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INTERACTION DES RAYONNEMENTS AVEC LA MATIERE Rayons X ou Particules chargées Neutrons.

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1 INTERACTION DES RAYONNEMENTS AVEC LA MATIERE Rayons X ou Particules chargées Neutrons

2 1. Résultats expérimentaux E A E B = 0 E A < E A E A > E B > 0 E A dépend de la nature du matériau de son épaisseur x S A B Ecran S B x A

3 E = E 0 e - x = coefficient d atténuation (d extinction) [m -1 ] dépend de l énergie du rayonnement de la nature du matériau

4 Coefficient massique d atténuation Atténuation eau liquide > eau vapeur d où E cm² / g

5 2. Effet photoélectrique Electron de conduction d un métal ou autre substance 0 énergie nécessaire à un électron pour s échapper du métal E = h énergie du photon incident 2. Effet photoélectrique

6 l électron absorbe l énergie du photon Seuil photoélectrique Ionisation de la substance (y compris l air) Electron lié au réseau atome molécule

7 Mise en évidence expérimentale Dispositif expérimental pour l observation de leffet photoélectrique

8 Relation entre le potentiel d arrêt et la fréquence dans l effet photoélectrique

9 h K L M h k h L

10 h k

11 Coefficient d atténuation photoélectrique

12 Variation with photon energy of the photo- electric effect in aluminium and lead. Insert shows the absorption edge in greater detail E

13 3. Effet Compton diffusion du rayonnement électromagnétique par un électron LIBRE e-e- O

14 Si transfert - de l énergie - de quantité de mouvement Hautes énergies Aussi impossible

15 L expérience montre c = m longueur d onde de Compton de l électron

16 Diagramme de Compton (Dutreix & Tubiana)

17 Coefficient d atténuation Compton Electron libreNombre d éléctrons /g constant indépendant de la nature du matériau

18 E

19 4. Création de paires E > MeV e-e- e+e+ noyau Conservation Energie Quantité de mouvement Charge Matérialisation Annihilation

20 Coefficient d atténuation création de paires cm MeV Variation du coefficient d atténuation par production de paires en fonction de l énergie du photon incident et selon son milieu

21 5. Comparaison des 3 types d interaction DIFFUSION D ENERGIE e-e- ABSORPTION D ENERGIE TRANSFERT D ENERGIE

22 Importance relative des 3 effets Pb H2OH2O

23 Interaction des particules avec la matière Particules chargées lourdes ou légères Neutrons

24 Origine radioactivité (p, 2 H, 4 He) directement (accélérateur, R-cosmiques) Mécanisme Interaction des particules chargées lourdes 2

25 Effet Cerenkov pour des énergies donc des vitesses très grandes E(p) > 470 MeV ou E( 4 He ) > 3740 MeV v > c/n émission lumière bleue ou UV

26 Pertes d énergie des particules chargées lourdes Transfert linéique d énergie (TEL) énergie transférée par unité de longueur de trajectoire TEL = K (z 2 /v 2 ) n Z z charge de la particule, Z numéro atomique milieu Densité linéique d ionisation (DLI) DLI = TEL / w w est l énergie nécessaire pour provoquer une ionisation w = 33 eV dans milieu biologique parce qu il y a en général 3 ionisations pour 10 excitations

27 Courbe Bragg Particules chargées sont toutes arrêtées Ex: alpha de 5,3 MeV avec TEL 130 keV/ m a un parcours dan l eau de 40 m

28 Origine radioactivité ( +, - ou conversion interne) directement (accélérateur, tube R-X) secondaire (à R-X, g, Auger, ionisations, excitations) Mécanisme Interaction des particules chargées légères

29 Parcours des électrons Energie (MeV)air (cm) eau (cm) 0,1 150,015 0, , , ,3

30 Les neutrons Origine : réactions nucléaires Diffusion énergie est transférée au noyau (recul) Capture activation neutronique Fission réaction nucléaire (contrôlée ou explosive)

31 Absorption des neutrons Neutrons rapides absorption par les éléments légers (densité de noyaux) Neutrons E < 20 keV excitations et chaleur Neutrons E < 1k eV capture par éléments légers


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