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 |W_i|<o:p></o:p>

E = |W_i| - |W_j|<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 > |W_i| on a une ionisation è l’électron est expulsé avec une énergie T<o:p></o:p>

T = hν - |W_i|<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>

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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 = |W_i| - |W_x|<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 |W_i| 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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