Qu’est-ce que le rayonnement alpha – Définition

Le rayonnement alpha est constitué de particules alpha, qui sont des noyaux énergétiques d’hélium. La production de rayonnement alpha est appelée désintégration alpha. Le blindage du rayonnement alpha ne pose pas de problème difficile. Dosimétrie des rayonnements

Formes de rayonnement ionisant

Interaction du rayonnement avec la matière
Interaction du rayonnement avec la matière

Les rayonnements ionisants sont classés selon la nature des particules ou des ondes électromagnétiques qui créent l’effet ionisant. Ces particules / ondes ont des mécanismes d’ionisation différents et peuvent être regroupées comme:

  • Directement ionisant . Les particules chargées ( noyaux atomiques, électrons, positrons, protons, muons, etc. ) peuvent ioniser les atomes directement par interaction fondamentale à travers la force de Coulomb si elle transporte suffisamment d’énergie cinétique. Ces particules doivent se déplacer à des vitesses relativistes pour atteindre l’énergie cinétique requise. Même les photons (rayons gamma et rayons X) peuvent ioniser les atomes directement (bien qu’ils soient électriquement neutres) grâce à l’effet photoélectrique et à l’effet Compton, mais l’ionisation secondaire (indirecte) est beaucoup plus importante.
    • Rayonnement alpha . Le rayonnement alpha se compose de particules alpha à haute énergie / vitesse. La production de particules alpha est appelée désintégration alpha. Les particules alpha se composent de deux protons et de deux neutrons liés ensemble en une particule identique à un noyau d’hélium. Les particules alpha sont relativement grandes et portent une double charge positive. Ils ne sont pas très pénétrants et un morceau de papier peut les arrêter. Ils ne parcourent que quelques centimètres mais déposent toutes leurs énergies le long de leurs courts trajets.
    • Rayonnement bêta . Le rayonnement bêta se compose d’électrons libres ou de positrons à des vitesses relativistes. Les particules bêta (électrons) sont beaucoup plus petites que les particules alpha. Ils portent une seule charge négative. Ils sont plus pénétrants que les particules alpha, mais un mince métal d’aluminium peut les arrêter. Ils peuvent parcourir plusieurs mètres mais déposent moins d’énergie à n’importe quel point de leur trajet que les particules alpha.
  • Ionisant indirectement . Les rayonnements ionisants indirects sont des particules électriquement neutres et n’interagissent donc pas fortement avec la matière. La majeure partie des effets d’ionisation sont dus aux ionisations secondaires.
    • Rayonnement photonique ( rayons gamma ou rayons X). Le rayonnement photonique est constitué de photons de haute énergie . Ces photons sont des particules / ondes (dualité onde-particule) sans masse au repos ni charge électrique. Ils peuvent parcourir 10 mètres ou plus dans les airs. Il s’agit d’une longue distance par rapport aux particules alpha ou bêta. Cependant, les rayons gamma déposent moins d’énergie le long de leurs trajectoires. Le plomb, l’eau et le béton arrêtent le rayonnement gamma. Les photons (rayons gamma et rayons X) peuvent ioniser les atomes directement par l’effet photoélectrique et l’effet Compton, où l’électron relativement énergétique est produit. L’électron secondaire continuera à produire de multiples événements d’ ionisation , donc l’ionisation secondaire (indirecte) est beaucoup plus importante.
    • Rayonnement neutronique . Le rayonnement neutronique se compose de neutrons libres à toutes les énergies / vitesses. Les neutrons peuvent être émis par fission nucléaire ou par désintégration de certains atomes radioactifs. Les neutrons ont une charge électrique nulle et ne peuvent pas provoquer directement l’ionisation. Les neutrons n’ionisent la matière qu’indirectement . Par exemple, lorsque les neutrons frappent les noyaux d’hydrogène, il en résulte un rayonnement protonique (protons rapides). Les neutrons peuvent aller des particules à haute vitesse et haute énergie aux particules à basse vitesse et basse énergie (appelées neutrons thermiques). Les neutrons peuvent parcourir des centaines de mètres dans l’air sans aucune interaction.

Rayonnement alpha

Le rayonnement alpha est  constitué de particules alpha , qui sont des noyaux énergétiques d’hélium . La production de particules alpha est appelée désintégration alpha. Les particules alpha se composent de deux protons et de deux neutrons liés ensemble en une particule identique à un noyau d’hélium. Les particules alpha sont relativement grandes et portent une double charge positive.

Les principales caractéristiques des particules alpha sont résumées en quelques points suivants:

  • Les particules alpha sont des noyaux énergétiques d’hélium et elles sont relativement lourdes et portent une double charge positive .
  • Les particules alpha typiques ont une énergie cinétique d’environ 5 MeV. Cela est dû à la nature de la désintégration alpha.
  • La désintégration alpha pure est très rare, la désintégration alpha est fréquemment accompagnée d’un rayonnement gamma .
  • Les particules alpha interagissent avec la matière principalement par les forces coulombiennes  (ionisation et excitation de la matière) entre leur charge positive et la charge négative des électrons des orbitales atomiques.
  • Les particules alpha ionisent fortement la matière et perdent rapidement leur énergie cinétique. Les particules alpha ont donc des portées très courtes . D’un autre côté, ils déposent toutes leurs énergies le long de leurs courts trajets.
  • Par exemple, les plages d’une particule alpha de 5 MeV (la plupart ont une telle énergie initiale) ne sont que d’environ 0,002 cm en alliage d’aluminium ou environ 3,5 cm dans l’air.
  • Le pouvoir d’arrêt est bien décrit par la formule de Bethe .
  • La courbe de Bragg est typique pour les particules alpha et pour d’autres particules chargées lourdes et décrit la perte d’énergie des rayonnements ionisants pendant le voyage à travers la matière.
Alpha Particle - Cloud Chamber
Particules alpha et électrons (déviés par un champ magnétique) d’une tige de thorium dans une chambre nuageuse.
Source: wikipedia.org

Blindage des rayonnements alpha et bêta

Matériaux de base pour le blindage des particules alpha.

Le pouvoir d’arrêt de la plupart des matériaux est très élevé pour les particules alpha et pour les particules lourdes chargées. Les particules alpha ont donc des portées très courtes . Par exemple, les plages d’une particule alpha de 5 MeV (la plupart ont une telle énergie initiale) ne sont que d’environ 0,002 cm en alliage d’aluminium ou environ 3,5 cm dans l’air. La plupart des particules alpha peuvent être arrêtées par une  fine feuille de papier. Même les cellules mortes dans la couche externe de la peau humaine fournissent un blindage adéquat car les particules alpha ne peuvent pas y pénétrer. Voir aussi: Interaction des particules lourdes chargées avec la matière

Blindage du rayonnement alpha

Le blindage du rayonnement alpha seul ne pose pas de problème difficile. En revanche, les nucléides radioactifs alpha peuvent entraîner de graves risques pour la santé lorsqu’ils sont ingérés ou inhalés (contamination interne). Lorsqu’elles sont ingérées ou inhalées, les particules alpha issues de leur désintégration endommagent considérablement les tissus vivants internes. De plus, le rayonnement alpha pur est très rare, la désintégration alpha est souvent accompagnée d’un rayonnement gamma dont le blindage est un autre problème.

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