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INTERACTION DES RAYONNEMENTS AVEC LA
MATIERE
Rayons X ou Particules chargées
Neutrons
1. Résultats expérimentaux
EA
EB = 0EA’ < EA
EA’ > EB ’ > 0
EA’ dépend de la nature du matériau de son épaisseur x
S A
B
Ecran
S
B ’
x
A ’
E = E0 e-x
= coefficient d ’atténuation (d ’extinction)[m-1] dépend de l ’énergie du rayonnement de la nature du matériau
2
X A. D. C.2
1
Ln
Coefficient massique d ’atténuationAtténuation eau liquide > eau vapeur
xv
mxx
d ’où
smeEE
0
E
cm² / g
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 photoélectrique2. Effet photoélectrique2. Effet photoélectrique
•l ’électron absorbe l ’énergie du photon
•Seuil photoélectrique
•Ionisation de la substance (y compris l ’air)
•Electron lié au réseauatomemolécule
02max2
1 hvm
h0
0
Mise en évidence expérimentaleDispositif expérimental pour l ’observation de l’effet photoélectrique
Relation entre le potentiel d ’arrêt et la fréquence dans l ’effet photoélectrique
h
K
L
M
hk
hL
KEhvm 2
2
1
hL
hk
Coefficient d ’atténuation photoélectrique
3
3
h
ZK
gcm2
Variation with photon energy of the photo-electric effect in aluminium and lead.Insert shows theabsorption ‘ edge ’ in greater detail E
3. Effet Compton
diffusion du rayonnement électromagnétique par un électron LIBRE
hE
C
Ep
e-
O m
pEc 2
²
ep
Ehm
pEe
2
²Si transfert
- de l ’énergie
- de quantité de mouvement
²2²2
²mcEE
mc
E
c
Epe
Hautes énergies ²²²² mcpcmcE Aussi impossible
L ’expérience montre
cos1'
11
cc
c = 2.4262 10-12 m longueur d ’onde de Compton de l ’électron
hE
C
EP cE
eP
'' hE
C
EP
''
Diagramme de Compton (Dutreix & Tubiana)
Coefficient d ’atténuation Compton
ed
Electron libre Nombre d ’éléctrons /g constant
indépendant de la nature du matériau
0.1
0.01
E
4. Création de paires
E > 1.022 MeV
hkeV 511h
keV 511h
e-
e+noyau
Conservation EnergieQuantité de mouvementCharge
• Matérialisation• Annihilation
Coefficient d ’atténuation
création de paires
ZK
dt
'
;
cm-11
1.022 MeV
Variation du coefficient d ’atténuationpar production de paires en fonction de l ’énergie du photon incident et selonson milieu
5. Comparaison des 3 types d ’interaction
DIFFUSION D ’ENERGIE
'h
e-h
ABSORPTION D ’ENERGIE
TRANSFERT D ’ENERGIE
dddd
tttt
dt
Importance relative des 3 effets
Pb H2O
Interaction des particules avec la matière
Particules chargées
lourdes ou légères
Neutrons
Origineradioactivité (p, 2H, 4He)
directement (accélérateur, R-cosmiques)
Mécanisme
Interaction des particules chargées lourdes
2
Interaction des particules chargées lourdes
Effet Cerenkovpour 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 BraggParticules chargées sont toutes arrêtées
Ex: alpha de 5,3 MeV avec TEL 130 keV/ m a un parcours dan l ’eau de 40 m
Origineradioactivité ( +, - ou conversion interne)
directement (accélérateur, tube R-X)
secondaire (à R-X, g, Auger, ionisations, excitations)
Mécanisme
Interaction des particules chargées légères
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
Diffusionénergie est transférée au noyau (recul)
Captureactivation neutronique
Fissionréaction nucléaire (contrôlée ou explosive)
Absorption des neutrons
Neutrons rapidesabsorption par les éléments légers (densité de noyaux)
Neutrons E < 20 keVexcitations et chaleur
Neutrons E < 1k eVcapture par éléments légers
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