Dosimétrie des rayonnements

La série du thorium est l’une des trois séries radioactives classiques commençant par le thorium-232 naturel . Cette chaîne de désintégration radioactive se compose de noyaux atomiques lourds instables qui se désintègrent à travers une séquence de désintégrations alpha et bêta jusqu’à ce qu’un noyau stable soit atteint. Dans le cas des séries de thorium, le noyau stable est le plomb-208.

Comme la désintégration alpha représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission du noyau d’un atome d’hélium (qui contient quatre nucléons), il n’y a que quatre séries de désintégration. Dans chaque série, par conséquent, le nombre de masse des membres peut être exprimé comme quatre fois un entier approprié (n) plus la constante pour cette série. En conséquence, la série thorium est connue sous le nom de série 4n .

L’ énergie totale libérée du thorium 232 au plomb 208, y compris l’énergie perdue par les neutrinos , est de 42,6 MeV.

Activité des échantillons naturels – Série Thorium

La cascade de thorium influence de manière significative la radioactivité ( désintégrations par seconde ) des échantillons naturels et des matériaux naturels. Tous les descendants sont présents, au moins de manière transitoire, dans tout échantillon naturel contenant du thorium, qu’il soit métallique, composé ou minéral. Par exemple, du thorium-232 purest faiblement radioactif (proportionnel à sa longue demi-vie), mais un minerai de thorium est environ 10 fois plus radioactif que le thorium-232 pur en raison de ses isotopes filles (par exemple le radon, le radium, etc.) qu’il contient. Non seulement les isotopes du radium instables sont d’importants émetteurs de radioactivité, mais en tant que prochaine étape de la chaîne de désintégration, ils génèrent également du radon, un gaz radioactif naturel lourd et inerte. De plus, la chaleur de désintégration du thorium et de ses produits de désintégration (par exemple le radon, le radium, etc.) contribue au réchauffement du cœur de la Terre. Avec l’uranium et le potassium-40 dans le manteau terrestre, on pense que ces éléments sont la principale source de chaleur qui maintient le liquide central de la Terre.

Types de désintégration dans la série Thorium

Au sein de chaque série radioactive, il existe deux principaux modes de désintégration radioactive:

• Radioactivité alpha . La désintégration alpha représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission du noyau d’un atome d’hélium. Les particules alpha se composent de deux protons et de deux neutrons liés ensemble en une particule identique à un noyau d’hélium. En raison de sa très grande masse (plus de 7000 fois la masse de la particule bêta) et de sa charge, il ionise le matériau lourd et a une très courte portée .
• Radioactivité bêta . La désintégration bêta ou la désintégration β représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission de la particule bêta. Les particules bêta sont des électrons ou des positons à haute énergie et à grande vitesse émis par certains types de noyaux radioactifs tels que le potassium-40. Les particules bêta ont une plus grande plage de pénétration que les particules alpha, mais encore beaucoup moins que les rayons gamma. Les particules bêta émises sont une forme de rayonnement ionisant également connu sous le nom de rayons bêta. La production de particules bêta est appelée désintégration bêta.

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La chaîne de désintégration (également appelées cascades radioactives) sont trois chaînes de désintégration radioactives naturelles et une chaîne de désintégration radioactive artificielle de noyaux atomiques lourds instables qui se désintègrent à travers une séquence de désintégrations alpha et bêta jusqu’à ce qu’un noyau stable soit atteint. La plupart des radio – isotopes ne se désintègrent pas directement à un état stable et tous les isotopes de la série se désintègrent de la même manière. En physique des désintégrations nucléaires, le noyau se désintégrant est généralement appelé noyau parent et le noyau restant après l’événement comme noyau fille . Puisque la désintégration alpha représente la désintégration d’unnoyau parent à une fille par l’émission du noyau d’un atome d’hélium (qui contient quatre nucléons), il n’y a que quatre séries de désintégration . Dans chaque série, par conséquent, le nombre de masse des membres peut être exprimé comme quatre fois un entier approprié (n) plus la constante pour cette série. En conséquence, la série du thorium est connue comme la série 4n, la série du neptunium comme la série 4n + 1, la série de l’uranium comme la série 4n + 2 et la série actinium comme la série 4n + 3.

Trois des ensembles sont appelés séries naturelles ou classiques. Le quatrième ensemble, la série neptunium, est dirigé par le neptunium-237. Ses membres sont produits artificiellement par des réactions nucléaires et ne se produisent pas naturellement.

• la série thorium (série 4n) ,
• la série uranium (séries 4n + 2) ,
• la série actinium (séries 4n + 3) ,
• la série neptunium (série 4n + 1) .

Les séries classiques sont dirigées par des noyaux instables primordiaux . Les nucléides primordiaux sont des nucléides trouvés sur la Terre qui ont existé sous leur forme actuelle avant la formation de la Terre. Les quatre séries précédentes sont constituées des radio-isotopes, qui sont les descendants de quatre noyaux lourds avec des demi-vies longues et très longues:

• la série thorium avec thorium-232 (avec une demi-vie de 14,0 milliards d’années),
• la série uranium avec de l’uranium-238 (qui vit pendant 4,47 milliards d’années),
• la série d’actinium avec l’uranium 235 (avec une demi-vie de 0,7 milliard d’années).
• la série neptunium avec le neptunium-237 (avec une demi-vie de 2 millions d’années).

Les demi-vies de tous les noyaux filles sont toutes extrêmement variables et il est difficile de représenter une gamme d’échelles de temps allant de quelques secondes à des milliards d’années. Comme les radio-isotopes filles ont des demi-vies différentes, l’équilibre séculaire est atteint après un certain temps. Dans la longue chaîne de désintégration d’un élément naturellement radioactif, comme l’ uranium-238 , où tous les éléments de la chaîne sont en équilibre séculaire, chacun des descendants a atteint une quantité d’équilibre et toute décomposition au taux fixé par le parent d’origine. Si et quand l’équilibre est atteint, chaque isotope fille successif est présent en proportion directe avec sa demi-vie. Depuis son activité est inversement proportionnelle à sa demi-vie, chaque nucléide de la chaîne de désintégration apporte finalement autant de transformations individuelles que la tête de chaîne.

Comme on peut le voir sur les figures, la ramification se produit dans les quatre séries radioactives. Cela signifie que la décomposition d’une espèce donnée peut se produire de plusieurs manières. Par exemple, dans la série du thorium, le bismuth-212 se désintègre en partie par émission bêta négative au polonium-212 et en partie par émission alpha au thallium-206.

La cascade radioactive influence considérablement la radioactivité ( désintégrations par seconde) d’échantillons naturels et de matériaux naturels. Tous les descendants sont présents, au moins de façon transitoire, dans n’importe quel échantillon naturel, qu’il soit métallique, composé ou minéral. Par exemple, l’uranium 238 pur est faiblement radioactif (proportionnel à sa longue demi-vie), mais un minerai d’uranium est environ 13 fois plus radioactif que le métal uranium 238 pur en raison de ses isotopes filles (par exemple le radon, le radium, etc.) il contient. Non seulement les isotopes du radium instables sont d’importants émetteurs de radioactivité, mais en tant que prochaine étape de la chaîne de désintégration, ils génèrent également du radon, un gaz radioactif naturel lourd et inerte. De plus, la chaleur de désintégration de l’uranium et de ses produits de désintégration (par exemple le radon, le radium, etc.) contribue au réchauffement du cœur de la Terre.

Voir aussi: équilibre radioactif

Types de décomposition

Au sein de chaque série radioactive, il existe deux principaux modes de désintégration radioactive:

• Pourriture alpha . La désintégration alpha représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission du noyau d’un atome d’hélium. Les particules alpha se composent de deux protons et de deux neutrons liés ensemble en une particule identique à un noyau d’hélium. En raison de sa très grande masse (plus de 7 000 fois la masse de la particule bêta) et de sa charge, il ionise le matériau lourd et a une très courte portée .
• Pourriture bêta . La désintégration bêta ou la désintégration β représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission de la particule bêta. Les particules bêta sont des électrons ou des positons à haute énergie et à grande vitesse émis par certains types de noyaux radioactifs tels que le potassium-40. Les particules bêta ont une plus grande plage de pénétration que les particules alpha, mais encore beaucoup moins que les rayons gamma. Les particules bêta émises sont une forme de rayonnement ionisant également connu sous le nom de rayons bêta. La production de particules bêta est appelée désintégration bêta.

Série Thorium

La série du thorium est l’une des trois séries radioactives classiques commençant par le thorium-232 naturel . Cette chaîne de désintégration radioactive se compose de noyaux atomiques lourds instables qui se désintègrent à travers une séquence de désintégrations alpha et bêta jusqu’à ce qu’un noyau stable soit atteint. En cas de série thorium, le noyau stable est le plomb-208.

Comme la désintégration alpha représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission du noyau d’un atome d’hélium (qui contient quatre nucléons), il n’y a que quatre séries de désintégration. Dans chaque série, par conséquent, le nombre de masse des membres peut être exprimé comme quatre fois un entier approprié (n) plus la constante pour cette série. En conséquence, la série thorium est connue sous le nom de série 4n .

L’ énergie totale libérée du thorium 232 au plomb 208, y compris l’énergie perdue par les neutrinos , est de 42,6 MeV.

Série Neptunium

La série neptunium est une série radioactive commençant par le neptunium-237. Ses membres sont produits artificiellement par des réactions nucléaires et ne se produisent pas naturellement, car la demi-vie de l’isotope le plus long de la série est courte par rapport à l’âge de la Terre. Cette chaîne de désintégration radioactive se compose de noyaux atomiques lourds instables qui se désintègrent à travers une séquence de désintégrations alpha et bêta jusqu’à ce qu’un noyau stable soit atteint. En cas de série de neptunium, le noyau stable est le bismuth-209 (avec une demi-vie de 1,9E19 ans) et le thallium-205.

Comme la désintégration alpha représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission du noyau d’un atome d’hélium (qui contient quatre nucléons), il n’y a que quatre séries de désintégration. Dans chaque série, par conséquent, le nombre de masse des membres peut être exprimé comme quatre fois un entier approprié (n) plus la constante pour cette série. En conséquence, la série neptunium est connue sous le nom de série 4n + 1 .

L’ énergie totale libérée du neptunium-237 au thallium-205, y compris l’énergie perdue par les neutrinos , est de 50,0 MeV.

Dans certains types de détecteurs de fumée, vous pouvez rencontrer des radionucléides de cette série. Les détecteurs de fumée à ionisation utilisent généralement un radio-isotope, généralement de l’ américium-241 , pour ioniser l’air et détecter la fumée. Dans ce cas, l’américium-241 se désintègre en neptunium-237 et fait en fait partie de la série des neptunium.

Uranium Series

La série de l’uranium , également connue sous le nom de série du radium, est l’une des trois séries radioactives classiques commençant par l’ uranium 238 naturel . Cette chaîne de désintégration radioactive se compose de noyaux atomiques lourds instables qui se désintègrent à travers une séquence de désintégrations alpha et bêta jusqu’à ce qu’un noyau stable soit atteint. Dans le cas des séries d’uranium, le noyau stable est le plomb-206.

Comme la désintégration alpha représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission du noyau d’un atome d’hélium (qui contient quatre nucléons), il n’y a que quatre séries de désintégration. Dans chaque série, par conséquent, le nombre de masse des membres peut être exprimé comme quatre fois un entier approprié (n) plus la constante pour cette série. En conséquence, la série d’uranium est connue sous le nom de série 4n + 2 .

L’ énergie totale libérée de l’uranium-238 en plomb-206, y compris l’énergie perdue par les neutrinos , est de 51,7 MeV.

Uranium Series et Uranium-234

L’isotope de l’ uranium-234 fait partie de cette série. Cet isotope a une demi-vie de seulement 2,46 × 10 ⁵ ans et n’appartient donc pas aux nucléides primordiaux (contrairement à ²³⁵ U et ²³⁸ U ). D’autre part, cet isotope est encore présent dans la croûte terrestre, mais cela est dû au fait ²³⁴ U est un produit de désintégration indirecte de ²³⁸ U . ²³⁸ U se désintègre via la désintégration alpha en ²³⁴ U. ²³⁴U se désintègre via la désintégration alpha en 230Th, sauf une très petite fraction (de l’ordre de ppm) de noyaux qui se désintègre par fission spontanée.

Dans un échantillon naturel d’uranium, ces noyaux sont présents dans les proportions inaltérables de l’ équilibre radioactif de la filiation ²³⁸ U dans un rapport d’un atome de ²³⁴ U pour environ 18 500 noyaux de ²³⁸ U. Du fait de cet équilibre, ces deux les isotopes ( ²³⁸ U et ²³⁴ U) contribuent également à la radioactivité de l’uranium naturel.

Série Actinium

La série d’actinium est l’une des trois séries radioactives classiques commençant par l’ uranium 235 naturel . Cette chaîne de désintégration radioactive se compose de noyaux atomiques lourds instables qui se désintègrent à travers une séquence de désintégrations alpha et bêta jusqu’à ce qu’un noyau stable soit atteint. En cas de série d’actinium, le noyau stable est le plomb-207.

Comme la désintégration alpha représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission du noyau d’un atome d’hélium (qui contient quatre nucléons), il n’y a que quatre séries de désintégration. Dans chaque série, par conséquent, le nombre de masse des membres peut être exprimé comme quatre fois un entier approprié (n) plus la constante pour cette série. En conséquence, la série d’actinium est connue sous le nom de série 4n + 3 .

L’énergie totale libérée de l’uranium 235 au plomb 207, y compris l’énergie perdue par les neutrinos, est de 46,4 MeV.

En physique, une chaîne de désintégration radioactive est une séquence de noyaux atomiques instables et leurs modes de désintégration , ce qui conduit à un noyau stable. Les sources de ces noyaux instables sont différentes, mais la plupart des ingénieurs traitent des chaînes de désintégration radioactives naturelles appelées séries radioactives . Notez que, dans les réacteurs nucléaires , il existe de nombreux types de chaînes de désintégration de fragments de fission . Les fragments de fission sont très instables (radioactifs) et subissent d’autres désintégrations radioactives pour se stabiliser. Ces chaînes de désintégration «artificielles» n’appartiennent pas à la série radioactive naturelle.

Série radioactive – Cascade radioactive

Les séries radioactives (également appelées cascades radioactives) sont trois chaînes de désintégration radioactives naturelles  et une chaîne  de désintégration radioactive artificielle de noyaux atomiques lourds instables qui se désintègrent à travers une séquence de désintégrations alpha et bêta jusqu’à ce qu’un noyau stable soit atteint. La plupart des radio – isotopes ne se désintègrent pas directement à un état stable et tous les isotopes de la série se désintègrent de la même manière. En physique des désintégrations nucléaires, le noyau se désintégrant est généralement appelé noyau parent et le noyau restant après l’événement comme noyau fille . Puisque la désintégration alpha représente la désintégration d’unnoyau parent à une fille par l’émission du noyau d’un atome d’hélium (qui contient quatre nucléons), il n’y a que quatre séries de désintégration . Dans chaque série, par conséquent, le nombre de masse des membres peut être exprimé comme quatre fois un entier approprié (n) plus la constante pour cette série. En conséquence, la série du thorium est connue comme la série 4n, la série du neptunium comme la série 4n + 1, la série de l’uranium comme la série 4n + 2 et la série actinium comme la série 4n + 3.

Trois des ensembles sont appelés séries naturelles ou classiques. Le quatrième ensemble, la série neptunium, est dirigé par le neptunium-237. Ses membres sont produits artificiellement par des réactions nucléaires et ne se produisent pas naturellement.

• la série thorium (série 4n) ,
• la série uranium (séries 4n + 2) ,
• la série actinium (séries 4n + 3) ,
• la série neptunium (série 4n + 1) .

Les séries classiques sont dirigées par des noyaux instables primordiaux . Les nucléides primordiaux sont des nucléides trouvés sur la Terre qui ont existé sous leur forme actuelle avant la formation de la Terre. Les quatre séries précédentes sont constituées des radio-isotopes, qui sont les descendants de quatre noyaux lourds avec des demi-vies longues et très longues:

• la série thorium avec thorium-232 (avec une demi-vie de 14,0 milliards d’années),
• la série uranium avec de l’uranium-238 (qui vit pendant 4,47 milliards d’années),
• la série d’actinium avec l’uranium 235 (avec une demi-vie de 0,7 milliard d’années).
• la série neptunium avec le neptunium-237 (avec une demi-vie de 2 millions d’années).

Les demi-vies de tous les noyaux filles sont toutes extrêmement variables, et il est difficile de représenter une gamme d’échelles de temps allant de quelques secondes à des milliards d’années. Comme les radio-isotopes filles ont des demi-vies différentes, l’équilibre séculaire est atteint après un certain temps. Dans la longue chaîne de désintégration d’un élément naturellement radioactif, comme l’ uranium-238 , où tous les éléments de la chaîne sont en équilibre séculaire, chacun des descendants a accumulé une quantité d’équilibre et toute décomposition au taux fixé par le parent d’origine. Si et quand l’équilibre est atteint, chaque isotope fille successif est présent en proportion directe avec sa demi-vie. Depuis son activité est inversement proportionnelle à sa demi-vie, chaque nucléide de la chaîne de désintégration apporte finalement autant de transformations individuelles que la tête de chaîne.

Comme on peut le voir sur les figures, la ramification se produit dans les quatre séries radioactives. Cela signifie que la décomposition d’une espèce donnée peut se produire de plusieurs manières. Par exemple, dans la série du thorium, le bismuth-212 se désintègre en partie par émission bêta négative au polonium-212 et en partie par émission alpha au thallium-206.

La cascade radioactive influence de manière significative la radioactivité ( désintégrations par seconde) d’échantillons naturels et de matériaux naturels. Tous les descendants sont présents, au moins de façon transitoire, dans n’importe quel échantillon naturel, qu’il soit métallique, composé ou minéral. Par exemple, l’uranium 238 pur est faiblement radioactif (proportionnel à sa longue demi-vie), mais un minerai d’uranium est environ 13 fois plus radioactif que le métal uranium 238 pur en raison de ses isotopes filles (par exemple le radon, le radium, etc.) il contient. Non seulement les isotopes du radium instables sont d’importants émetteurs de radioactivité, mais en tant qu’étape suivante de la chaîne de désintégration, ils génèrent également du radon, un gaz radioactif naturel lourd et inerte. De plus, la chaleur de désintégration de l’uranium et de ses produits de désintégration (par exemple le radon, le radium, etc.) contribue au réchauffement du cœur de la Terre.

Types de décomposition

Au sein de chaque série radioactive, il existe deux principaux modes de désintégration radioactive:

• Radioactivité alpha . La désintégration alpha  représente la désintégration d’un  noyau parent  à une fille par l’émission du noyau d’un atome d’hélium. Les particules alpha se  composent de deux protons et de deux  neutrons  liés ensemble en une particule identique à un noyau d’hélium. En raison de sa très grande masse (plus de 7 000 fois la masse de la particule bêta) et de sa charge, il  ionise le  matériau lourd et a une  très courte portée .
• Radioactivité bêta . La désintégration bêta  ou  la désintégration β  représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission de la particule bêta. Les particules bêta sont des électrons ou des positons à haute énergie et à grande vitesse émis par certains types de noyaux radioactifs tels que le potassium-40. Les particules bêta ont une  plus grande plage  de pénétration que les particules alpha, mais encore beaucoup moins que les rayons gamma. Les particules bêta émises sont une forme de rayonnement ionisant également connu sous le nom de rayons bêta. La production de particules bêta est appelée désintégration bêta.

Série Thorium

La série du thorium est l’une des trois séries radioactives classiques commençant par le thorium-232 naturel . Cette chaîne de désintégration radioactive se compose de noyaux atomiques lourds instables qui se désintègrent à travers une séquence de désintégrations alpha et bêta jusqu’à ce qu’un noyau stable soit atteint. En cas de série thorium, le noyau stable est le plomb-208.

Comme la désintégration alpha représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission du noyau d’un atome d’hélium (qui contient quatre nucléons), il n’y a que quatre séries de désintégration. Dans chaque série, par conséquent, le nombre de masse des membres peut être exprimé comme quatre fois un entier approprié (n) plus la constante pour cette série. En conséquence, la série thorium est connue sous le nom de série 4n .

L’ énergie totale libérée du thorium 232 au plomb 208, y compris l’énergie perdue par les neutrinos , est de 42,6 MeV.

Série Neptunium

La série neptunium est une série radioactive commençant par le neptunium-237. Ses membres sont produits artificiellement par des réactions nucléaires et ne se produisent pas naturellement, car la demi-vie de l’isotope le plus long de la série est courte par rapport à l’âge de la Terre. Cette chaîne de désintégration radioactive se compose de noyaux atomiques lourds instables qui se désintègrent à travers une séquence de désintégrations alpha et bêta jusqu’à ce qu’un noyau stable soit atteint. En cas de série de neptunium, le noyau stable est le bismuth-209 (avec une demi-vie de 1,9E19 ans) et le thallium-205.

Comme la désintégration alpha représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission du noyau d’un atome d’hélium (qui contient quatre nucléons), il n’y a que quatre séries de désintégration. Dans chaque série, par conséquent, le nombre de masse des membres peut être exprimé comme quatre fois un entier approprié (n) plus la constante pour cette série. En conséquence, la série neptunium est connue sous le nom de série 4n + 1 .

L’ énergie totale libérée du neptunium-237 au thallium-205, y compris l’énergie perdue par les neutrinos , est de 50,0 MeV.

Dans certains types de détecteurs de fumée, vous pouvez rencontrer des radionucléides de cette série. Les détecteurs de fumée à ionisation utilisent généralement un radio-isotope, généralement de l’ américium-241 , pour ioniser l’air et détecter la fumée. Dans ce cas, l’américium-241 se désintègre en neptunium-237 et fait en fait partie de la série des neptunium.

Uranium Series

La série de l’uranium , également connue sous le nom de série du radium, est l’une des trois séries radioactives classiques commençant par l’ uranium 238 naturel . Cette chaîne de désintégration radioactive se compose de noyaux atomiques lourds instables qui se désintègrent à travers une séquence de désintégrations alpha et bêta jusqu’à ce qu’un noyau stable soit atteint. Dans le cas des séries d’uranium, le noyau stable est le plomb-206.

Comme la désintégration alpha représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission du noyau d’un atome d’hélium (qui contient quatre nucléons), il n’y a que quatre séries de désintégration. Dans chaque série, par conséquent, le nombre de masse des membres peut être exprimé comme quatre fois un entier approprié (n) plus la constante pour cette série. En conséquence, la série d’uranium est connue sous le nom de série 4n + 2 .

L’ énergie totale libérée de l’uranium-238 en plomb-206, y compris l’énergie perdue par les neutrinos , est de 51,7 MeV.

Uranium Series et Uranium-234

L’isotope de l’ uranium-234 fait partie de cette série. Cet isotope a une demi-vie de seulement 2,46 × 10 ⁵ ans et n’appartient donc pas aux nucléides primordiaux (contrairement à ²³⁵ U et ²³⁸ U ). D’autre part, cet isotope est encore présent dans la croûte terrestre, mais cela est dû au fait ²³⁴ U est un produit de désintégration indirecte de ²³⁸ U . ²³⁸ U se désintègre via la désintégration alpha en ²³⁴ U. ²³⁴U se désintègre via la désintégration alpha en 230Th, sauf une très petite fraction (de l’ordre de ppm) de noyaux qui se désintègre par fission spontanée.

Dans un échantillon naturel d’uranium, ces noyaux sont présents dans les proportions inaltérables de l’ équilibre radioactif de la filiation ²³⁸ U dans un rapport d’un atome de ²³⁴ U pour environ 18 500 noyaux de ²³⁸ U. Du fait de cet équilibre, ces deux les isotopes ( ²³⁸ U et ²³⁴ U) contribuent également à la radioactivité de l’uranium naturel.

Série Actinium

La série d’actinium est l’une des trois séries radioactives classiques commençant par l’ uranium 235 naturel . Cette chaîne de désintégration radioactive se compose de noyaux atomiques lourds instables qui se désintègrent à travers une séquence de désintégrations alpha et bêta jusqu’à ce qu’un noyau stable soit atteint. En cas de série d’actinium, le noyau stable est le plomb-207.

Comme la désintégration alpha représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission du noyau d’un atome d’hélium (qui contient quatre nucléons), il n’y a que quatre séries de désintégration. Dans chaque série, par conséquent, le nombre de masse des membres peut être exprimé comme quatre fois un entier approprié (n) plus la constante pour cette série. En conséquence, la série d’actinium est connue sous le nom de série 4n + 3 .

L’énergie totale libérée de l’uranium 235 au plomb 207, y compris l’énergie perdue par les neutrinos, est de 46,4 MeV.

Les rayons X , également connus sous le nom de rayonnement X , se réfèrent au rayonnement électromagnétique (pas de masse au repos, pas de charge) des hautes énergies. Les rayons X sont des photons de haute énergie avec des longueurs d’onde courtes et donc des fréquences très élevées. La fréquence de rayonnement est un paramètre clé de tous les photons, car elle détermine l’énergie d’un photon. Les photons sont classés en fonction des énergies des ondes radioélectriques de faible énergie et du rayonnement infrarouge, à travers la lumière visible, aux rayons X à haute énergie et aux rayons gamma .

La plupart des rayons X ont une longueur d’onde allant de 0,01 à 10 nanomètres (3 × 10 ¹⁶ Hz à 3 × 10 ¹⁹ Hz), correspondant à des énergies comprises entre 100 eV et 100 keV. Les longueurs d’onde des rayons X sont plus courtes que celles des rayons UV et généralement plus longues que celles des rayons gamma. La distinction entre les rayons X et les rayons gamma n’est pas si simple et a changé au cours des dernières décennies. Selon la définition actuellement valable, les rayons X sont émis par des électrons à l’extérieur du noyau, tandis que les rayons gamma sont émis par le noyau .

Demi couche de valeur

La couche à demi-valeur exprime l’épaisseur du matériau absorbant nécessaire pour réduire l’intensité du rayonnement incident d’un facteur deux . Il existe deux caractéristiques principales de la couche de demi-valeur:

• La couche de demi-valeur diminue à mesure que le numéro atomique de l’absorbeur augmente. Par exemple, 35 m d’air sont nécessaires pour réduire l’intensité d’un faisceau de rayons X de 100 keV par un facteur de deux alors que seulement 0,12 mm de plomb peut faire la même chose.
• La couche de demi-valeur pour tous les matériaux augmente avec l’énergie des rayons X. Par exemple, de 0,26 cm pour le fer à 100 keV à environ 0,64 cm à 200 keV.

Demi-couche de valeur – Exemple:

De quelle quantité d’eau avez-vous besoin pour réduire l’intensité d’un faisceau de rayons X monoénergétique de 100 keV ( faisceau étroit ) à 1% de son intensité incidente? La couche de demi-valeur pour les rayons X à 100 keV dans l’eau est de 4,15 cm et le coefficient d’atténuation linéaire pour les rayons X à 100 keV dans l’eau est de 0,167 cm ^-1 . Le problème est assez simple et peut être décrit par l’équation suivante:

Si la couche de demi-valeur pour l’eau est de 4,15 cm, le coefficient d’atténuation linéaire est:

Les rayons X , également connus sous le nom de rayonnement X , se réfèrent au rayonnement électromagnétique (pas de masse au repos, pas de charge) des hautes énergies. Les rayons X sont des photons de haute énergie avec des longueurs d’onde courtes et donc des fréquences très élevées. La fréquence de rayonnement est un paramètre clé de tous les photons, car elle détermine l’énergie d’un photon. Les photons sont classés en fonction des énergies des ondes radioélectriques de faible énergie et du rayonnement infrarouge, à travers la lumière visible, aux rayons X à haute énergie et aux rayons gamma .

La plupart des rayons X ont une longueur d’onde allant de 0,01 à 10 nanomètres (3 × 10 ¹⁶ Hz à 3 × 10 ¹⁹ Hz), correspondant à des énergies comprises entre 100 eV et 100 keV. Les longueurs d’onde des rayons X sont plus courtes que celles des rayons UV et généralement plus longues que celles des rayons gamma. La distinction entre les rayons X et les rayons gamma n’est pas si simple et a changé au cours des dernières décennies. Selon la définition actuellement valable, les rayons X sont émis par des électrons à l’extérieur du noyau, tandis que les rayons gamma sont émis par le noyau .

Coefficient d’atténuation linéaire – rayons X

L’atténuation des rayons X peut alors être décrite par l’équation suivante.

I = I ₀ .e ^-μx

, où I est l’intensité après atténuation, I _o est l’intensité incidente, μ est le coefficient d’atténuation linéaire (cm ^-1 ) et l’épaisseur physique de l’absorbeur (cm).

Les matériaux répertoriés dans le tableau sont l’air, l’eau et différents éléments du carbone ( Z = 6) au plomb ( Z = 82) et leurs coefficients d’atténuation linéaires sont donnés pour deux énergies de rayons X. Il existe deux caractéristiques principales du coefficient d’atténuation linéaire:

• Le coefficient d’atténuation linéaire augmente à mesure que le numéro atomique de l’absorbeur augmente.
• Le coefficient d’atténuation linéaire pour tous les matériaux diminue avec l’énergie des rayons X.

Coefficient d’atténuation de masse

Rayleigh Scattering – Thomson Scattering

La diffusion Rayleigh , également connue sous le nom de diffusion Thomson, est la limite de faible énergie de la diffusion Compton. L’énergie cinétique des particules et la fréquence des photons ne changent pas en raison de la diffusion. La diffusion de Rayleigh se produit à la suite d’une interaction entre un photon entrant et un électron, dont l’énergie de liaison est nettement supérieure à celle du photon entrant. Le rayonnement incident est supposé mettre l’électron en oscillation de résonance forcée de sorte que l’électron réémet un rayonnement de la même fréquence mais dans toutes les directions. Dans ce cas, le champ électrique de l’onde incidente (photon) accélère la particule chargée, ce qui, à son tour, émet un rayonnement à la même fréquence que l’onde incidente, et donc l’onde est diffusée. La diffusion de Rayleigh est significative jusqu’à ≈ 20keV et, comme la diffusion de Thomson, elle est élastique. La section efficace de diffusion totale devient une combinaison des sections efficaces de diffusion liées à Rayleigh et Compton. La diffusion de Thomson est un phénomène important en physique des plasmas et a d’abord été expliqué par le physicien JJ Thomson. Cette interaction a une grande importance dans le domaine de la cristallographie aux rayons X.

Interaction des rayons X avec la matière

Bien qu’un grand nombre d’interactions possibles soient connues, il existe trois mécanismes d’interaction clés avec la matière. La force de ces interactions dépend de l’ énergie des rayons X et de la composition élémentaire du matériau, mais pas beaucoup des propriétés chimiques, car l’énergie photonique des rayons X est beaucoup plus élevée que les énergies de liaison chimique. L’absorption photoélectrique domine aux basses énergies de rayons X, tandis que la diffusion Compton domine aux énergies plus élevées.

• Absorption photoélectrique
• Diffusion de Compton
• Diffusion de Rayleigh

Diffusion Compton des rayons X

La formule Compton a été publiée en 1923 dans la Physical Review. Compton a expliqué que le déplacement des rayons X est provoqué par une impulsion de type particules de photons . La formule de diffusion Compton est la relation mathématique entre le changement de longueur d’onde et l’angle de diffusion des rayons X. Dans le cas de la diffusion Compton, le photon de fréquence  f  entre en collision avec un électron au repos. Lors de la collision, le photon rebondit sur l’électron, abandonnant une partie de son énergie initiale (donnée par la formule de Planck E = hf). Alors que l’électron prend de l’élan (masse x vitesse), le  photon ne peut pas réduire sa vitesse. En raison de la loi de conservation de l’impulsion, le photon doit réduire son impulsion donnée par:

La diminution de la quantité de mouvement des photons doit donc se traduire par une  diminution de la fréquence  (augmentation de la longueur d’onde Δ λ = λ ‘- λ ). Le décalage de la longueur d’onde augmente avec l’angle de diffusion selon  la formule de Compton :

où λ  est la longueur d’onde initiale du photon λ ‘  est la longueur d’onde après diffusion, h  est la constante de Planck = 6,626 x 10 ^-34  Js, m _e  est la masse de repos des électrons (0,511 MeV) c  est la vitesse de la lumière Θ  est la diffusion angle. Le changement minimal de longueur d’onde ( λ ′  –  λ ) pour le photon se produit lorsque Θ = 0 ° (cos (Θ) = 1) et est au moins nul. La variation maximale de longueur d’onde ( λ ′  –  λ) pour le photon se produit lorsque Θ = 180 ° (cos (Θ) = – 1). Dans ce cas, le photon transfère à l’électron autant de mouvement que possible. Le changement maximal de longueur d’onde peut être dérivé de la formule de Compton:

La quantité h / m _e c est appelée  longueur  d’ onde Compton de l’électron et est égale à  2,43 × 10 ⁻¹² m .

Interaction des rayons X avec la matière

Bien qu’un grand nombre d’interactions possibles soient connues, il existe trois mécanismes d’interaction clés avec la matière. La force de ces interactions dépend de l’ énergie des rayons X et de la composition élémentaire du matériau, mais pas beaucoup des propriétés chimiques, car l’énergie photonique des rayons X est beaucoup plus élevée que les énergies de liaison chimique. L’absorption photoélectrique domine aux faibles énergies des rayons X, tandis que la diffusion Compton domine aux énergies plus élevées.

• Absorption photoélectrique
• Diffusion de Compton
• Diffusion de Rayleigh

Absorption photoélectrique des rayons X

Dans l’effet photoélectrique, un photon subit une interaction avec un électron qui est lié dans un atome. Dans cette interaction, le photon incident disparaît complètement et un photoélectron énergétique est éjecté par l’atome de l’un de ses coques liées . L’énergie cinétique du photoélectron éjecté (E _e ) est égale à l’énergie photonique incidente (hν) moins l’ énergie de liaison du photoélectron dans sa coque d’origine (E _b ).

E _e = hν-E _b

Par conséquent, les photoélectrons ne sont émis par l’effet photoélectrique que si le photon atteint ou dépasse une énergie de seuil – l’énergie de liaison de l’électron – la fonction de travail du matériau. Pour les rayons X très élevés avec des énergies de plus de centaines de keV, le photoélectron emporte la majorité de l’énergie photonique incidente – hν.

Aux petites valeurs de l’énergie des rayons gamma, l’effet photoélectrique domine . Le mécanisme est également amélioré pour les matériaux de numéro atomique élevé Z. Il n’est pas simple de dériver l’expression analytique de la probabilité d’absorption photoélectrique des rayons gamma par atome sur toutes les gammes d’énergies de rayons gamma. La probabilité d’absorption photoélectrique par unité de masse est approximativement proportionnelle à:

τ _{(photoélectrique)} = constante x Z ^N / E ^3,5

où Z est le numéro atomique, l’exposant n varie entre 4 et 5. E est l’énergie du photon incident. La proportionnalité aux puissances supérieures du nombre atomique Z est la principale raison de l’utilisation de matériaux à haute teneur en Z, tels que le plomb ou l’uranium appauvri dans les écrans de rayons gamma.

Bien que la probabilité de l’absorption photoélectrique des photons diminue, en général, avec l’augmentation de l’énergie des photons, il y a de fortes discontinuités dans la courbe de section transversale. Celles-ci sont appelées «bords d’absoption»et ils correspondent aux énergies de liaison des électrons des coquilles liées à l’atome. Pour les photons avec l’énergie juste au-dessus du bord, l’énergie des photons est juste suffisante pour subir l’interaction photoélectrique avec l’électron de la coquille liée, disons K-shell. La probabilité d’une telle interaction est juste au-dessus de ce bord beaucoup plus grande que celle des photons d’énergie légèrement en dessous de ce bord. Pour les photons en dessous de ce bord, l’interaction avec l’électron de la coquille K est énergétiquement impossible et donc la probabilité chute brusquement. Ces arêtes se produisent également aux énergies de liaison des électrons d’autres coquilles (L, M, N… ..).

Interaction des rayons X avec la matière

Bien qu’un grand nombre d’interactions possibles soient connues, il existe trois mécanismes d’interaction clés avec la matière. La force de ces interactions dépend de l’ énergie des rayons X et de la composition élémentaire du matériau, mais pas beaucoup des propriétés chimiques, car l’énergie photonique des rayons X est beaucoup plus élevée que les énergies de liaison chimique. L’absorption photoélectrique domine aux faibles énergies des rayons X, tandis que la diffusion Compton domine aux énergies plus élevées.

• Absorption photoélectrique
• Diffusion de Compton
• Diffusion de Rayleigh

Les rayons X , également connus sous le nom de rayonnement X , se réfèrent au rayonnement électromagnétique (pas de masse au repos, pas de charge) des hautes énergies. Les rayons X sont des photons de haute énergie avec des longueurs d’onde courtes et donc des fréquences très élevées. La fréquence de rayonnement est un paramètre clé de tous les photons, car elle détermine l’énergie d’un photon. Les photons sont classés en fonction des énergies des ondes radioélectriques de faible énergie et du rayonnement infrarouge, à travers la lumière visible, aux rayons X à haute énergie et aux rayons gamma .

La plupart des rayons X ont une longueur d’onde allant de 0,01 à 10 nanomètres (3 × 10 ¹⁶ Hz à 3 × 10 ¹⁹ Hz), correspondant à des énergies comprises entre 100 eV et 100 keV. Les longueurs d’onde des rayons X sont plus courtes que celles des rayons UV et généralement plus longues que celles des rayons gamma.

Spectre de rayons X – caractéristique et continu

Pour les rayons X générés par un tube à rayons X, la partie de l’énergie qui est transformée en rayonnement varie de zéro à l’énergie maximale de l’électron lorsqu’il frappe l’anode. L’énergie maximale du photon de rayons X produit est limitée par l’énergie de l’électron incident, qui est égale à la tension sur le tube multipliée par la charge d’électrons, de sorte qu’un tube de 100 kV ne peut pas créer de rayons X avec une énergie supérieure à 100 keV. Lorsque les électrons atteignent la cible, les rayons X sont créés par deux processus atomiques différents:

• Bremsstrahlung . Le bremsstrahlung est un rayonnement électromagnétique produit par l’accélération ou la décélération d’un électron lorsqu’il est dévié par de forts champs électromagnétiques de noyaux cibles à Z élevé (nombre de protons). Le nom bremsstrahlung vient de l’allemand. La traduction littérale est «rayonnement de freinage» . D’après la théorie classique, lorsqu’une particule chargée est accélérée ou décélérée, elle doit rayonner de l’énergie. Le bremsstrahlung est l’une des interactions possibles des particules chargées de lumière avec la matière (en particulier avec des nombres atomiques élevés). Ces rayons X ont un spectre continu. L’intensité des rayons X augmente linéairement avec une fréquence décroissante, à partir de zéro à l’énergie des électrons incidents, la tension sur le tube à rayons X. Changer le matériau à partir duquel la cible dans le tube est faite n’a aucun effet sur le spectre de ce rayonnement continu. Si nous devions passer d’une cible en molybdène à une cible en cuivre, par exemple, toutes les caractéristiques du spectre des rayons X changeraient, à l’exception de la longueur d’onde de coupure.
• Emission caractéristique de rayons X. Si l’électron a suffisamment d’énergie, il peut faire sortir un électron orbital de la coquille électronique interne d’un atome de métal. Étant donné que le processus laisse une vacance dans le niveau d’énergie électronique d’où provient l’électron, les électrons externes de l’atome descendent pour remplir les niveaux atomiques inférieurs, et un ou plusieurs rayons X caractéristiques sont généralement émis. En conséquence, des pics d’intensité nets apparaissent dans le spectre à des longueurs d’onde qui sont une caractéristique du matériau à partir duquel la cible anodique est fabriquée. Les fréquences des rayons X caractéristiques peuvent être prédites à partir du modèle de Bohr.

Le kerma est une mesure de l’énergie cinétique transférée du rayonnement à la matière. Il est un acronyme pour « k inetic e Nergy r eleased par unité ma ss ». Kerma reçoit le symbole K et il est mesuré par l’unité SI, le gris . Cette unité a été nommée en l’honneur de  Louis Harold Gray , qui fut l’un des grands pionniers de la radiobiologie. Le kerma est défini par la formule:

Kerma est lié à la dose absorbée , mais pas de la même manière . La dose absorbée est définie comme la quantité d’énergie déposée par les rayonnements ionisants dans une substance. Le kerma est défini comme la somme des énergies cinétiques initiales de toutes les particules chargées libérées par le rayonnement ionisant non chargé dans une substance. Aux basses énergies, le kerma est approximativement égal à la dose absorbée, car la plupart des énergies cinétiques initiales de toutes les particules chargées déposent leur énergie dans l’échantillon. Aux énergies plus élevées, le kerma est plus grand que la dose absorbée car certains électrons secondaires et rayons X hautement énergétiques s’échappentla région d’intérêt avant de déposer leur énergie. L’énergie qui s’échappe est comptée en kerma, mais pas en dose absorbée. Notez qu’il existe trois principaux mécanismes d’interaction des rayons gamma avec la matière.

• Effet photoélectrique
• Diffusion de Compton
• Production de paires

Le kerma  mesuré dans l’industrie (à l’exception de la médecine nucléaire) a souvent des doses inférieures à un gris, et les multiples suivants sont souvent utilisés:

1 mGy (milligray) = 1E-3 Gy

1 µGy (microgray) = 1E-6 Gy