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Faisceaux de protons accélérés par laser

Nouvelle méthode pour reproduire des conditions extrêmes pour les matériaux

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14 février 2018 // par Stéphanie Thibault
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Confiner un jet de plasma peut être stressant... pour les matériaux qui composent l’enceinte, surtout. Constatant les limites imposées par les méthodes de test présentement offertes pour ces matériaux, le professeur Patrizio Antici et des collaborateurs y vont d’une proposition avant-gardiste : l’utilisation de particules accélérées par laser pour mettre à l’épreuve les matières soumises à des conditions extrêmes. Sa méthode a été publiée dans la revue Nature Communications récemment et est prometteuse pour de nombreuses applications.
 
Photo : Chris Bolin, Wikimedia Commons
 
Dans plusieurs domaines d’activité caractérisés par l’exposition à de hautes énergies, les matériaux sont mis à rude épreuve. Que l’on pense à l’aérospatiale, aux centrales nucléaires, mais aussi à certains équipements en recherche, la capacité des matériaux à résister au stress physique qui leur est imposé doit être mesurée afin d’éviter les bris. 
 
Travaillant lui-même avec des équipements de pointe qu’il souhaite préserver à tout prix de l’usure prématurée, le professeur Antici a évalué l’efficacité des particules générées par accélération laser à induire un stress contrôlé sur les matériaux. Pour ce faire, il a concentré le faisceau de particules sur du tungstène, du graphite, du titane, du tantale et du molybdène, tous des matériaux employés dans les installations utilisant du plasma ou pour la fusion par confinement inertiel ou magnétique. 
 
À l’heure actuelle, pour simuler l’usure et mesurer la résistance de ces matériaux, il existe trois approches. Elles sont complémentaires, requièrent de protocoles plus longs, sont difficiles à modéliser. Les expériences de Patrizio Antici en hautes énergies démontrent que le faisceau de protons générés par laser permet de reproduire les dommages matériaux équivalents à plusieurs mois d’utilisation à plein régime des installations produisant un environnement extrême. De plus, les tests réalisés requièrent une instrumentation plus compacte et s’effectuent en quelques impulsions laser, ce qui est très rapide. En comparaison avec les méthodes conventionnelles, la technique par laser reproduit plus précisément l’environnement opérationnel auquel les matériaux sont soumis. 
 
Avec une méthode qui reproduit les stress mécaniques, électriques et optiques sur les cinq matériaux choisis, Patrizio Antici contribuera à améliorer les installations qui font face à des conditions méritant une protection accrue. ♦
 

 

Pour en savoir plus : “Laser-accelerated particle beams for stress testing of materials”, Nature Communications, 25 janvier 2018, DOI :10.1038/s41467-017-02675-x
 

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