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Interaction des rayonnements ionisants avec la matière
Interaction des rayonnements ionisants avec la matière<o:p></o:p>
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Interaction : transfert d’énergie d’un point A à B de la matière<o:p></o:p>
Conséquences positives : on peut détecter les particules (radiotraitement …)<o:p></o:p>
négatives : on peut créer des dangers (bombe atomique, centrales nucléaires …)<o:p></o:p>
Quand une particule a une masse on parle de rayonnement particulaire.<o:p></o:p>
Quand un particule n’a pas de masse on parle de rayonnement particulaire.<o:p></o:p>
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I) Interactions élémentaires<o:p></o:p>
C’est une collision entre une particule (électron) et un milieu : permet le transfert d’énergie<o:p></o:p>
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· Absorption par excitation<o:p></o:p>
Quand l’énergie d’un photon E < énergie de liaison |Wi|<o:p></o:p>
E = |Wi| - |Wj|<o:p></o:p>
L’atome excité passe sur une couche supérieure.<o:p></o:p>
L’énergie absorbée est alors quantifiée<o:p></o:p>
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· Absorption par ionisation<o:p></o:p>
E > |Wi| on a une ionisation è l’électron est expulsé avec une énergie T<o:p></o:p>
T = hν - |Wi|<o:p></o:p>
L’’énergie absorbée n’est pas quantifiée<o:p></o:p>
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· Émission d’un photon de fluorescence<o:p></o:p>
Quand excitation <o:p></o:p>
Quand ionisation<o:p></o:p>
à Case vacante + énergie absorbée<o:p></o:p>
à Case vacante + énergie absorbée<o:p></o:p>
à Restitution architecture structurale<o:p></o:p>
à Restitution architecture structurale<o:p></o:p>
à L’électron redescend d’une couche <o:p></o:p>
à L’électron redescend d’une couche et un électron libre bouche la case vacante<o:p></o:p>
à Émission d’un photon de fluorescence<o:p></o:p>
à Émission d’un photon de fluorescence<o:p></o:p>
E = |Wi|<o:p></o:p>
E1 + E2 + E3 + … = |Wi|<o:p></o:p>
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· Émission d’un électron Auger<o:p></o:p>
Un photon de fluorescence entraine un électron libre sur une couche i è peut expulser un électron périphérique sur une couche x qui sera l’électron Auger d’énergie T<o:p></o:p>
T = |Wi| - |Wx|<o:p></o:p>
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· Définition des rayonnements ionisant<o:p></o:p>
Un rayonnement ionisant est capable d’arracher un électron à un atome.<o:p></o:p>
L’énergie pour un atome d’hydrogène est 13,6 eV<o:p></o:p>
Quand l’énergie > 13,6 eV on dit que le rayonnement est ionisant <o:p></o:p>
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II) Interactions des photons<o:p></o:p>
· Loi d’atténuation des photons dans la matière<o:p></o:p>
Loi intégrée : nombre de photons après la traversée en fonction du nombre de photons à l’entrée du matériaux d’épaisseur x<o:p></o:p>
N(x) = N(0)e-μx avec μ le coefficient linéique d’atténuation en cm-1 (dépend de l’énergie du photon/milieu <o:p></o:p>
Coefficient massique d’atténuation = μ/ρ<o:p></o:p>
Le coefficient massique d’atténuation n’atteindra jamais 0 car il n’est pas arrêté mais juste atténué par les rayonnements électromagnétiques.<o:p></o:p>
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· Mécanismes d’atténuation<o:p></o:p>
Ø Effet photoélectrique :<o:p></o:p>
Les électrons absorbent la totalité de l’énergie des photons qui sont expulsés avec une charge.<o:p></o:p>
Ces derniers percutent un autre électron et change alors de trajectoire, perdent de l’énergie jusqu’à leur arrêt complet <o:p></o:p>
Les photons γ et X ont un caractère aléatoire<o:p></o:p>
La probabilité d’interaction par effet photoélectrique :
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La probabilité est maximale pour un Z important et un hν faible.<o:p></o:p>
L’effet photoélectrique améliore l’image radiographique<o:p></o:p>
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Ø Effet Compton<o:p></o:p>
Il y a deux types d’énergies émises :<o:p></o:p>
- Photoélectron émis è E = hν2<o:p></o:p>
- Photoélectron expulsé è T<o:p></o:p>
hν1 = T + hν2<o:p></o:p>
/ !\ Il peut y avoir un électron de fluorescence ou un électron Auger<o:p></o:p>
Quand θ = 0 è absence de photoélectron<o:p></o:p>
Quand θ = π è choc frontal donc l’électron rebondit<o:p></o:p>
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N(x) = N(0) e-σx<o:p></o:p>
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Ø Diffusion Thomson-Rayleigh<o:p></o:p>
C’est un changement de direction sans changement de λ<o:p></o:p>
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Ø Phénomène de création de paires (de matérialisation)<o:p></o:p>
C’est un phénomène qui ne peut se faire qu’à partir de 1022 KeV<o:p></o:p>
L’onde / photon passe à côté du noyau, il y a résonance et on observe des émissions e- / β+<o:p></o:p>
L’e- va dans la matière à collision à arrêt<o:p></o:p>
Le photon β+ va dans la matière à collision avec e- à phénomène d’annihilation à les deux photons parte à 180° chacun<o:p></o:p>
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Ø Importance relative des interactions<o:p></o:p>
- Selon l’énergie è sur le même graphique on met <o:p></o:p>
- Selon le milieu è si on est dans un milieu composé de métaux lourds, on observe un pic d’énergie de liaison pour |Wi| et |W2|<o:p></o:p>
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III) Interactions particulaires<o:p></o:p>
· Interaction des neutrons avec la matière<o:p></o:p>
Ø Neutrons rapides (par capture radioactive)<o:p></o:p>
Ils ont un caractère stochastique è si ils atterrissent sur un noyau d’hydrogène è atténuation<o:p></o:p>
Si ils atterrissent sur un autre noyau è rebondissent<o:p></o:p>
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Ø Neutrons thermiques (par activation neutronique)<o:p></o:p>
Peuvent être absorbés par le noyau è création d’isotopes<o:p></o:p>
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· Interaction des particules chargées avec la matière (α / β-)<o:p></o:p>
Quand la particule est chargée, la matière est chargée donc il a obligatoirement une interaction avec la matière. <o:p></o:p>
L’énergie est déposée dans la matière.<o:p></o:p>
α et β- sont des particules lourdes qui ont une trajectoire rectiligne avec un électron arraché, il y a perte d’énergie donc un maximum d’ionisation et un arrêt.<o:p></o:p>
On obtient alors un courbe de Bragg qui au delà d’une certaine épaisseur, plus aucune énergie n’est déposée.<o:p></o:p>
On observe sur la courbe de Bragg, un pic qui correspond au maximum d’énergie déposé dans les tissus.<o:p></o:p>
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Papier<o:p></o:p>
Main<o:p></o:p>
Bois<o:p></o:p>
Plomb<o:p></o:p>
α<o:p></o:p>
à stop<o:p></o:p>
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β<o:p></o:p>
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à stop<o:p></o:p>
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γ<o:p></o:p>
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Atténué mais arrête pas <o:p></o:p>
X<o:p></o:p>
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Atténué mais arrête pas<o:p></o:p>
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Neutron <o:p></o:p>
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Atténué mais arrête pas<o:p></o:p>
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