Les rayonnements ionisants

Classification des rayonnements

Classification des rayonnements selon la nature physique

Un rayonnement est un mode de transfert d’énergie dans l’espace, vide ou matériel. Cette énergie, peut être trouvée sous deux formes différentes, électromagnétiques ou particulaires. Les interactions avec la matière subie par ces deux formes de rayonnement sont distinctes et doivent être considérées séparément. I.1.1 Les rayonnements électromagnétiques Le rayonnement électromagnétique est un rayonnement constitué par un flux de photons, il peut être considéré comme de l’énergie à l’état pur [1]. Les ondes électromagnétiques sont caractérisées par l’amplitude, la longueur d’onde [nm], la fréquence [Hz] et la vitesse c. Lors de l’interaction rayonnement matière, le rayonnement électromagnétique est généralement traité comme une série de particules individuelles, connues sous le nom de photons. Sachant que h représente la constante de planck et  représente la fréquence ; l’énergie de chaque photon est donnée par [2] : E h   (I.1) Parmi les ondes électromagnétiques on distingue, la lumière visible, l’infrarouge et l’ultraviolet, les rayons X et les rayons gamma.

Rayonnements particulaires

Le rayonnement particulaire est un rayonnement formé d’un flux de particules matérielles dotées d’une masse au repos. Ces particules forment un faisceau de rayonnement caractérisé par :  Une charge électrique Q.  Une énergie totale : E=mc2 .  Une vitesse v .  Une quantité de mouvement : p mv   une masse au repos m0 

Classification des rayonnements selon leurs effets sur la matière 

Les rayonnements ionisants

 Les rayonnements ionisants sont caractérisés par leur capacité à exciter et à ioniser les atomes de matière avec lesquels ils interagissent, il est nécessaire que l’énergie individuelle des particules ou des photons soit supérieure à l’énergie de liaison minimale des électrons de milieu considéré pour avoir un effet d’ionisation . Les rayonnements ionisants sont classés en deux catégories selon leur façon de produire des ionisations dans la matière :  Les rayonnements directement ionisants Ce type Comprenne les particules chargées (les électrons, les protons, les particules α et les ions lourdes) qui déposent l’énergie au milieu par une seule étape, par le biais de plusieurs interactions coulombiennes le long de leurs trajets .  Les rayonnements indirectement ionisants Ce type Comprenne les neutrons et les rayonnements électromagnétiques (photons X, et γ) qui déposent l’énergie au milieu par deux étapes : – Au premier temps une particule chargée est libérée dans le milieu absorbant (le photon libère un électron ou une paire électron/positon, le neutron libère un proton ou un noyau de recule). – Dans la deuxième étape, les particules libérées déposent l’énergie au milieu absorbant par des interactions colombiennes avec les électrons des atomes. 

Les rayonnements non-ionisants

 Ce sont des rayonnements qui n’ayant pas une énergie suffisante pour ioniser les atomes, parmi ces rayonnements on compte les ondes radioélectriques, l’ultraviolet, la lumière visible et l’infrarouge. 

Les types d’interaction rayonnement matière

 Au fond, le comportement des rayonnements électromagnétiques dans la matière est très différent à celui des particules chargées. Les photons en général ont zéro, une ou quelques interactions et sont atténués de façon exponentielle ce qui fait que les interactions avec les photons sont exprimées en termes de sections efficaces et de coefficients d’atténuation. Par contre, les particules chargées éprouvent un grand nombre d’interactions et perdent progressivement de l’énergie jusqu’à ce qu’ils soient arrêtés ceci est exprimé en termes de parcours d’électrons et de pouvoir d’arrêt des matériaux. 

Interaction photons-matière 

Lors de l’interaction photon-matière, les photons transfèrent leur énergie au milieu traversé selon différents mécanismes : la diffusion Rayleigh, l’effet photo électrique, l’effet Compton et la création de paires. Les trois derniers types sont les plus importants, car ils sont comme conséquence le transfert d’énergie aux électrons qui donnent alors cette énergie à la matière par plusieurs interactions coulombiennes le long de leur trajet. La probabilité qu’un photon subit l’un des divers phénomènes d’interaction dépend de l’énergie du photon et du numéro atomique Z du milieu absorbeur. En général, l’effet photoélectrique prédomine aux faibles énergies, l’effet Compton aux énergies intermédiaires et la production de paires aux hautes énergies, 

Effet photo-électrique 

C’est un phénomène caractérisé par transfert d’énergie totale au milieu et l’absorption totale d’un photon par un électron atomique, suite à cette absorption, l’électron sera éjecté de son orbite (ionisation) avec une énergie cinétique défini par la relation [7] : Ec=hυ-El (I.2) En effet, le photon doit avoir une énergie supérieure à l’énergie de liaison de l’électron pour que ce phénomène ait lieu.