CM3 Interactions Rayonnement-Matière PDF

CM3 intéractions rayonnement matière Les interactions changent en fonction du rayonnement 1. Classi cation des rayonnements Les effets des interaction des rayonnements avec la matière vont dépendre : - Des caractéréristiques de la particule (masse, charge, énergie) ou du photon...

CM3 intéractions rayonnement matière Les interactions changent en fonction du rayonnement 1. Classi cation des rayonnements Les effets des interaction des rayonnements avec la matière vont dépendre : - Des caractéréristiques de la particule (masse, charge, énergie) ou du photon - Des caractéristiques de la matière traversée (densité) a. Ionisants / non ionisants Rayonnements non ionisants : Ex: ondes radio, micro ondes, IR Rayonnements ionisants : Rayonnements qui possèdent suffisamment d’énergie pour arracher des électrons aux atomes du milieu traversé. Ce rayonnement va entrainer la production de la création d’une “paire d’ions” (ions+ électrons). Il va y avoir un transfert d’énergie à la matière qui va entraîner l’éjection d’un électron et la création d’un ion chargé positivement. Il y aura donc des dépôts d’énergie dans la matière et ces dépôts seront responsables des effets biologiques. Ex :UV, Rayons X, Rayons Gamma Capture On distingue 2 types de rayonnements ionisants. ! directements ionisants (particules chargés) : ils va obligatoirement y avoir une ionisation de la matière traversée. On compte les particules alpha, les particules béta et les protons ! indirectements ionisants (particules non chargés) : les intéractions avec la matière ne sont pas obligatoire, elles se font de façon aléatoires. Elle entraine des ionisations indirectes par l’intermédiaire de particules secondaires chargées mises en mouvement. On compte les photons X, les photons Gamma et les neutrons b. Classification en fonction de leur nature ! Rayonnements particulaires ‣ Particules chargées : Particules légères : B- ,B+ Particules lourdes: a et protons Les particules lourdes ont des intéractions plus fréquentes avec les électrons qu’avec les noyaux ‣ Particules neutres (neutrons) : Leurs intéractions s’accompagnent d’une perte d’énergie, d’un ralentissement par collision avec les noyaux du milieu traversé ! Rayonnements électromagnétiques X et Gamma (Y) Les photons X proviennent du cortège électronique tandis que les photons Y proviennent du noyau fi 2. Interactions des rayonnements particulaires avec la matièr a. Intéraction des particules chargées Une intéraction correspond à un transfert d’énergie ! Interaction avec les noyaux du milieu : Lorsqu’une particule chargée passe à proximité d’un noyau, elle est soit attirée soit repoussée par le noyau ‣ Sa trajectoire est modifiée ‣ La particule chargée est ralentie Ce ralentissement est responsable d’une diminution de l’énergie cinétique de la particule qui est réémise sous la forme d’un rayonnement de freinage (Bremsstrahlung) Ce rayonnement X de freinage sera diffusé ou en intéraction avec la matière. Plus la particule sera loin du noyaux, - elle sera déviée, le ralentissement sera faible, le rayonnement de freinage aura une faible énergie Si la particule est proche du noyaux, elle sera fortement déviée, fortement freinée et le rayonnement aura une énergie forte. ! Intéraction avec un électron de l’atome cible : ! Intéractions des particules chargées À chaque intéraction, la particule transfère une partie de son énergie au milieu jusqu’à ce que sa vitesse soit nulle. "À Une particule chargée donnée d’énergie donnée peut ê totalement arrêtée par un écran de nature et d’épaisseur donnée ( ou une épaisseur connue de tissu) Contrairement aux rayons magnétiques qui ne peuvent qu’être atténué. e ! Transfert linéique d’énergie (TLE) ! Densité linéique d’ionisation (DLI) ! Notion de parcours dans la matière Cela correspond à la profondeur de pénétration dans les tissus. En effet un électron va avoir une certaine trajectoire, mais cela ne correspond pas au parcours. Le parcours est toujours plus court que la trajectoire. (sauf si on est en présence d’une trajectoire linéaire) ! Parcours des particules légères Les particules Béta : électrons et positons La masse d’un électrons est environ 1836 fois inférieure à celle d’un proton On constate chez le proton: " Changements importants de direction à chaque interaction " Trajectoire en ligne brisée " Profondeur de pénétration ( parcours) plus faible que la longueur de la trajectoire Leur pouvoir de pénétration dans les tissus est relativement faible Le positon intéragit avec un électron lorsque son énergie cinétique est proche de zéro. Les deux particules disparaissent en donnant naissance à l’émission de 2 photons de 511 keV, émis en coïncidence, à 180° l’un de l’autre C’est la réaction d’annihilation ! Particules lourdes Particules a et protons : Les particules a ont des vitesses plus faibles que celles des électrons et des énergies variant d’environ 1 MeV à 10 MeV. À énergies égales, le parcours d’une particule a est bcp plus court que celui d’un électron. Leur masse étant plus importante, le transfert d’énergie au cours d’une collision est plus faible devant l’énergie de la particule incidente, et la trajectoire reste rectiligne Csq : le nombre d’ionisations augmente avec le parcours ( Pic de Bragg) CONCLUSION : ! Intéraction avec les neutrons Les neutrons peuvent ê capturés par les noyaux pour former des nucléides instables et radioactifs. Ils peuvent également perdre leur énergie par chocs avec les noyaux atomique (neutrons rapides) ; les intéractions sont aléatoires. Si la masse du noyau est importante, les neutrons sont diffusés, ils changent de directions Si la masse du noyau est faible (ex : Hydrogène) celui)ci est projeté en dehors de son cortège électronique, alors que le neutron voit son énergie cinétique réduite à zéro : les protons secondaires ainsi former vont ioniser la matière. L’élément H apparait ainsi comme le meilleur atténuateur des faisceaux de neutrons. # " 3. Intéractions des rayonnements électromagnétiques avec la matière L’intéraction est possible avec les e- ou les atomes du milieu, à qui ils cèdent toute ou une partie de leur énergie sous forme cinétique Ce phénomène aléatoire qui est fonction : - De l’épaisseur de la matière traversée - De sa nature (Z) - De l’énergie des photons incidents (hv) Ces intéractions ont 3 effets principaux : Les photons incidents intéragissent avec : - les électrons => effet photoélectrique et diffusion Compton - Les noyaux => création de paire 4. Loi d’atténuation Il va falloir comprendre comment ces rayonnements magnétiques vont pouvoir être atténués dans la matière Explication du schéma : Un nbe de photons incident (N0) arrivent et traverse la matière. Il y a des intéractions dans la matière d’épaisseur dX. Les photons transmis traversent la matière sans interagir Certains peuvent ê totalement absorbé par la matière D’autres vont ê diffusé : ils cèdent une partie de lleur énergie et ressortent avec une direction différente et une énergie plus faible Atténuation d’un faisceau de photons par interaction est un phénomène aléatoire qui induit la disparition progressive du nbe de photons. ! Couche de demi-atténuation (CDA) Tableau récaptiulatif :