut h/
√
2m n k B T ≃ 0.18 nm. On
augmente la longueur d’onde en faisant passer les neutrons dans des matériaux à basse température : par exemple si la température du matériau est
1 K, la longueur d’onde passera à λ = λ th
√
300 ≃ 3.1 nm. De tels neutrons
sont appelés “neutrons froids”. Dans l’expérience du groupe d’Innsbruck, les
neutrons sont “refroidis” dans du deutérium
28
liquide à 25 K. En sélectionnant les neutrons après leur passage dans le deutérium liquide, on obtient des
neutrons dont la longueur d’onde moyenne est de 2 nm.
neutrons
tubes à vide
banc optique
S 4
S 5
0.5 m
0.5 m
5 m
S 1
S 2
S 3
C
prisme de quartz
faisceau de
D =5m
´ ecran
x
Fig. 1.7 – Dispositif expérimental pour la diffraction et les interférences de neutrons. S1 et S2 : fentes collimatrices. S3 : fente d’entrée. S4 : fente objet. S5 : position
du compteur C. D’après Zeilinger et al. [1988].
Le dispositif expérimental est schématisé sur la figure 1.7. La détection
des neutrons se fait à l’aide de compteurs à fluorure de bore BF 3 ,l eb o r e
absorbant les neutrons suivant la réaction
10 B+n →
7 Li +
4 He
avec une efficacité voisine de 100 %. Le compteur est déplacé suivant l’écran
en S 5 , et compte le nombre de neutrons arrivant dans le voisinage de S 5 .
Dans l’expérience de diffraction, la fente S 4 a une largeur a =9 3µm, ce
qui donne une dimension angulaire de la tache de diffraction de
θ =
λ
a
∼ 2 × 10
−5 radian
et sur l’écran situé à D =5m de la fente, une dimension linéaire de l’ordre
de 100 µm. Il est possible de faire un calcul précis de la figure de diffraction
28. Le deutérium est choisi de préférence à l’hydrogène, qui a l’inconvénient d’absorber
les neutrons dans la réaction n + p → 2 H+γ. C’est pourquoi, dans un réacteur nucléaire,
l’eau lourde est un meilleur modérateur que l’eau ordinaire : exercice 17.5.10.
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à Grenoble. Les neutrons de masse m n sont produits par la fission d’atomes
d’uranium
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dans le cœur du réacteur, et sont ensuite guidés vers les expériences. En ordre de grandeur, leur énergie cinétique est k B T ,o ùT ∼ 300 K
est la température ambiante : on appelle ces neutrons des neutrons thermiques dont l’énergie cinétique ∼ k B T ≃ 1/40 eV p our T = 300 K. L’impulsion p =
√
2m n k B T correspond à une vitesse v = p/m n d’environ 1000 m.s
−1
et d’après (1.26), la longueur d’onde λ th vaut h/
√
2m n k B T ≃ 0.18 nm. On
augmente la longueur d’onde en faisant passer les neutrons dans des matériaux à basse température : par exemple si la température du matériau est
1 K, la longueur d’onde passera à λ = λ th
√
300 ≃ 3.1 nm. De tels neutrons
sont appelés “neutrons froids”. Dans l’expérience du groupe d’Innsbruck, les
neutrons sont “refroidis” dans du deutérium
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liquide à 25 K. En sélectionnant les neutrons après leur passage dans le deutérium liquide, on obtient des
neutrons dont la longueur d’onde moyenne est de 2 nm.
neutrons
tubes à vide
banc optique
S 4
S 5
0.5 m
0.5 m
5 m
S 1
S 2
S 3
C
prisme de quartz
faisceau de
D =5m
´ ecran
x
Fig. 1.7 – Dispositif expérimental pour la diffraction et les interférences de neutrons. S1 et S2 : fentes collimatrices. S3 : fente d’entrée. S4 : fente objet. S5 : position
du compteur C. D’après Zeilinger et al. [1988].
Le dispositif expérimental est schématisé sur la figure 1.7. La détection
des neutrons se fait à l’aide de compteurs à fluorure de bore BF 3 ,l eb o r e
absorbant les neutrons suivant la réaction
10 B+n →
7 Li +
4 He
avec une efficacité voisine de 100 %. Le compteur est déplacé suivant l’écran
en S 5 , et compte le nombre de neutrons arrivant dans le voisinage de S 5 .
Dans l’expérience de diffraction, la fente S 4 a une largeur a =9 3µm, ce
qui donne une dimension angulaire de la tache de diffraction de
θ =
λ
a
∼ 2 × 10
−5 radian
et sur l’écran situé à D =5m de la fente, une dimension linéaire de l’ordre
de 100 µm. Il est possible de faire un calcul précis de la figure de diffraction
28. Le deutérium est choisi de préférence à l’hydrogène, qui a l’inconvénient d’absorber
les neutrons dans la réaction n + p → 2 H+γ. C’est pourquoi, dans un réacteur nucléaire,
l’eau lourde est un meilleur modérateur que l’eau ordinaire : exercice 17.5.10.