Grandeurs radiométriques & Coefficients d’Interaction Grandeurs et mesures-1 Grandeurs radiométriques & Coefficients d’Interaction Jour 2 – Leçon 7

Objectif Discuter les différentes grandeurs radiométriques et les concepts associés tels le coefficient d’interaction (par ex. Coefficient d’interaction et section efficace)

Contenu Champ de rayonnement Fluence (taux) Fluence énergétique (débit) Section efficace et courbes avec exemple Coefficient d'atténuation linéique Coefficient d'atténuation massique Pouvoir d’arrêt massique

Champ de rayonnement A complete description of a radiation field requires the fluence (defined in the next slide) distribution as a function of: 1. particle type e.g. electrons, photons, neutrons (including any relevant quantum state e.g. spin) 2. spatial position, 3. direction, 4. energy and 5. time.

Fluence Fluence, , est le nombre de particules incidentes sur une sphère de section diamétrale d’aire dA  = Unité: m-2 dN dA Particles could be photons or actual particles such as protons, neutrons, etc.

Débit de Fluence Débit de fluence, c’est le nombre de particules incidentes sur une sphère de section diamétrale d’aire dA par unité de temps Unit: m-2 s-1 d dt

Fluence Energétique Fluence, , est l'énergie radiante incidente sur une sphère de section diamétrale d’aire dA  = Où R = E.N, donc  = E Unité: J m-2 dR dA Rays could be photons or particles such as neutrons, etc. N is the number of incident rays, each of energy E. If the incident beam is not monoenergetic, E could be the average energy of the beam.

Débit de fluence énergétique Le débit de fluence énergétique est l'énergie radiante incidente sur une sphère de section diamétrale d’aire dA par unité de temps débit de fluence d’énergie = Unité: J m-2 s-1 d dt

Section efficace R  = Où  = section efficace  = R I Où  = section efficace R = nombre de réactions par unité de temps par noyau I = nombre de particules incidentes par unité de temps et par unité de surface To characterize the probability that a certain nuclear reaction will take place, it is customary to define an effective size of the nucleus for that reaction, called a cross section. The cross section has the units of area and is on the order of the square of the nuclear radius. A commonly used unit is the barn, which is equal to 10-24 cm2. A standard old story was that in the early days of the field, a particular cross section turned out to be much bigger than expected. An experimenter exclaimed "Why, that's as big as a barn!" and a unit name was born.

Sections efficaces pour les Neutrons Capture dans Uranium The next few slide shows some examples of cross sections and how they are dependent on incident particle energy, as well as the isotope which captures the particle. There are many, many different reactions for which cross sections have been measured and these slides show only a selected few. This slide shows an example of how cross sections vary with incident particle energy. The graphs shows neutron cross sections as a function of neutron energy for the isotopes U-235 and U-238. The cross section is expressed in units of barns and the neutron energy is in eV. Note how the cross section peaks at certain specific neutron energies.

Coefficients d’Atténuation Il y a deux types de coefficients atténuation: Coefficient Atténuation Linéique (CAL) fournit une mesure de la fraction d'atténuation par unité de longueur de matériau traversé Coefficient Atténuation Massique (CAM) fournit une mesure de la fraction d'atténuation par unité de masse de matériau traversée

Coefficient d’Atténuation Massique La relation entre CAL et CAM est: CAL = CAM . densité cm -1 = 1 = cm2 x g cm g cm3  is the linear attenuation coefficient, dimension of 1/cm (or cm-1). In most tables you will find the mass attenuation coefficient which is  / and has dimensions of (1/cm)/(g/cm3) which dimensionally equals cm2/g

Pouvoir d’arrêt La quantité d'énergie déposée sera la somme des énergies déposées par collisions et par freinage Le pouvoir d’arrêt S, est la somme des énergies déposées par collision et par freinage La fraction importante de l'énergie déposée dans le milieu sera fait par collisions car la l’interaction des particules avec le noyau est moins probable.

Pouvoir d’arrêt Le pouvoir d’arrêt est une fonction de charge de la particule, de l’énergie de la particule et du matériau avec lequel la particule chargée interagit

Résumé Les grandeurs radiométriques ont été discutées, les coefficients d’interaction également Les participants ont compris le champs de rayonnements, la fluence (et débit de fluence), la fluence énergétique (débit), la fluence énergétique, section efficace, coefficients d’atténuation linéique et massique et le pouvoir d’arrêt massique

Où trouver plus d’Information Cember, H., Johnson, T. E, Introduction to Health Physics, 4th Edition, McGraw-Hill, New York (2009) International Atomic Energy Agency, Postgraduate Educational Course in Radiation Protection and the Safety of Radiation Sources (PGEC), Training Course Series 18, IAEA, Vienna (2002)