detection des rayonnement

8/18/2019 detection des rayonnement

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Plan du cours

1 Interaction rayonnement matièreClassication des rayonnementsInteraction des particules chargées et neutres

Abdeslem Rrhioua (Université Mohamed 1 er )

Détection et mesure des rayonnements 31 mars 2016 2 / 23

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Plan


Abdeslem Rrhioua (Université Mohamed 1 er )

Détection et mesure des rayonnements 31 mars 2016 3 / 23

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Deux catégories

Particules chargées Légères Lourdes

Particules Neutres Photons Neutrons

Neutrinos

Abdeslem Rrhioua (Université Mohamed 1 er ) Détection et mesure des rayonnements 31 mars 2016 4 / 23

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Particules chargées

Particules chargées légères Électrons : m e − = 0 .511MeV ; q e − = − 1.6 × 10− 19 C Positons : m e+ = 0 .511MeV ; q e + = +1 .6 × 10− 19 C

Particules Chargées lourdes Proton : m p = 1836 × m e − ; q p = +1 .6 × 10− 19 C Deuton (noyau du deutérium 21 H) : m d = 3672 × m e − Particule α : m α = 7342 × m e −

Interaction coulombiènne


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Particules chargées

Particules chargées légères

Électrons : m e − = 0 .511MeV ; q e − = − 1.6 × 10− 19 C Positons : m e+ = 0 .511MeV ; q e + = +1 .6 × 10− 19 C

Particules Chargées lourdes Proton : m p = 1836 × m e − ; q p = +1 .6 × 10− 19 C Deuton (noyau du deutérium 21 H) : m d = 3672 × m e − Particule α : m α = 7342 × m e −

Interaction coulombiènne


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Particules neutres

Les photons, m photon = 0 , q photon = 0 Rayons X.

1 Produits lors des réarrangements du cortège électronique,provoqués en général par la collision d’électrons sur des atomes,[10 keV ; 100 keV].

2 Produits par des accélérateurs linéaires utilisés en radiothérapieexterne, [6 MeV ; 25 MeV].

Rayon γ .Les rayonnements gamma accompagnent généralement les

désintégrations α et β . Le noyau radioactif libère sous forme derayonnement γ l’excès de son énergie. Leur énergie va de 60 keVà 3 MeV.


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Classication des rayonnements

Rayonnements

Directement Ionisant Indirectement Ionisant

Chargés Neutres

Légères Lourdes

e− ; e+ Proton ; deuton ; α

Neutrons NeutrinosPhotons

E ≥ 13, 6 eV E ≤ 13, 6 eV

X ; γ IR ; OR ; MO


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Plan



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Particules chargées légères (Ex. électrons)

Ionisation et excitation d’atome Rayonnement de freinage

0−

1e + AZ X −→

AZ X

+ + 0−

1e + 0

−

1e 0

−

1e + AZ X −→

0−

1e + AZ X +

0

0γ

0− 1 e +

AZ X −→

AZ X

∗ + 0− 1 e


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Interaction des particules chargées lourdes

Elles interagissent principalementavec les électrons des atomescibles, engendrant une ionisationou une excitation. Les interactionsavec les noyaux sont secondaires.

Proton m p = 1836 × m e −Deuton m d = 3672 × m e −α m α = 7342 × m e −

Ces particules ne sont pas concer-nées par le rayonnement de frei-nage.

FIGURE: Comparaison de laperte d’énergie


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FIGURE: Perte d’énergie de différentes particules


d d l

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Processus d’interaction des particules neutres

Processus d’interaction des photons1 Effet photoélectrique2 Diffusion Compton

3 Création de paire4 Diffusion Thomson/Rayleigh : Le photon incident est absorbé pa

l’atome et ré-émis avec une direction différente mais avec lamême énergie (pas de modication de la longueur d’onde).Phénomène important pour les photons peu énergétiques (IR,visibles, UV) mais négligeable avec les rayons X et γ .


L’ ff h él i

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L’effet photoélectrique

Le photon cède la totalité deson énergie à un électronqui sera éjecté.Le processus photoélec-trique est le moyen pré-

dominant d’interaction durayonnement γ (ou X ) avecdes énergies relativementbasses.Le processus est plus im-

portant pour des matériauxavec un nombre atomique Z grand. 1s K

2s L1

2 p L2 , L 3

Fermi

vide

bande de valence

bande de conduction

hν photoélectron


Eff C



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Effet Compton

Le photon diffuse (diffusionélastique) sur un électronsupposé libre en cédant unepartie de son énergie.Ce processus domine pourles moyennes énergies.

FIGURE: diffusion compton


C é ti d i



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Création de paire

• Le photon se matérialiseen une paire électronpositron.

• L’énergie du photon estrépartie sous formed’énergie de masse etcinétique.

• Ce processus se produitau voisinage d’un noyau etsi l’énergie du photon >1, 022 MeV. FIGURE: Création de paire


C é ti d i

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Création de paire

Ce processus domine pour les hautes énergies.

Le positron s’annihile avec un électron en produisant 2 photons


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Classication des neutrons par vitesse


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Classication des neutrons par vitesse

Énergie descriptionRelativistes > 50 MeV AccélérateursRapides > 500 keV Sources de neutronsIntermédiaires ≃ 1 à 500 keV dosimétrieEpithermiques ≃ 0.5 à 1000 eV Réacteurs (graphite)Thermiques ≃ 0.025 eV en équilibre thermique


Processus d’interaction des neutrons



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Processus d interaction des neutrons

Les interactions des neutrons sont de deux types :1 réactions de diffusion (élastique ou inélastique)2 réactions d’absorption (capture neutronique)

Deux processus ont toujours lieu, quelque soit l’énergie des neutrons

Diffusion par un noyau A (n, n ) / (n, n ′ )

n + X −→ X + n

Capture radiative (n, γ )

n + X −→ Y + γ


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Les neutrinos


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Les neutrinos

Propriétés Trois types de neutrinos (ν e , ν µ , ν τ ) Ce sont les particules les plus abondantes dans l’univers Masse trop faible et charge nulle Interagissent trop faiblement avec la matière ce qui rend leurdétection difcile

Origine Soleil : neutrinos solaire (ν e)

Atmosphère : neutrinos atmosphériques (ν e , ν µ ) Univers : neutrinos cosmiques (ν e , ν µ , ν τ ) Réacteurs et accélérateurs : produit par l’homme


Interaction des neutrinos avec la matière

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Interaction des neutrinos avec la matière

Absorption ν e + X −→ e− + Y ν e + 3717 Cl −→ e

− + 3718 Ar ν e + 7131 Ga −→ e− + 7132 Ge ν e + 9842 Mo −→ e− + 9843 Tc

Diffusion ν e + e − −→ e− + ν e ν + d −→ p + n

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