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

1. Résultats expérimentaux Ecran S  B ’ x  A ’ S  A  B EA EB = 0 EA’ < EA EA’ > EB ’ > 0 EA’ dépend de la nature du matériau de son épaisseur x

E = E0 e-mx m = coefficient d ’atténuation (d ’extinction) [m-1] dépend de l ’énergie du rayonnement de la nature du matériau

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

2. Effet photoélectrique Electron de conduction d ’un métal ou autre substance f0 énergie nécessaire à un électron pour s ’échapper du métal E = hn énergie du photon incident

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

Mise en évidence expérimentale Dispositif expérimental pour l ’observation de l’effet photoélectrique

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

hn K L M hnk hnL

hnL hnk

Coefficient d ’atténuation photoélectrique

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

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

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

lc = 2.4262 10-12 m longueur d ’onde de Compton de l ’électron q L ’expérience montre lc = 2.4262 10-12 m longueur d ’onde de Compton de l ’électron

Diagramme de Compton (Dutreix & Tubiana)

Coefficient d ’atténuation Compton Electron libre Nombre d ’éléctrons /g  constant  indépendant de la nature du matériau

0.1 0.01 E

e- e+ 4. Création de paires E > 1.022 MeV noyau Matérialisation Conservation Energie Quantité de mouvement Charge Matérialisation Annihilation

Coefficient d ’atténuation création de paires p cm-1 1 1.022 MeV Variation du coefficient d ’atténuation par production de paires en fonction de l ’énergie du photon incident et selon son milieu

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

Importance relative des 3 effets Pb H2O

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

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

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

Pertes d ’énergie des particules chargées lourdes Transfert linéique d ’énergie (TEL) énergie transférée par unité de longueur de trajectoire TEL = K (z2/v2) 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

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

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

Parcours des électrons Energie (MeV) air (cm) eau (cm) 0,1 15 0,015 0,5 130 0,16 1 315 0,4 4 2 000 2 10 4 000 5,3

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

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