Description du rayonnement gamma
Les rayons gamma , Ă©galement connus sous le nom de rayonnement gamma , se rĂ©fĂšrent au rayonnement Ă©lectromagnĂ©tique (pas de masse au repos, pas de charge) dâune trĂšs haute Ă©nergie. Les rayons gamma sont des photons de haute Ă©nergieavec des longueurs dâonde trĂšs courtes et donc des frĂ©quences trĂšs Ă©levĂ©es. Comme les rayons gamma ne sont en substance que des photons de trĂšs haute Ă©nergie, ce sont des matiĂšres trĂšs pĂ©nĂ©trantes et donc biologiquement dangereuses. Les rayons gamma peuvent parcourir des milliers de pieds dans lâair et peuvent facilement traverser le corps humain. Les rayons gamma sont Ă©mis par des noyaux instables lors de leur transition dâun Ă©tat de haute Ă©nergie Ă un Ă©tat infĂ©rieur appelĂ© dĂ©croissance gamma. Dans la plupart des sources de laboratoire pratiques, les Ă©tats nuclĂ©aires excitĂ©s sont crĂ©Ă©s lors de la dĂ©sintĂ©gration dâun radionuclĂ©ide parent, donc une dĂ©sintĂ©gration gamma gĂ©nĂ©ralementaccompagne dâautres formes de dĂ©sintĂ©gration , comme la dĂ©sintĂ©gration alpha ou bĂȘta. Le rayonnement et les rayons gamma sont tout autour de nous. Dans, autour et au-dessus du monde dans lequel nous vivons. Câest une partie de notre monde naturel qui est ici depuis la naissance de notre planĂšte. Les sources naturelles de rayons gamma sur Terre sont, entre autres, les rayons gamma des radionuclĂ©ides naturels, en particulier le potassium-40. Le potassium-40 est un isotope radioactif du potassium qui a une trĂšs longue demi-vie de 1,251 Ă 10 9 ans (comparable Ă lâĂąge de la Terre). Cet isotope peut ĂȘtre trouvĂ© dans le sol, lâeau aussi dans la viande et les bananes. Ce nâest pas le seul exemple de source naturelle de rayons gamma.
Voir aussi:Â DĂ©couverte des rayons gamma
Caractéristiques des rayons gamma / rayonnement
Les principales caractéristiques des rayons gamma sont résumées en quelques points:
- Les rayons gamma sont des photons de haute Ă©nergie (environ 10 000 fois plus dâĂ©nergie que les photons visibles), les mĂȘmes photons que les photons formant la gamme visible du spectre Ă©lectromagnĂ©tique â la lumiĂšre.
- Les photons (rayons gamma et rayons X) peuvent ioniser les atomes directement (bien quâils soient Ă©lectriquement neutres) par lâeffet photoĂ©lectrique et lâeffet Compton, mais lâionisation secondaire (indirecte) est beaucoup plus importante.
- Les rayons gamma ionisent la matiÚre principalement par ionisation indirecte .
- Bien quâun grand nombre dâinteractions possibles soient connues, il existe trois mĂ©canismes dâinteraction clĂ©s avec la matiĂšre.
- Les rayons gamma voyagent à la vitesse de la lumiĂšre et ils peuvent parcourir des milliers de mĂštres dans lâair avant de dĂ©penser leur Ă©nergie.
- Le rayonnement gamma Ă©tant une matiĂšre trĂšs pĂ©nĂ©trante, il doit ĂȘtre protĂ©gĂ© par des matĂ©riaux trĂšs denses, tels que le plomb ou lâuranium.
- La distinction entre les rayons X et les rayons gamma nâest pas si simple et a changĂ© au cours des derniĂšres dĂ©cennies. Selon la dĂ©finition actuellement valable, les rayons X sont Ă©mis par des Ă©lectrons Ă lâextĂ©rieur du noyau, tandis que les rayons gamma sont Ă©mis par le noyau .
- Les rayons gamma accompagnent frĂ©quemment lâĂ©mission de rayonnement alpha et bĂȘta .
Â
Effet photoélectrique
- Lâeffet photoĂ©lectrique domine aux basses Ă©nergies des rayons gamma .
- Lâeffet photoĂ©lectrique conduit Ă Â lâĂ©mission de photoĂ©lectrons de la matiĂšre lorsque la lumiĂšre ( photons ) brille sur eux.
- LâĂ©nergie maximale quâun Ă©lectron peut recevoir dans nâimporte quelle interaction est hΜ .
- Les Ă©lectrons ne sont Ă©mis par lâeffet photoĂ©lectrique que si le photon atteint ou dĂ©passe une Ă©nergie seuil .
- Un Ă©lectron libre (provenant par exemple dâun nuage atomique) ne peut pas absorber la totalitĂ© de lâĂ©nergie du photon incident. Ceci est le rĂ©sultat de la nĂ©cessitĂ© de conserver Ă la fois lâĂ©lan et lâĂ©nergie.
- La section efficace pour lâĂ©mission de n = 1 (K-shell) photoĂ©lectrons est plus Ă©levĂ©e que celle de n = 2 (L-shell) photoĂ©lectrons. Ceci est le rĂ©sultat de la nĂ©cessitĂ© de conserver lâĂ©lan et lâĂ©nergie.
Voir aussi: Albert Einstein et lâeffet photoĂ©lectrique
DĂ©finition de lâeffet photoĂ©lectrique
Dans lâeffet photoĂ©lectrique, un photon subit une interaction avec un Ă©lectron qui est liĂ© dans un atome. Dans cette interaction, le photon incident disparaĂźt complĂštement et un photoĂ©lectron Ă©nergĂ©tique est Ă©jectĂ© par lâatome de lâun de ses coques liĂ©es . LâĂ©nergie cinĂ©tique du photoĂ©lectron Ă©jectĂ© (E e ) est Ă©gale Ă lâĂ©nergie photonique incidente (hÎœ) moins lâ énergie de liaison du photoĂ©lectron dans sa coquille dâorigine (E b ).
E e = hΜ-E b
Par consĂ©quent, les photoĂ©lectrons ne sont Ă©mis par lâeffet photoĂ©lectrique que si le photon atteint ou dĂ©passe une Ă©nergie de seuil â lâĂ©nergie de liaison de lâĂ©lectron â la fonction de travail du matĂ©riau. Pour les rayons gamma avec des Ă©nergies de plus de centaines de keV, le photoĂ©lectron emporte la majoritĂ© de lâĂ©nergie photonique incidente â hÎœ.
Suite Ă une interaction photoĂ©lectrique, un atome dâabsorbeur ionisĂ© est crĂ©Ă© avec une vacance dans lâun de ses coques liĂ©es . Cette vacance sera rapidement comblĂ©e par un Ă©lectron dâune coquille avec une Ă©nergie de liaison plus faible (autres coquilles) ou par la capture dâun Ă©lectron libre du matĂ©riau. Le rĂ©arrangement des Ă©lectrons des autres coquilles crĂ©e une autre vacance, qui, Ă son tour, est remplie par un Ă©lectron dâune coquille dâĂ©nergie de liaison encore plus faible. Par consĂ©quent, une cascade de rayons X plus caractĂ©ristiques peut Ă©galement ĂȘtre gĂ©nĂ©rĂ©e. La probabilitĂ© dâĂ©mission caractĂ©ristique de rayons X diminue Ă mesure que le numĂ©ro atomique de lâabsorbeur diminue. Parfois, lâĂ©mission dâun Ă©lectron Auger se produit.
Coupes transversales de lâeffet photoĂ©lectrique
Aux petites valeurs de lâĂ©nergie des rayons gamma, lâeffet photoĂ©lectrique domine . Le mĂ©canisme est Ă©galement amĂ©liorĂ© pour les matĂ©riaux de numĂ©ro atomique Z Ă©levĂ©. Il nâest pas simple de dĂ©river lâexpression analytique de la probabilitĂ© dâabsorption photoĂ©lectrique des rayons gamma par atome sur toutes les gammes dâĂ©nergies de rayons gamma. La probabilitĂ© dâabsorption photoĂ©lectrique par unitĂ© de masse est approximativement proportionnelle Ă :
Ï (photoĂ©lectrique) = constante x Z N / E 3,5
oĂč Z est le numĂ©ro atomique, lâexposant n varie entre 4 et 5. E est lâĂ©nergie du photon incident. La proportionnalitĂ© aux puissances supĂ©rieures du nombre atomique Z est la principale raison de lâutilisation de matĂ©riaux Ă haute teneur en Z, tels que le plomb ou lâuranium appauvri dans les Ă©crans de rayons gamma.
Bien que la probabilitĂ© de lâabsorption photoĂ©lectrique du photon gamma diminue, en gĂ©nĂ©ral, avec lâaugmentation de lâĂ©nergie photonique, il y a de fortes discontinuitĂ©s dans la courbe de section transversale. Celles-ci sont appelĂ©es «bords dâabsoption»et ils correspondent aux Ă©nergies de liaison des Ă©lectrons des coquilles liĂ©es Ă lâatome. Pour les photons avec lâĂ©nergie juste au-dessus du bord, lâĂ©nergie des photons est juste suffisante pour subir lâinteraction photoĂ©lectrique avec lâĂ©lectron de la coque liĂ©e, disons K-shell. La probabilitĂ© dâune telle interaction est juste au-dessus de ce bord bien supĂ©rieure Ă celle des photons dâĂ©nergie lĂ©gĂšrement en dessous de ce bord. Pour les photons gamma en dessous de ce bord, lâinteraction avec lâĂ©lectron de la coquille K est Ă©nergĂ©tiquement impossible et donc la probabilitĂ© chute brusquement. Ces arĂȘtes se produisent Ă©galement aux Ă©nergies de liaison des Ă©lectrons dâautres coquilles (L, M, N⊠..).
Diffusion de Compton
Caractéristiques clés de la diffusion Compton
- La diffusion de Compton domine aux énergies intermédiaires.
- Câest la diffusion des photons par les Ă©lectrons atomiques Â
- Les photons subissent un dĂ©calage de longueur dâonde appelĂ©Â dĂ©calage Compton.
- LâĂ©nergie transfĂ©rĂ©e Ă lâĂ©lectron de recul peut varier de zĂ©ro Ă une grande partie de lâĂ©nergie incidente des rayons gamma
DĂ©finition de la diffusion Compton
La diffusion Compton est la diffusion inĂ©lastique ou non classique dâun photon (qui peut ĂȘtre un photon de rayons X ou gamma ) par une particule chargĂ©e, gĂ©nĂ©ralement un Ă©lectron. Dans la diffusion Compton, le photon gamma incident est dĂ©viĂ© dâun angle Î par rapport Ă sa direction dâorigine. Cette dĂ©viation entraĂźne une diminution de lâĂ©nergie (diminution de la frĂ©quence des photons) du photon et est appelĂ©e effet Compton . Le photon transfĂšre une partie de son Ă©nergie Ă Â lâĂ©lectron de recul . LâĂ©nergie transfĂ©rĂ©e Ă lâĂ©lectron de recul peut varier de zĂ©ro Ă une grande partie de lâĂ©nergie incidente des rayons gamma, car tous les angles de diffusion sont possibles. La diffusion Compton a Ă©tĂ© observĂ©e par AHCompton en 1923Ă lâUniversitĂ© de Washington Ă St. Louis. Compton a remportĂ©Â le prix Nobel de physique en 1927 pour cette nouvelle comprĂ©hension de la nature des particules des photons.
Formule de diffusion Compton
La formule Compton a Ă©tĂ© publiĂ©e en 1923 dans la Physical Review. Compton a expliquĂ© que le dĂ©placement des rayons X est provoquĂ© par une impulsion de type particules de photons. La formule de diffusion Compton est la relation mathĂ©matique entre le dĂ©calage de la longueur dâonde et lâangle de diffusion des rayons X. Dans le cas de la diffusion Compton, le photon de frĂ©quence f entre en collision avec un Ă©lectron au repos. Lors de la collision, le photon rebondit sur lâĂ©lectron, abandonnant une partie de son Ă©nergie initiale (donnĂ©e par la formule de Planck E = hf), tandis que lâĂ©lectron prend de lâĂ©lan (masse x vitesse), le photon ne peut pas rĂ©duire sa vitesse . En raison de la loi de conservation de la quantitĂ© de mouvement, le photon doit rĂ©duire sa quantitĂ© de mouvement donnĂ©e par:
La diminution de la quantitĂ© de mouvement des photons doit donc se traduire par une diminution de la frĂ©quence (augmentation de la longueur dâonde Πλ = λ â- λ ). Le dĂ©calage de la longueur dâonde augmente avec lâangle de diffusion selon la formule de Compton :
oĂč
λ est la longueur dâonde initiale du photon
λ â est la longueur dâonde aprĂšs diffusion,
h est la constante de Planck = 6,626 x 10 -34 Js
m e est la masse au repos des électrons (0,511 MeV)
c est la vitesse de la lumiÚre
ÎÂ est lâangle de diffusion.
La variation minimale de longueur dâonde ( λ âČ â λ ) pour le photon se produit lorsque Î = 0 ° (cos (Î) = 1) et est au moins nulle. Le changement maximal de longueur dâonde ( λ âČ â λ ) pour le photon se produit lorsque Î = 180 ° (cos (Î) = â 1). Dans ce cas, le photon transfĂšre Ă lâĂ©lectron autant de mouvement que possible.Le changement maximal de longueur dâonde peut ĂȘtre dĂ©rivĂ© de la formule de Compton:
La quantitĂ© h / m e c est appelĂ©e longueur dâ onde Compton de lâĂ©lectron et est Ă©gale Ă Â 2,43 Ă 10 â12 m .
Diffusion Compton â Coupes transversales
La probabilitĂ© de diffusion Compton par interaction avec un atome augmente linĂ©airement avec le numĂ©ro atomique Z, car elle dĂ©pend du nombre dâĂ©lectrons disponibles pour la diffusion dans lâatome cible. La distribution angulaire des photons diffusĂ©s Ă partir dâun seul Ă©lectron libre est dĂ©crite par la formule de Klein-Nishina :
oĂč Δ = E 0 / m e c 2 et r 0 est le «rayon classique de lâĂ©lectron» Ă©gal Ă environ 2,8 x 10 -13 cm. La formule donne la probabilitĂ© de diffuser un photon dans lâĂ©lĂ©ment dâangle solide dΩ = 2Ï sin Î dÎ lorsque lâĂ©nergie incidente est E 0 .
Compton Edge
En spectrophotomĂ©trie, le bord Compton est une caractĂ©ristique du spectrographe qui rĂ©sulte de la diffusion Compton dans le scintillateur ou le dĂ©tecteur. Cette caractĂ©ristique est due aux photons qui subissent une diffusion Compton avec un angle de diffusion de 180 ° puis sâĂ©chappent du dĂ©tecteur. Lorsquâun rayon gamma se dissipe du dĂ©tecteur et sâĂ©chappe, seule une fraction de son Ă©nergie initiale peut ĂȘtre dĂ©posĂ©e dans la couche sensible du dĂ©tecteur. Cela dĂ©pend de lâangle de diffusion du photon, de la quantitĂ© dâĂ©nergie qui sera dĂ©posĂ©e dans le dĂ©tecteur. Cela conduit Ă un spectre dâĂ©nergies. LâĂ©nergie du bord Compton correspond au photon rĂ©trodiffusĂ© complet .
Diffusion Compton inverse
La diffusion inverse de Compton est la diffusion de photons de basse Ă©nergie aux hautes Ă©nergies par des Ă©lectrons relativistes. Les Ă©lectrons relativistes peuvent augmenter lâĂ©nergie des photons de basse Ă©nergie dâune quantitĂ© potentiellement Ă©norme (mĂȘme des rayons gamma peuvent ĂȘtre produits). Ce phĂ©nomĂšne est trĂšs important en astrophysique.
Production de paires positrons-Ă©lectrons
En gĂ©nĂ©ral, la production de paires est un phĂ©nomĂšne de la nature oĂč lâ énergie est directement convertie en matiĂšre . Le phĂ©nomĂšne de production de paires peut ĂȘtre vu de deux maniĂšres diffĂ©rentes. Une façon est comme une particule et une antiparticule et lâautre est comme une particule et un trou . La premiĂšre voie peut ĂȘtre reprĂ©sentĂ©e par la formation dâ électrons et de positrons , Ă partir dâun paquet dâĂ©nergie Ă©lectromagnĂ©tique ( photon haute Ă©nergie â rayon gamma ) voyageant Ă travers la matiĂšre. Câest lâune des façons possibles dont les rayons gamma interagissent avec la matiĂšre. Aux hautes Ă©nergies, cette interaction domine .
Pour que la production de paires Ă©lectron-positon se produise, lâĂ©nergie Ă©lectromagnĂ©tique du photon doit ĂȘtre supĂ©rieure Ă Â une Ă©nergie seuil , qui est Ă©quivalente Ă la masse au repos de deux Ă©lectrons. LâĂ©nergie de seuil (la masse au repos totale des particules produites) pour la production de paires Ă©lectron-positon est Ă©gale Ă Â 1,02 MeV (2 x 0,511 MeV) car la masse au repos dâun seul Ă©lectron Ă©quivaut Ă 0,511 MeV dâĂ©nergie.
Si lâĂ©nergie du photon dâorigine est supĂ©rieure Ă 1,02 MeV, toute Ă©nergie supĂ©rieure Ă 1,02 MeV est, selon la loi de conservation, divisĂ©e entre lâĂ©nergie cinĂ©tique de mouvement des deux particules.
La prĂ©sence dâ un champ Ă©lectrique dâun atome lourd tel que le plomb ou lâuranium est essentielle pour satisfaire la conservation de la quantitĂ© de mouvement et de lâĂ©nergie . Afin de satisfaire Ă la fois la conservation de la quantitĂ© de mouvement et de lâĂ©nergie, le noyau atomique doit recevoir une certaine quantitĂ© de mouvement. Par consĂ©quent, une production de paires de photons dans lâespace libre ne peut pas se produire .
De plus, le positron est lâantiparticule de lâĂ©lectron, donc lorsquâun positron vient se reposer, il interagit avec un autre Ă©lectron, ce qui entraĂźne lâannihilation des deux particules et la conversion complĂšte de leur masse au repos en Ă©nergie pure (selon formule E = mc 2 ) sous la forme de deux rayons gamma (photons) de 0,511 MeV dirigĂ©s de façon opposĂ©e. Le phĂ©nomĂšne de production de paires est donc liĂ© Ă la crĂ©ation et Ă la destruction de matiĂšre en une seule rĂ©action.
Production de paires positrons-Ă©lectrons â Coupe transversale
La probabilitĂ© de production de paires, caractĂ©risĂ©e par la section efficace, est une fonction trĂšs compliquĂ©e basĂ©e sur la mĂ©canique quantique . En gĂ©nĂ©ral, la section efficace augmente approximativement avec le carrĂ© du nombre atomique (Ï p ~ Z 2 ) et augmente avec lâĂ©nergie des photons, mais cette dĂ©pendance est beaucoup plus complexe.
Coupe transversale de la production de paires dans le domaine nucléaire et le champ électronique.
Atténuation des rayons gamma
La section efficace totale dâinteraction des rayons gamma avec un atome est Ă©gale Ă la somme des trois sections partielles mentionnĂ©es:
Ï = Ï f + Ï C + Ï pÂ
- Ï f â Effet photoĂ©lectrique
- ÏÂ CÂ â Diffusion Compton
- Ï p â Production de paires
Selon lâĂ©nergie des rayons gamma et le matĂ©riau absorbant, lâune des trois sections transversales partielles peut devenir beaucoup plus grande que les deux autres. Aux petites valeurs de lâĂ©nergie des rayons gamma, lâ effet photoĂ©lectrique domine. La diffusion de Compton domine aux Ă©nergies intermĂ©diaires. La diffusion du compton augmente Ă©galement avec la diminution du nombre atomique de matiĂšre, donc lâintervalle de domination est plus large pour les noyaux lĂ©gers. Enfin, la production de paires Ă©lectron-positon domine aux hautes Ă©nergies.
Sur la base de la dĂ©finition de la section efficace dâinteraction, la dĂ©pendance de lâintensitĂ© des rayons gamma sur lâĂ©paisseur du matĂ©riau absorbant peut ĂȘtre dĂ©rivĂ©e. Si les rayons gamma monoĂ©nergĂ©tiques sont collimatĂ©s en un faisceau Ă©troit et si le dĂ©tecteur derriĂšre le matĂ©riau dĂ©tecte uniquement les rayons gamma qui ont traversĂ© ce matĂ©riau sans aucune sorte dâinteraction avec ce matĂ©riau, alors la dĂ©pendance devrait ĂȘtre une simple attĂ©nuation exponentielle des rayons gamma . Chacune de ces interactions Ă©limine le photon du faisceau soit par absorption, soit par diffusion loin de la direction du dĂ©tecteur. Par consĂ©quent, les interactions peuvent ĂȘtre caractĂ©risĂ©es par une probabilitĂ© fixe dâoccurrence par unitĂ© de longueur de trajet dans lâabsorbeur. La somme de ces probabilitĂ©s est appelĂ©ecoefficient dâattĂ©nuation linĂ©aire :
ÎŒ = Ï (photoĂ©lectrique) + Ï (Compton) + Îș (paire)
Coefficient dâattĂ©nuation linĂ©aire
LâattĂ©nuation du rayonnement gamma peut alors ĂȘtre dĂ©crite par lâĂ©quation suivante.
I = I 0 .e -Όx
, oĂč I est lâintensitĂ© aprĂšs attĂ©nuation, I o est lâintensitĂ© incidente, ÎŒ est le coefficient dâattĂ©nuation linĂ©aire (cm -1 ) et lâĂ©paisseur physique de lâabsorbeur (cm).
Les matĂ©riaux Ă©numĂ©rĂ©s dans le tableau ci-contre sont lâair, lâeau et diffĂ©rents Ă©lĂ©ments du carbone ( Z = 6) au plomb ( Z = 82) et leurs coefficients dâattĂ©nuation linĂ©aire sont donnĂ©s pour trois Ă©nergies de rayons gamma. Il existe deux caractĂ©ristiques principales du coefficient dâattĂ©nuation linĂ©aire:
- Le coefficient dâattĂ©nuation linĂ©aire augmente Ă mesure que le numĂ©ro atomique de lâabsorbeur augmente.
- Le coefficient dâattĂ©nuation linĂ©aire pour tous les matĂ©riaux diminue avec lâĂ©nergie des rayons gamma.
Demi couche de valeur
La couche de demi-valeur exprime lâĂ©paisseur du matĂ©riau absorbant nĂ©cessaire pour rĂ©duire lâintensitĂ© du rayonnement incident dâun facteur deux . Il existe deux caractĂ©ristiques principales de la couche de demi-valeur:
- La couche de demi-valeur diminue Ă mesure que le numĂ©ro atomique de lâabsorbeur augmente. Par exemple, 35 m dâair sont nĂ©cessaires pour rĂ©duire lâintensitĂ© dâun faisceau de rayons gamma de 100 keV par un facteur de deux alors que seulement 0,12 mm de plomb peut faire la mĂȘme chose.
- La couche de demi-valeur pour tous les matĂ©riaux augmente avec lâĂ©nergie des rayons gamma. Par exemple de 0,26 cm pour le fer Ă 100 keV Ă environ 1,06 cm Ă 500 keV.
Coefficient dâattĂ©nuation de masse
Lors de la caractĂ©risation dâun matĂ©riau absorbant, on peut parfois utiliser le coefficient dâattĂ©nuation massique.  Le coefficient dâattĂ©nuation massique est dĂ©fini comme le rapport du coefficient dâattĂ©nuation linĂ©aire et de la densitĂ© dâabsorbeur (ÎŒ / Ï) . LâattĂ©nuation du rayonnement gamma peut alors ĂȘtre dĂ©crite par lâĂ©quation suivante:
I = I 0 .e â (ÎŒ / Ï) .Ïl
, oĂč Ï est la densitĂ© du matĂ©riau, (ÎŒ / Ï) est le coefficient dâattĂ©nuation de la masse et Ï.l est lâĂ©paisseur de la masse. LâunitĂ© de mesure utilisĂ©e pour le coefficient dâattĂ©nuation de masse cm 2 g -1 .
Pour les Ă©nergies intermĂ©diaires, la diffusion Compton domine et diffĂ©rents absorbeurs ont des coefficients dâattĂ©nuation de masse approximativement Ă©gaux. Cela est dĂ» au fait que la section efficace de la diffusion Compton est proportionnelle au Z (numĂ©ro atomique) et donc le coefficient est proportionnel Ă la densitĂ© du matĂ©riau Ï. Aux petites valeurs de lâĂ©nergie des rayons gamma ou aux valeurs Ă©levĂ©es de lâĂ©nergie des rayons gamma, oĂč le coefficient est proportionnel aux puissances supĂ©rieures du numĂ©ro atomique Z (pour lâeffet photoĂ©lectrique Ï f ~ Z 5 ; pour la production de paires Ï p ~ Z 2 ), le le coefficient dâattĂ©nuation ÎŒ nâest pas une constante.
Exemple:
De quelle quantitĂ© dâeau avez-vous besoin pour rĂ©duire lâintensitĂ© dâun faisceau de rayons gamma monoĂ©nergĂ©tique de 500 keV ( faisceau Ă©troit ) Ă Â 1% de son intensitĂ© incidente? La couche de demi-valeur pour les rayons gamma 500 keV dans lâeau est de 7,15 cm et le coefficient dâattĂ©nuation linĂ©aire pour les rayons gamma 500 keV dans lâeau est de 0,097 cm -1 .
La question est assez simple et peut ĂȘtre dĂ©crite par lâĂ©quation suivante:
Si la couche de demi-valeur pour lâeau est de 7,15 cm, le coefficient dâattĂ©nuation linĂ©aire est:
Maintenant, nous pouvons utiliser lâĂ©quation dâattĂ©nuation exponentielle:
donc
LâĂ©paisseur dâeau requise est donc dâenviron 47,5 cm . Câest une Ă©paisseur relativement importante et elle est causĂ©e par de petits nombres atomiques dâhydrogĂšne et dâoxygĂšne. Si nous calculons le mĂȘme problĂšme pour le plomb (Pb) , nous obtenons lâĂ©paisseur x = 2,8 cm .
Coefficients dâattĂ©nuation linĂ©aire
Tableau des coefficients dâattĂ©nuation linĂ©aire (en cm-1) pour diffĂ©rents matĂ©riaux Ă des Ă©nergies de rayons gamma de 100, 200 et 500 keV.
Absorbeur | 100 keV | 200 keV | 500 keV |
Air | Â 0,000195 / cm | Â 0,000159 / cm | Â 0,000112 / cm |
Eau | 0,167 / cm | 0,136 / cm | 0,097 / cm |
Carbone | 0,335 / cm | 0,274 / cm | 0,196 / cm |
Aluminium | 0,435 / cm | 0,324 / cm | 0,227 / cm |
Le fer | 2,72 / cm | 1,09 / cm | 0,655 / cm |
Cuivre | 3,8 / cm | 1,309 / cm | 0,73 / cm |
Conduire | 59,7 / cm | 10,15 / cm | 1,64 / cm |
Demi couches de valeur
La couche de demi-valeur exprime lâĂ©paisseur du matĂ©riau absorbant nĂ©cessaire pour rĂ©duire lâintensitĂ© du rayonnement incident dâun facteur deux. Avec une demi-couche de valeur, il est facile dâeffectuer des calculs simples.
Source: www.nde-ed.org
Tableau des demi-couches de valeur (en cm) pour différents matériaux à des énergies de rayons gamma de 100, 200 et 500 keV.
Absorbeur | 100 keV | 200 keV | 500 keV |
Air | 3555 cm | 4359 cm | 6189 cm |
Eau | 4,15 cm | 5,1 cm | 7.15 cm |
Carbone | 2,07 cm | 2,53 cm | 3,54 cm |
Aluminium | 1,59 cm | 2,14 cm | 3,05 cm |
Le fer | 0,26 cm | 0,64 cm | 1,06 cm |
Cuivre | 0,18 cm | 0,53 cm | 0,95 cm |
Conduire | Â 0,012 cm | Â 0,068 cm | Â 0,42 cm |
Validité de la loi exponentielle
La loi exponentielle dĂ©crira toujours lâattĂ©nuation du rayonnement primaire par la matiĂšre. Si des particules secondaires sont produites
ou si le rayonnement primaire change dâĂ©nergie ou de direction, lâattĂ©nuation effective sera alors beaucoup moins importante. Le rayonnement pĂ©nĂ©trera plus profondĂ©ment dans la matiĂšre que ne le
prĂ©voit la loi exponentielle seule. Le processus doit ĂȘtre pris en compte lors de lâ
Ă©valuation de lâeffet du blindage contre les radiations.
Facteurs dâaccumulation pour le blindage des rayons gamma
Le facteur dâaccumulation est un facteur de correction qui tient compte de lâinfluence du rayonnement diffusĂ© et de toutes les particules secondaires dans le milieu lors des calculs de blindage. Si nous voulons tenir compte de lâaccumulation de rayonnement secondaire, nous devons inclure le facteur dâaccumulation . Le facteur dâaccumulation est alors un facteur multiplicatif qui rend compte de la rĂ©ponse aux photons non collidĂ©s de maniĂšre Ă inclure la contribution des photons diffusĂ©s. Ainsi, le facteur dâaccumulation peut ĂȘtre obtenu en tant que rapport de la dose totale Ă la rĂ©ponse pour la dose non prise.
La formule étendue pour le calcul du débit de dose est la suivante:
La norme ANSI / ANS-6.4.3-1991 sur les coefficients dâattĂ©nuation des rayons gamma et les facteurs dâaccumulation pour les matĂ©riaux dâingĂ©nierie contient des coefficients dâattĂ©nuation des rayons gamma et des facteurs dâaccumulation pour certains matĂ©riaux et Ă©lĂ©ments dâingĂ©nierie Ă utiliser dans les calculs de blindage (ANSI / ANS-6.1 .1, 1991).
âŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠâŠ.
Cet article est basĂ© sur la traduction automatique de lâarticle original en anglais. Pour plus dâinformations, voir lâarticle en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la Ă lâadresse: [email protected] ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous apprĂ©cions votre aide, nous mettrons Ă jour la traduction le plus rapidement possible. Merci