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Plan du cours
1 Interaction rayonnement matièreClassication des rayonnementsInteraction des particules chargées et neutres
Abdeslem Rrhioua (Université Mohamed 1 er )
Détection et mesure des rayonnements 31 mars 2016 2 / 23
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Plan
1 Interaction rayonnement matièreClassication des rayonnementsInteraction des particules chargées et neutres
Abdeslem Rrhioua (Université Mohamed 1 er )
Détection et mesure des rayonnements 31 mars 2016 3 / 23
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Deux catégories
Particules chargées Légères Lourdes
Particules Neutres Photons Neutrons
Neutrinos
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Particules chargées
Particules chargées légères Électrons : m e − = 0 .511MeV ; q e − = − 1.6 × 10− 19 C Positons : m e+ = 0 .511MeV ; q e + = +1 .6 × 10− 19 C
Particules Chargées lourdes Proton : m p = 1836 × m e − ; q p = +1 .6 × 10− 19 C Deuton (noyau du deutérium 21 H) : m d = 3672 × m e − Particule α : m α = 7342 × m e −
Interaction coulombiènne
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Particules chargées
Particules chargées légères
Électrons : m e − = 0 .511MeV ; q e − = − 1.6 × 10− 19 C Positons : m e+ = 0 .511MeV ; q e + = +1 .6 × 10− 19 C
Particules Chargées lourdes Proton : m p = 1836 × m e − ; q p = +1 .6 × 10− 19 C Deuton (noyau du deutérium 21 H) : m d = 3672 × m e − Particule α : m α = 7342 × m e −
Interaction coulombiènne
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Particules neutres
Les photons, m photon = 0 , q photon = 0 Rayons X.
1 Produits lors des réarrangements du cortège électronique,provoqués en général par la collision d’électrons sur des atomes,[10 keV ; 100 keV].
2 Produits par des accélérateurs linéaires utilisés en radiothérapieexterne, [6 MeV ; 25 MeV].
Rayon γ .Les rayonnements gamma accompagnent généralement les
désintégrations α et β . Le noyau radioactif libère sous forme derayonnement γ l’excès de son énergie. Leur énergie va de 60 keVà 3 MeV.
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Classication des rayonnements
Rayonnements
Directement Ionisant Indirectement Ionisant
Chargés Neutres
Légères Lourdes
e− ; e+ Proton ; deuton ; α
Neutrons NeutrinosPhotons
E ≥ 13, 6 eV E ≤ 13, 6 eV
X ; γ IR ; OR ; MO
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Plan
1 Interaction rayonnement matièreClassication des rayonnementsInteraction des particules chargées et neutres
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Particules chargées légères (Ex. électrons)
Ionisation et excitation d’atome Rayonnement de freinage
0−
1e + AZ X −→
AZ X
+ + 0−
1e + 0
−
1e 0
−
1e + AZ X −→
0−
1e + AZ X +
0
0γ
0− 1 e +
AZ X −→
AZ X
∗ + 0− 1 e
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Interaction des particules chargées lourdes
Elles interagissent principalementavec les électrons des atomescibles, engendrant une ionisationou une excitation. Les interactionsavec les noyaux sont secondaires.
Proton m p = 1836 × m e −Deuton m d = 3672 × m e −α m α = 7342 × m e −
Ces particules ne sont pas concer-nées par le rayonnement de frei-nage.
FIGURE: Comparaison de laperte d’énergie
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FIGURE: Perte d’énergie de différentes particules
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d d l
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Processus d’interaction des particules neutres
Processus d’interaction des photons1 Effet photoélectrique2 Diffusion Compton
3 Création de paire4 Diffusion Thomson/Rayleigh : Le photon incident est absorbé pa
l’atome et ré-émis avec une direction différente mais avec lamême énergie (pas de modication de la longueur d’onde).Phénomène important pour les photons peu énergétiques (IR,visibles, UV) mais négligeable avec les rayons X et γ .
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L’ ff h él i
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L’effet photoélectrique
Le photon cède la totalité deson énergie à un électronqui sera éjecté.Le processus photoélec-trique est le moyen pré-
dominant d’interaction durayonnement γ (ou X ) avecdes énergies relativementbasses.Le processus est plus im-
portant pour des matériauxavec un nombre atomique Z grand. 1s K
2s L1
2 p L2 , L 3
Fermi
vide
bande de valence
bande de conduction
hν photoélectron
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Eff C
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Effet Compton
Le photon diffuse (diffusionélastique) sur un électronsupposé libre en cédant unepartie de son énergie.Ce processus domine pourles moyennes énergies.
FIGURE: diffusion compton
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C é ti d i
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Création de paire
• Le photon se matérialiseen une paire électronpositron.
• L’énergie du photon estrépartie sous formed’énergie de masse etcinétique.
• Ce processus se produitau voisinage d’un noyau etsi l’énergie du photon >1, 022 MeV. FIGURE: Création de paire
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C é ti d i
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Création de paire
Ce processus domine pour les hautes énergies.
Le positron s’annihile avec un électron en produisant 2 photons
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Classication des neutrons par vitesse
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Classication des neutrons par vitesse
Énergie descriptionRelativistes > 50 MeV AccélérateursRapides > 500 keV Sources de neutronsIntermédiaires ≃ 1 à 500 keV dosimétrieEpithermiques ≃ 0.5 à 1000 eV Réacteurs (graphite)Thermiques ≃ 0.025 eV en équilibre thermique
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Processus d’interaction des neutrons
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Processus d interaction des neutrons
Les interactions des neutrons sont de deux types :1 réactions de diffusion (élastique ou inélastique)2 réactions d’absorption (capture neutronique)
Deux processus ont toujours lieu, quelque soit l’énergie des neutrons
Diffusion par un noyau A (n, n ) / (n, n ′ )
n + X −→ X + n
Capture radiative (n, γ )
n + X −→ Y + γ
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Les neutrinos
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Les neutrinos
Propriétés Trois types de neutrinos (ν e , ν µ , ν τ ) Ce sont les particules les plus abondantes dans l’univers Masse trop faible et charge nulle Interagissent trop faiblement avec la matière ce qui rend leurdétection difcile
Origine Soleil : neutrinos solaire (ν e)
Atmosphère : neutrinos atmosphériques (ν e , ν µ ) Univers : neutrinos cosmiques (ν e , ν µ , ν τ ) Réacteurs et accélérateurs : produit par l’homme
Abdeslem Rrhioua (Université Mohamed 1 er ) Détection et mesure des rayonnements 31 mars 2016 22 / 23
Interaction des neutrinos avec la matière
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Interaction des neutrinos avec la matière
Absorption ν e + X −→ e− + Y ν e + 3717 Cl −→ e
− + 3718 Ar ν e + 7131 Ga −→ e− + 7132 Ge ν e + 9842 Mo −→ e− + 9843 Tc
Diffusion ν e + e − −→ e− + ν e ν + d −→ p + n
Abdeslem Rrhioua (Université Mohamed 1 er ) Détection et mesure des rayonnements 31 mars 2016 23 / 23
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