INTERACTION DES RAYONNEMENTS AVEC LA MATIERE

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

2 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

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

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

5 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

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 l’effet photoélectrique

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

9 hn K L M hnk hnL

10 hnL hnk

11 Coefficient d ’atténuation photoélectrique

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

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

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

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

16 Diagramme de Compton (Dutreix & Tubiana)

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

18 0.1 0.01 E

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

20 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

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

22 Importance relative des 3 effets
Pb H2O

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

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

25 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

26 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

27 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

28 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

29 Parcours des électrons
Energie (MeV) air (cm) eau (cm) 0, ,015 0, ,16 ,4 ,3

30 Les neutrons Origine : réactions nucléaires Diffusion Capture Fission
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