Qu’est-ce que l’effet photoélectrique – Définition

Dans l’effet photoélectrique, un photon subit une interaction avec un électron qui est lié dans un atome. L’effet photoélectrique domine aux basses énergies des rayons gamma. Dosimétrie des rayonnements

Effet photoélectrique

  • L’effet photoélectrique domine aux basses énergies des rayons gamma .
  • L’effet photoélectrique conduit à l’émission de photoélectrons de la matière lorsque la lumière ( photons ) brille sur eux.
  • L’énergie maximale qu’un électron peut recevoir dans n’importe quelle interaction est  .
  • Les électrons ne sont émis par l’effet photoélectrique que si le photon atteint ou dépasse une énergie seuil .
  • Un électron libre (provenant par exemple d’un nuage atomique) ne peut pas absorber la totalité de l’énergie du photon incident. Ceci est le résultat de la nécessité de conserver à la fois l’élan et l’énergie.
  • La section efficace pour l’émission de n = 1 (K-shell) photoélectrons est plus élevée que celle de n = 2 (L-shell) photoélectrons. Ceci est le résultat de la nécessité de conserver l’élan et l’énergie.

Définition de l’effet photoélectrique

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 = 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 gamma avec des énergies de plus de centaines de keV, le photoélectron emporte la majorité de l’énergie des photons incidents – h.Après une interaction photoélectrique, un atome d’absorbeur ionisé est créé avec une vacance dans l’un de ses coques liées. Cette vacance sera rapidement comblée par un électron d’une coquille avec une énergie de liaison plus faible (autres coquilles) ou par la capture d’un électron libre du matériau. Le réarrangement des électrons des autres coquilles crée une autre vacance, qui, à son tour, est remplie par un électron d’une coquille d’énergie de liaison encore plus faible. Par conséquent, une cascade de rayons X plus caractéristiques peut également être générée. La probabilité d’émission caractéristique de rayons X diminue à mesure que le numéro atomique de l’absorbeur diminue. Parfois, l’émission d’un électron Auger se produit.

Effet photoélectrique avec photons du spectre visible sur plaque de potassium - énergie de seuil - 2eV
Effet photoélectrique avec photons du spectre visible sur plaque de potassium – énergie de seuil – 2eV
Absorption gamma par un atome.  Source: laradioactivite.com/
Absorption gamma par un atome.
Source: laradioactivite.com/

Coupes transversales de l’effet photoélectrique

Aux petites valeurs de l’énergie des rayons gamma, l’effet photoélectrique domine . Le mécanisme est également amélioré pour les matériaux de numéro atomique Z élevé. 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 à des puissances supérieures du nombre atomique Z est la principale raison de l’utilisation de matériaux à teneur élevée en Z, tels que le plomb ou l’uranium appauvri dans les écrans de rayons gamma.Bien que la probabilité de l’absorption photoélectrique du photon gamma diminue, en général, avec l’augmentation du photon l’énergie, il y a de fortes discontinuités dans la courbe de section. 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 coque liée, disons K-shell. La probabilité d’une telle interaction est juste au-dessus de ce bord bien supérieure à celle des photons d’énergie légèrement en dessous de ce bord. Pour les photons gamma 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… ..).

Coupe transversale de l'effet photoélectrique.Coupe transversale de l’effet photoélectrique.

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