Interactions des rayonnements

• prérequis
• transfert d'énergie
• classification des rayonnements selon leur effet
• radiations directement ionisantes
• radiations indirectement ionisantes
• détection des β⁺
• atténuation d'un faisceau de gammas
• mesures dosimétriques

Prérequis

• math : fonction exponentielle
• mécanique : l'énergie
• rayonnements : la radioactivité

Transfert d'énergie du rayonnement à la structure électronique du milieu irradié par

• excitation
• ionisation

Conséquences possible : fluorescence, phosphorescence, effet Auger

Classification des rayonnements selon leur effet

• radiations non ionisantes
  
  
• radiations ionisantes
  • directement ionisantes (particules chargées)
  • indirectement ionisantes (neutrons, photons)
    

Radiations directement ionisantes (particules chargées)

\( \class{formule}{ TEL = \dfrac{ΔE}{L} }\) = transfert linéique d'énergie

densité linéique d'ionisation \( \class{formule}{ = \dfrac{TEL}{énergie~moyenne~d'ionisation} }\)

1. électrons
   
   • interaction avec un autre électron (collision) ⇒
     • ionisation (l'électron arraché peut être projeté, donnant soit un électron δ soit une grappe, voir schéma),
     • excitation, ou
     • transfert d'énergie thermique
   • interaction avec un noyau atomique (freinage = bremsstrahlung)
     
     
2. particules chargées lourdes (p, d, α, ions lourds) ⇒ densité linéique d'ionisation plus grande, parcours plus court
   

Radiations indirectement ionisantes

• neutrons : interaction par collisions mécaniques. Créent des ionisations secondaires par l'intermédiaire des protons (noyaux d'H) qu'ils projettent.
  
  
• rayonnement électromagnétique (photons, RX, gammas)
  
  • diffusion simple (voir schéma)
    
  • effet photoélectrique (voir schéma)
    
  • effet Compton (voir schéma)
    
  • production de paires (voir schéma)
    
  • réaction nucléaire

Détection des β⁺ :

le β⁺ s'annihile avec un électron et 2 γ de 0,5 MeV chacun sont émis. (voir schéma)

Atténuation d'un faisceau de gammas

I = I_o . exp(- μ . x) où x est l'épaisseur de matière traversée, et μ est appelé coefficient linéaire d'atténuation

Mesures dosimétriques

dose = quantité totale de radiations délivrée à une masse donnée. (E/m)

unité :

SI : le gray (Gy) = 1 J/kg

pratique : le rad = 0,01 Gy

équivalent de dose : dose . FQ (= facteur de qualité, tient compte des effets biologiques de la radiation)

unité :

SI : le sievert (Sv) = 1 Gy . FQ

pratique: le rem = 1 rad . FQ

exposition : charge créée par le rayonnement X ou le γ (Q/m)

unité SI : le roentgen (R) = 2,58 . 10^{- 4} C/kg

intensité (ou débit) de dose = dose absorbée par unité de temps

intensité (ou débit) d'équiv. de dose = équiv. de dose par unité de temps

intensité d'exposition = exposition par unité de temps