Interaction des particules avec la matière
1 Interaction des particules chargées avec la matière : L'ionisation et l'excitation coulombienne d'atomes sont les processus dominants dans l'interaction
Cours LS1 - Interactions rayonnements ionisants
Partie A : Interaction des Particules non chargées avec la matière. I. Interaction d'un faisceau de photons avec la matière (phénomène global).
Interaction Rayonnement Matière
Interaction des photons avec la matière Interaction des particules chargées (? ?
interactions des particules avec la matiere detecteurs
27 févr. 2008 INTERACTIONS DES PARTICULES CHARGÉES. • Elles interagissent toujours via le champ coulombien des noyaux et électrons.
Interaction particules-matière
5 juil. 2012 Dans le cas de rayonnements neutres (gamma neutrons...)
Interactions Rayonnements - Matière
5 déc. 2009 Interactions des particules chargées avec la matière. Généralités. ? Interaction : transfert d'énergie du rayonnement incident au.
Interactions des Particules lourdes avec la Matière
électromagnétique. • forte. • faible. • Interaction électromagnétique : – particule chargée + e. - atomique: excitation
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Interaction des neutrons avec la matière. 3 Interactions des particules chargées avec la matière. 3.1. Introduction. 3.2 Mécanisme de l'interaction.
(Microsoft PowerPoint - CH 4Les interactions des RI avevc la
I Rayonnements chargés. 1- Intéraction des particules chargées lourdes avec la matiére. a-Intéraction avec les électrons. CH 4 INTERACTIONS DES.
Introduction à la physique de la radiologie médicale
Sources de radiation. • Interaction des particules chargées avec la matière. • Interaction des photons avec la matière. • Dosimétrie et grandeurs.
Chapitre 2 : Interactions des rayonnements avec la matière
Les trois aspects des interactions des particules chargées avec la matière • L ’interaction elle-même = transfert d ’énergie nature mécanisme fréquence/probabilité • Conséquences sur la particule = ralentissement • Conséquences sur le milieu = effets physiques et radiobiologiques (+++)
Chapitre 2 : Interactions des rayonnements avec la matière
1 Interaction des particules chargées avec la matière : L’ionisation et l’excitation coulombienne d’atomes sont les processus dominants dans l’interaction de particules chargées avec la matière Un particule P d’état de charge Z peut provoquer les réactions suivantes : P Z atome?atome?
Interaction des particules dans la matière et principes de
•Les particules chargées (e- p ? ) ionisent directement le milieu traversé •Elles perdent leur énergie cinétique le long de leur parcours par collision ou par radiation •On définit la perte d’énergie de es partiules le long de leur chemin dans la matière par la quantité –dE/dx :
Groupe de Physique des Particules Université de Montréal
Groupe de Physique des Particules Université de Montréal
Interactions particules chargées matière et dosimétrie
I Interaction des particules chargées avec la matière I 1 Passage des particules chargées dans la matière Le processus principal par lequel une particule chargée perd son énergie en passant à travers la matière est l'interaction avec les électrons atomiques par la force de Coulomb Quand
Quels sont les trois aspects des interactions des particules chargées avec la matière ?
Les trois aspects des interactions des particules chargées avec la matière •L ’interaction elle-même = transfert d ’énergie ?nature ?mécanisme ?fréquence/probabilité •Conséquences sur la particule = ralentissement •Conséquences sur le milieu = effets physiques et radiobiologiques(+++) Notion centrale : énergie transférée
Quelle est la nature de l’interaction entre les particules chargées et les photons ?
La nature de leurs interactions diffère fondamentalement du processusd’ionisation décrit jusqu’ici pour les particules chargées, car dans leurs interactions, les photons sont soittotalement absorbés (effet photo?électrique, création de paires e+e?), soit diffusés (effet Compton) sousdes angles qui peuvent être assez larges.
Quels sont les processus dominants dans l’interaction departicules chargées avec la matière ?
L’ionisation et l’excitation coulombienne d’atomes sont les processus dominants dans l’interaction departicules chargées avec la matière . Un particulePd’état de chargeZpeut provoquer les réactionssuivantes : P P PZ ?est la constante destructure fine ( ?=1?137) . L’électron sera donc considéré au repos dans le choc . e E ?=?=,
Quels sont les différents types de particules chargées ?
En pratique ces deux situations correspondent bien aux deux classes de particules chargéesrencontrées : électrons ( me) ou pions , muons , protons ....( mo >> me ) . Ici nous traitons le cas des particules dont les masses sont trèssupérieuresàcelle d’unélectron .
POLY-PREPAS
Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux - Sections : L1 Santé -Olivier CAUDRELIER
oc.polyprepas@orange.frSOMMAIRE
Partie A : Interaction des Particules non chargées avec la matière I. Interaction d"un faisceau de photons avec la matière (phénomène global) · Atténuation des rayonnements électromagnétiques (photons X ou g) · Loi d"atténuation exponentielle, coefficient d"atténuation massique· Couche de demi-atténuation CDA
II. Interaction d"un photon avec la matière (phénomènes élémentaires) a) effet photo-électrique b) diffusion Compton c) diffusion Thomson-Rayleigh d) matérialisation e) réaction photo-nucléaire f) domaines de prédominance g) application en Imagerie Médicale III. Interaction des neutrons avec la matière (ou : a) Neutrons rapides : diffusion élastique - diffusion inélastique b) Neutrons lents : capture radiative - capture non-radiative Partie B : Interaction des Particules chargées avec la matièreI. Interaction avec les électrons du milieu :
· Ionisation
· Excitation
· Pouvoir d"arrêt du milieu
· Transfert d"Energie Linéique TEL
· Densité Linéique d"Ionisation
II. Interaction avec le noyau : rayonnement de freinage BremsstrahlungIII. Particules légères : les électrons
IV. Particules lourdes : protons, , fragments de fissionIntroduction
Le rayonnement est un mode de propagation de l"énergie dans l"espace.Les rayonnements ne peuvent être détectés que grâce à leurs interactions avec la matière : ils cèdent
totalement, ou en partie, leur énergie et en subissent des modifications.On peut classer ces rayonnements en deux types :
les rayonnements particulaires (masse non-nulle): - chargés (électrons et positons), qui agissent avec les électrons de la matière cible - neutres (neutrons), qui agissent sur les noyaux de la matière cible les rayonnements électromagnétiques (masse nulle), qui sont de l"énergie pure : rayons etUne autre classification est possible, selon l"ionisation (capacité d"un rayonnement à fournir " assez »
d"énergie pour extraire un ou plusieurs électrons du cortège électronique de l"atome, et donc de
" faire » de celui-ci un ion : rayonnements non-ionisants : les quantums d"énergie sont insuffisants pour ioniser l"atome, ils peuvent cependant le faire passer dans un état d"énergie plus élevé : atome excité UV, visible, IR, ondes millimétriques, micro-ondes, ondes radio, champs magnétiques statiques (RMN) Le principal effet des rayonnements non-ionisants est un chauffage du corps rayonnements ionisants : rayonnements qui provoquent l"ionisation de l"atome ; pour le vivant sont ionisantes les radiations d"énergie > 12,4 eV tous les rayonnements particulaires sont ionisants les rayonnements électromagnétiques de longueur d"onde sont ionisants : rayons etRemarque : les radiations
sont directement ionisants, alors que sont indirectement ionisants , seuls leurs effets produisent des interactions secondaires Partie A : Interaction des Particules non chargées (rayons X, , et neutrons) avec la matière I. Interaction d"un faisceau de photons avec la matière (phénomène global) :On s"intéresse à l"interaction d"un ensemble de photons (faisceau de photons ou ) avec la matière,
en caractérisant leur atténuation en fonction de l"épaisseur. a) Loi d"atténuation exponentielle : Dans le cas d"un faisceau monochromatique collimaté (mince, parallèle) de rayons X ou gggg, le nombrede rayons émergeant n"ayant subit aucune interaction dans la traversée d"un écran d"épaisseur
est lié au nombre de rayons incidents par la relation :μ est le coefficient d"atténuation linéique, ou : probabilité d"interaction par unité de
longueur son unité est le cm-1μ dépend :
Remarques :
®®®® Le nombre de photons ayant interagi avec la matière est donc :®®®® Puisque les photons considérés sont monochromatiques, une relation analogue relie l"énergie
incidente du faisceau et son énergie après avoir traversé une épaisseur : · Si le faisceau traverse plusieurs milieux de coefficients d"atténuation différents : ... , sur des épaisseurs , le nombre de rayons émergeants sera : Coefficient d"atténuation massique : afin de tenir compte de la densité d"un matériau, il est pratique d"utiliser la notion de coefficient d"atténuation massique: où est la masse volumique du matériau. Le coefficient d"atténuation massique a l"avantage d"être indépendant de l"état solide, liquide ou gazeux du matériauDans ce cas, la loi d"atténuation s"écrit :
(avec , masse par unité de surface du matériau considéré (unité : kg.m-2) Imagerie médicale : l"image radiographique est formée par les différences d"atténuation du faisceau de rayons dans les milieux traversésRemarque : dans le vide, un faisceau de rayonnements électromagnétiques émis à partir d"une
source perd de son intensité à cause de la divergence dans l"espace de ce faisceau ; à la distance
de la source, l"intensité est : b) Couche de demi-atténuationOn appelle couche de demi-atténuation
ou épaisseur moitié ) l"épaisseurde matériau nécessaire pour atténuer d"un facteur 2 (diminuer de moitié) le nombre initial de photons
(ou bien leur énergie initiale) :L"épaisseur d"écran dépend de sa nature, de la nature du rayonnement ionisant (photons X ou ) et de
son énergie. on définit selon le même principe une épaisseur dixième, qui ne laisse passer que10 % du débit de dose
c) Autre relation pour la Loi d"atténuation : on ne peut jamais arrêter totalement un faisceau de photons ; mais partir de, le rayonnement est divisé par le flux devient négligeable Atténuation du faisceau incident en fonction de l"épaisseur x II. Interaction d"un photon avec la matière (phénomènes élémentaires) :Lorsqu"on étudie comment un photon incident interagit avec la matière, plusieurs cas sont possibles :
Interaction
photon-électron (le plus souvent) : - le photon transmet toute son énergie à un électron et disparaît : effet photo-électrique - le photon transmet une partie de son énergie et est diffusé : effet-Compton- le photon est dévié, sans perte d"énergie, par un électron : diffusion Thomson-Rayleigh
- le photon n"interagit pas avec la matière : il est transmis sans aucune perte d"énergieInteractions
photon-noyau (rarement) : matérialisation - réaction photo-nucléaire a) effet photo-électrique :Le photon incident a une énergie :
Dans le cortège électronique de l"atome-cible, chaque électron est lié au noyau avec une énergie de
liaison Si l"énergie du photon incident est supérieure à l"énergie d"ionisation de l"électron, l"intégralité de l"énergie du photon incident est transférée à l"électron :le photon disparaît, cédant la totalité de son énergie à l"électron (souvent la couche )
l"électron se trouve alors éjecté de sa couche électronique : l"énergie cinétique qu"il possède alors est donnée par le principe de la conservation de l"énergie La direction d"émission du photoélectron varie avec l"énergie du photon incident ; plusl"énergie est grande, plus la probabilité que le photoélectron soit émis dans la même direction
que le photon est grande Ce photoélectron va progressivement perdre son énergie cinétique par interactions avec d"autres atomes du milieu, créant ainsi des ionisations (secondaires) l"atome se retrouve sous forme ionisé, et cette ionisation (primaire) est suivie d"une réorganisation en cascade du cortège électronique de l"atome (pour combler la lacune sur lacouche dont a été expulsé l"électron) : il en résulte l"émission d"un autre photon (rayon de
fluorescence) ou l"expulsion d"un électron d"une couche encore plus périphérique : l"électron-
Auger.
Coefficient d"atténuation photoélectrique
La fraction de photons incidents non arrêtés par phénomène photoélectrique est : probabilité d"atténuation par effet photoélectrique probabilité d"interaction entre un photon incident et un atome du milieu-cible probabilité de survenue de l"effet photoélectrique Relation de Bragg & Pierce : la probabilité de survenue de l"effet photoélectrique est fonction du numéro atomique et de l"énergie des photons incidents Variation du coefficient d"atténuation massique en fonction de l"énergie incidente ✔ Les pics correspondent aux valeurs de l"énergie du photon égales à celles de l"énergie de liaison d"un électron (pour le plomb, couche K , couche L ) on constate que croît très vite avec , et diminue lorsque l"énergie des photons augmente : pour favoriser l"effet photo-électrique, il faut donc prendre des photons d"énergie relativement faible ( ), et les orienter sur des éléments denses (lourds) relation surtout valable dans le cadre de l"absorption des rayons X utilisés en radiologie b) diffusion Compton : diffusion incohérenteLe photon incident a une énergie élevée et interagit avec des électrons faiblement liés, voire libres (ils
sont les plus nombreux).(Ces électrons sont considérés au repos car leur énergie de liaison ainsi que leur énergie cinétique sont
négligeables devant du photon incident)Le photon, d"énergie incidente
, heurte alors l"électron, d"énergie de liaison (éventuellement nulle) L"électron absorbe une partie de l"énergie incidente et le choc : - diffuse le photon avec une direction modifiée (angle par rapport à la direction incidente), et une énergie plus basse - éjecte l"électron avec une énergie cinétique : (conservation del"énergie et de la quantité de mouvement -telle une collision entre boules de billard-) ; celui-ci
aura un parcours très court dans la matière et sera absorbé localement Bilan énergétique : relation entre l"énergie incidente et l"énergie diffusée Relation de Compton-Debye : ( : masse de l"électron au repos) · Le photon incident est diffusé selon une direction telle que : · L"électron au repos est éjecté vers l"avant suivant la direction telle que :Remarques :
- l"effet-Compton n"est possible que si l"énergie du photon incident ( ) est supérieure à l"énergie de liaison de l"électron- lorsque l"énergie du photon incident croît, l"énergie emportée par l"électron Compton devient
de plus en plus importante par rapport à celle du photon diffusé.- en cas de choc frontal, l"énergie cédée à l"électron est maximum, celle du photon diffusé est
minimum et il retourne d"où il vient : rétrodiffusionquotesdbs_dbs45.pdfusesText_45[PDF] symbolique de la nuit dans la littérature
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