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