Une équipe de chercheurs singapouriennes a mis au point une méthode innovante pour générer des rayons X d’une intensité jusqu’à mille fois supérieure à celle des méthodes traditionnelles. Cette avancée pourrait révolutionner l’imagerie par rayons X de haute qualité et ouvrir la voie à des applications dans le domaine de la santé et de la détection de défauts dans les puces semi-conductrices.
Les chercheurs de l’Université Technologique de Nanyang, à Singapour, ont développé et simulé une nouvelle méthode éco-énergétique pour générer des rayons X hautement focalisés et finement contrôlés, jusqu’à mille fois plus intenses que ceux produits par les méthodes traditionnelles.
Cette avancée pourrait permettre une imagerie par rayons X de très haute qualité, utilisant des rayons X puissants pour détecter avec précision les défauts dans les puces semi-conductrices. La nouvelle méthode pourrait également permettre une imagerie par rayons X plus focalisée pour le dépistage de la santé, tout en utilisant moins d’énergie.
La méthode innovante repose sur des simulations informatiques qui projettent des électrons sur un matériau ultra-mince aux structures hautement ordonnées, comme le graphène. Le mécanisme de base est similaire à la façon dont les rayons X sont produits conventionnellement à l’aide de tubes à rayons X.
Il y a une nuance toutefois : dans les simulations, les motifs ondulatoires de la façon dont les électrons se déplacent sont «formés» de manière très spécifique, de sorte que le chemin de déplacement des particules correspond et se superpose aux positions hautement structurées des atomes du matériau. Cela entraîne théoriquement l’émission de rayons X à des intensités beaucoup plus élevées que la normale, qui peuvent être finement contrôlées pour être générées dans de nombreuses directions différentes ou dans une direction générale.
Des applications potentielles dans divers domaines
Les applications potentielles des rayons X puissants produits par la méthode des chercheurs comprennent leur utilisation pour produire des images par rayons X de très haute résolution de puces semi-conductrices pour détecter plus précisément les défauts difficiles à voir dans les puces fabriquées.
Les rayons X produits pourraient être contrôlés pour être soit diffusés, soit focalisés, la nouvelle méthode pourrait offrir plus de flexibilité pour réaliser des imageries par rayons X pour le dépistage de la santé, comme l’imagerie d’une main entière ou simplement d’une articulation de doigt, tout en utilisant moins d’énergie pour produire le rayonnement.
Des rayons X focalisés et intenses pourraient également avoir des utilisations dans la radiothérapie plus ciblée pour traiter le cancer. Les chercheurs prévoient maintenant de mener des expériences pour confirmer les résultats de leurs simulations.
Comme l’a déclaré le professeur adjoint Wong : « La précision de la formation des ondes électroniques est cruciale pour les rayons X générés. Nous pensons qu’avec l’avancement rapide des techniques de formation des ondes électroniques, notre mécanisme proposé peut être pleinement mis en œuvre pour une technologie de rayons X de table intense et hautement réglable. »
Légende illustration : Wong Liang Jie (à gauche), professeur adjoint à Nanyang, et Wesley Wong, ingénieur de recherche à l’école d’ingénierie électrique et électronique de NTU Singapore, avec un microscope électronique à transmission. Ils font partie d’une équipe de chercheurs qui prévoit d’utiliser le microscope dans des expériences pour confirmer les résultats des simulations qui ont montré que des rayons X très focalisés et finement contrôlés peuvent être produits en utilisant des électrons dont les modèles d’ondes ont été modifiés. Crédit : NTU Singapore
Article : “Free-electron crystals for enhanced X-ray radiation” – https://www.nature.com/articles/s41377-023-01363-4
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