Interaction des photons et des électrons avec matière

Interaction des photons et des électrons
avec matière

Classification des rayonnements 

Les rayonnements peuvent être classés selon leurs natures et leurs effets sur la matière comme suite : 

1. Classification des rayonnements selon leurs natures Selon leurs natures ; les rayonnements peuvent être classés en deux catégories différentes :  Rayonnements particulaires formés d’un flux de particules possédant une masse au repos : – Chargées : électrons, positons, protons. – Neutre : neutron.  Rayonnements électromagnétiques: flux de photons. 
2. Classification des rayonnements selon leurs effets sur la matiére Une autre classification, fondée sur les effets des interactions des rayonnements sur la matière conduit à distinguer :  Rayonnements ionisants : des rayonnements sont dit ionisants quand ils sont susceptibles d’arracher des électrons à la matière. on distingue deux types : – Des rayonnements directement ionisants (proton, électron…). – Des rayonnements indirectement ionisant (neutron, photon…).  Rayonnements non ionisants : contrairement au rayonnement ionisant, l’énergie des rayonnements insuffisante pour troubler l’édifice électronique d’un atome.

Section efficace d’interaction

 La section efficace d’interaction (σ) caractérise la probabilité que se produise une interaction d’un type déterminé entre une particule incidente et une particule cible. Elle dépend de l’énergie de la particule incidente et de la nature de la particule cible. La Section efficace est proportionnelle au taux d’interaction. L’unité utilisée est le barn (10 ) [2]. S’il y a plusieurs types d’interaction élémentaire alors la section efficace totale (Microscopique) s’écrit σ : σ = ∑ σ (I.1) Où : σ est la section efficace de l’interaction de type i. La section efficace macroscopique σ (unité ) caractérise l’interaction d’un nombre de particules et un système de particule cible

Interaction des photons et des électrons avec la matière

Interaction des photons avec la matière

 Les photons sont des rayonnements électromagnétiques sans masse en repos et très pénétrants dans la matière ; Chaque photon a une certaine probabilité d’interagir avec les électrons ou le noyau.les interactions qui peuvent avoir lieu sont l’effet photoélectrique, effet Compton, création de paires et diffusion Rayleigh: a. L’effet photoélectrique L’effet photoélectrique est l’émission par un matériau d’un électron se trouvant sur un atome qu’il constitue. Ce phénomène survient lorsque cet électron est exposé à la lumière ou à un rayonnement électromagnétique d’énergie E = h 4 avec E >E5 . 65 : est l’énergie de liaison de l’électron. Cet électron est ensuite éjecté avec une énergie cinétique. (I.6) L’électron éjecté perd alors son énergie par phénomène d’ionisation du milieu et une réorganisation du cortège électronique aura lieu pour combler la lacune sur la couche d’où l’électron a été expulsé.Il en résulte essentiellement la réémission d’un photon de fluorescence, ainsi que la possibilité d’expulser un autre électron d’une couche encore plus périphérique qu’on appelle électron Auger [4].

Effet Compton 

L’effet Compton est le nom donné par les physiciens à la collision d’un photon et d’un électron : le photon rebondit sur un électron cible et perd de l’énergie alors que l’’électron est mis en mouvement. Ces collisions produisent en sortie les mêmes particules que les particules mises en jeu dans l’effet Compton, et entrent en compétition avec l’effet photoélectrique lors de la traversée de la matière par des gammas. L’effet Compton contribue à l’atténuation du rayonnement gamma[4].

Création de paire (ou matérialisation)

Dans le champ électrique intense qui règne au voisinage du noyau, le photon peut se matérialiser sous forme d’un électron et d’un positon. Cette matérialisation nécessite une énergie minimale du photon incident d’au moins 2 fois 511 keV, soit ES = 1,02 MeV, correspondant à leurs masses, est dépensée pour créer l’électron et le positon. L’excédent d’énergie se répartit, sous forme d’énergie cinétique, entre les deux particules. La production d’une paire n’est donc possible que si l’énergie du photon est supérieure à 2T   .

Diffusion Rayleigh 

Cette diffusion est aussi appelée diffusion cohérente. Le photon incident interagit avec tous les électrons de l’atome (a) qui se mettent à osciller en phase (b) avant d’émettre un photon de même énergie que le photon incident mais dans une direction quelconque (c). Ce phénomène est équivalent à un simple changement de direction du photon incident [6