Interactions Rayonnements-Matière

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1 Interactions Rayonnements-Matière
Ch. Bochu DEUST 2017

2 Effet Photoélectrique
Transfert total d’énergie : EC Électron éjecté photon E = hn < 0,1 MeV Il faut hn > Eliaison hn = Eliaison + EC Photons de faible énergie

3 Transfert partiel d’énergie :
Effet COMPTON Transfert partiel d’énergie : EC Électron Compton photon E = hn q  1 MeV Photon diffusé E’ = hn’ hn = Eliaison + EC + hn’ Photons de très forte énergie

4 Effet COMPTON Angle de diffusion : h Dl = l’ - l = (1 - cos q) m0c
l’ = longueur d’onde du photon diffusé l = longueur d’onde du photon incident h = constante de Planck m0 = masse de l’électron au repos c = vitesse de la lumière dans le vide q = angle photon diffusé/photon incident q varie de 0 à 180° 0° : électron non éjecté 180° : Rétrodiffusion Dl maximum

5 Transfert total d’énergie :
Création de paires Transfert total d’énergie : EC- photon Électron E = hn ≥ 1,022 MeV Positron EC+ hn = 2 m0.c² + EC- + EC+ hn ≥ 2 m0.c² = 1,022 MeV EC- = EC+

6 Devenir des électrons et des positrons
Ralentis par la matière. Electron : Reste libre ou se lie à un atome, un ion. Positron : Réagit avec un électron hn EC+ Positron Électron hn 2 m0.c² = 2 hn  hn = 511 keV Principe de la TEP (Tomographie par émission de Positon)

7 Répartition des interactions
Z E0 (MeV) 0,01 0,1 1 10 100 50 25 75 E1 E2 Effet photoélectrique Créations de paires Effet Compton

8 Rencontre neutron-noyau faible  forte pénétration.
Neutrons Neutrons rapides : EC’ EC EC’’ Rencontre neutron-noyau faible  forte pénétration. Plus le noyau est léger  plus le transfert est fort. Utilisation H2O ou D2O dans centrales nucléaires Noyau cible = 1H  ionisations importantes. Neutrons très ionisants (indirectement)

9 Nouveau noyau est instable  g.
Neutrons Neutrons lents : EC Intégration au noyau. Nouveau noyau est instable  g. Création de radionucléides radioactifs.

10 Particules chargés Particules a ou protons : Créent des électrons libres et des ions.

11 Bilan Rayonnement Puissance Effet Ionisation Photons Faible
Photoélectrique Directe Moyenne Compton Forte Création de paires Directe et indirecte Neutrons Isotopes et g - Indirecte Chocs Indirecte (1H) Protons Arrachent électrons a

12 Transfert linéique d’énergie : TLE
Ionisations Transfert linéique d’énergie : TLE Mesure le ralentissement du rayonnement TLE = DE Dx keV.µm-1 Particule b (1,7 MeV) Particule a (5.3 MeV) Parcours dans l’air 603 cm 5 cm Parcours dans l’eau 0,8 cm = 8000 mm 40 mm

13 Densité linéique d’ionisation : DLI
Ionisations Densité linéique d’ionisation : DLI Mesure le ralentissement du rayonnement DLI = Dn Dx µm-1 Energie d’ionisation e : 32 eV dans l’eau 34 eV dans l’air Dn = DE e