Spectroscopie par résonance neutronique à laser à un seul coup pour le profilage de la température. Crédit : 2024 Yogo et al., Spectroscopie par résonance neutronique à laser à un seul coup pour le profilage de la température. Nature Communications (10.1038/s41467-024-49142-y)
Des LED aux batteries, nos vies sont remplies d’électronique, et nous cherchons constamment à les rendre plus efficaces et plus fiables. Mais à mesure que les composants deviennent de plus en plus sophistiqués, obtenir des mesures de température fiables d’éléments spécifiques à l’intérieur d’un objet peut s’avérer un défi.
Cette situation est problématique, car la mesure de la température d’un appareil est essentielle pour surveiller ses performances ou concevoir les matériaux qui le composent. Une nouvelle étude menée par l’Université d’Osaka a permis d’utiliser des neutrons pour mesurer rapidement et avec précision les températures, ce qui pourrait éventuellement conduire à une amélioration des performances de tous les types d’appareils électroniques.
Il existe plusieurs méthodes pour estimer la température à l’intérieur d’un appareil électronique, mais aucune ne permettait de la mesurer rapidement et directement. Cette nouvelle méthode utilise une technique appelée absorption par résonance neutronique (ARN). En examinant les neutrons absorbés par les noyaux atomiques à certains niveaux d’énergie, on peut déduire les propriétés du matériau.
Les neutrons utilisés dans cette étude ont été générés à l’aide de faisceaux laser de haute intensité. Les neutrons sont ensuite décélérés à un niveau d’énergie très faible avant d’être transmis à un échantillon. La technique a été testée à l’aide de plaques de tantale et d’argent, qui ont permis d’obtenir des détails sur les matériaux et les températures avec une rapidité exceptionnelle.
(a) Résultats expérimentaux d’absorption de neutrons et ajustement du modèle par RT (E, T) (équation (5)). La température de l’Ag a été maintenue à 296 K et le Ta a été chauffé à T = 297, 361, 413, 474, 573 et 617 K. (b) Largeur Doppler théorique et résultats expérimentaux. Les barres d’erreur de la largeur Doppler dépendent de l’erreur d’ajustement et du niveau de bruit du signal d’origine. La température de chaque point de données a été mesurée par le thermocouple dans l’expérience. Crédit : 2024 Yogo et al., Spectroscopie par résonance neutronique à commande laser à un seul coup pour le profilage de la température. Nature Communications (10.1038/s41467-024-49142-y)
Les chercheurs ont pu déterminer la température des échantillons car le signal temporel du NRA était modifié de manière prévisible lorsque la température du matériau de l’échantillon était modifiée.
« Cette technologie permet de mesurer instantanément et avec précision la température », explique Zechen Lan, auteur principal de l’étude. « Notre méthode étant non destructive, elle peut être utilisée pour surveiller des appareils tels que des batteries et des semi-conducteurs. »
La mesure NRA étant réalisée avec une seule impulsion de neutrons, la nouvelle technique développée permet d’acquérir des données de température dans une fenêtre de 100 nanosecondes, soit un dix-millionième de seconde. Ce résultat quasi instantané signifie que les changements au sein d’un matériau peuvent être mesurés en temps quasi réel, ce qui permet une analyse détaillée.
« L’utilisation de lasers pour générer et accélérer des ions et des neutrons n’a rien de nouveau, mais les techniques que nous avons développées dans cette étude représentent une avancée passionnante », déclare l’auteur principal Akifumi Yogo. « Nous espérons que la haute résolution temporelle permettra d’examiner l’électronique plus en détail, nous aidera à comprendre les conditions de fonctionnement normales et à repérer les anomalies. »
Dispositif expérimental de génération de neutrons épithermiques par laser et de mesure d’absorption par résonance à l’aide de la méthode TOF. Crédit : 2024 Yogo et al., Spectroscopie de résonance neutronique à laser à un seul coup pour le profilage de température. Nature Communications (10.1038/s41467-024-49142-y)
De plus, l’appareil de mesure développé par l’équipe de recherche mesure environ un dixième de la taille d’autres équipements similaires, ce qui signifie qu’il sera facile pour les laboratoires d’ailleurs d’installer leurs propres versions.
Être capable de mesurer rapidement et avec précision les températures de fonctionnement des appareils et des matériaux dont ils sont constitués peut faire progresser notre compréhension de leur fonctionnement et peut être encore amélioré à l’avenir.
Plus d’information:
Spectroscopie de résonance neutronique à commande laser à un seul coup pour le profilage de la température, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49142-y
Fourni par l’Université d’Osaka
Citation:Les neutrons sont un nouveau moyen de mesurer la température des composants électroniques (2024, 12 juillet) récupéré le 12 juillet 2024 à partir de
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