Rayonnement continu de freinage – Bremsstrahlung

Le rayonnement continu de freinage ou bremsstrahlung est un rayonnement électromagnétique produit par l’accélération ou la décélération d’une particule chargée lorsqu’elle est déviée par des champs magnétiques ou une autre particule chargée. Dosimétrie des rayonnements

Rayonnement continu de freinage – Bremsstrahlung

Bremsstrahlung
Lorsqu’un électron est accéléré ou décéléré, il émet un rayonnement et perd ainsi de l’énergie et ralentit. Ce rayonnement de décélération est connu sous le nom de bremsstrahlung.

Le rayonnement continu de freinage ou bremsstrahlung est un rayonnement électromagnétique produit par l’accélération ou la décélération d’une particule chargée lorsqu’elle est déviée par des champs magnétiques (un électron par le champ magnétique d’un accélérateur de particules) ou une autre particule chargée (un électron par un noyau atomique). 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 ).

Les deux occurrences les plus courantes de bremsstrahlung sont les suivantes:

  • Décélération de la particule chargée. Lorsque des particules chargées pénètrent dans un matériau, elles sont ralenties par le champ électrique des noyaux atomiques et des électrons atomiques.
  • Accélération des particules chargées. Lorsque des particules chargées ultra-relativistes se déplacent à travers des champs magnétiques, elles sont obligées de se déplacer le long d’un chemin incurvé. Comme leur direction de mouvement change continuellement, ils accélèrent également et émettent donc des bremsstrahlung, dans ce cas, ils sont appelés rayonnement synchrotron .
Bremsstrahlung contre ionisation
Perte d’énergie fractionnelle par longueur de rayonnement dans le plomb en
fonction de l’énergie des électrons ou des positons. Source: http://pdg.lbl.gov/

Étant donné que le bremsstrahlung est beaucoup plus fort pour les particules plus légères, cet effet est beaucoup plus important pour les particules bêta que pour les protons, les particules alpha et les noyaux chargés lourds ( fragments de fission ). Cet effet peut être négligé à des énergies de particules inférieures à environ 1 MeV , car la perte d’énergie due à la bremsstrahlung est très faible. La perte de rayonnement ne devient importante qu’à des énergies de particules bien supérieures à l’énergie d’ionisation minimale. Aux énergies relativistes, le rapport du taux de perte par bremsstrahlung au taux de perte par ionisation est approximativement proportionnel au produit de l’énergie cinétique de la particule et au numéro atomique de l’absorbeur.

La section transversale de bremsstrahlung dépend principalement de ces termes:

Formule de section transversale de Bremsstrahlung

Ainsi, le rapport des puissances d’arrêt des bremsstrahlung et des pertes d’ionisation est:

Bremsstrahlung à l'ionisation perd le rapport

, où E est l’énergie cinétique de la particule (électron), Z est le numéro atomique moyen du matériau et E ‘est une constante de proportionnalité; E ‘≈ 800 MeV . L’énergie cinétique à laquelle la perte d’énergie par bremsstrahlung est égale à la perte d’énergie par ionisation et excitation (pertes par collision) est appelée énergie critique . Un autre paramètre est la longueur de rayonnement , définie comme la distance sur laquelle l’énergie de l’électron incident est réduite d’un facteur 1 / e (0,37) en raison des seules pertes de rayonnement. Le tableau suivant donne quelques valeurs typiques:

Tableau des énergies critiques et des longueurs de rayonnement

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