Rayon gamma - Définition et Explications

rayons gamma
rayons gamma

Les rayons gamma, symbolisés par la lettre grecque γ, sont une forme de rayonnement électromagnétique de haute énergie produits par la désintégration γ ou d'autre processus nucléaire ou subatomique tel que l'annihilation d'une paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts...) électron-positron. Ils possèdent une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) très courte inférieure à 5 picomètres. La découverte des rayons gamma est due à Paul Villard, chimiste (Un chimiste est un scientifique qui étudie la chimie, c'est-à-dire la science de la...) français (1860-1934).

Les rayons gamma sont plus pénétrants que les rayonnements alpha et les bêta, mais sont moins ionisants. Ils sont de même nature que les rayons X mais sont d'origine différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...). Les rayons gamma sont produits par des transitions nucléaires tandis que les rayons X sont produits par des transitions électroniques provoquées en général par la collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de...) d'un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) avec un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...) à haute vitesse (On distingue :). Comme il est possible pour certaines transitions électroniques d'être plus énergétiques que des transitions nucléaires, il existe un certain chevauchement entre les rayons X de haute énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) et les rayons gamma de faible énergie.

Le blindage contre les rayons gamma requiert des grandes quantités de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...). Par exemple un blindage qui réduit de 50% l'intensité des rayons gamma nécessite 1 cm de plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et...), 6 cm de béton (Le béton est un matériau de construction composite fabriqué à partir de...) ou 9 cm de terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...).

Les rayons gamma provenant de retombées radioactives seraient probablement le plus grand danger dans le cas d'une guerre nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :). Si les rayons gamma sont moins ionisants que les rayons alpha ou bêta, ils demandent des épaisseurs de blindage beaucoup plus importantes pour s'en protéger. Ils produisent des dégâts similaires à ceux produits par les rayons X, tel que brûlures, cancers et mutations génétiques.

Interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) avec la matière

En passant par la matière, les rayons gamma sont absorbés d'une manière exponentielle (La fonction exponentielle est l'une des applications les plus importantes en analyse, ou plus...):

\displaystyle I(d) = I_0 e^{-\mu d}

Ici, μ = nσ est le coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain...) d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...), mesuré en cm-1, n le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'atomes par cm3 dans la matière, σ la section efficace (Une section efficace est une grandeur physique correspondant à la probabilité d'interaction d'une...) d'absorption en cm2 et d l'épaisseur du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) en cm.

Le coefficient d'absorption total de l'aluminium pour les rayons gamma, et les contributions des trois effets. Ici, l'effet Compton domine.
Le coefficient d'absorption total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) de l'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13....) pour les rayons gamma, et les contributions des trois effets. Ici, l'effet Compton domine.
Le coefficient d'absorption total du plomb pour les rayons gamma, et les contributions des trois effets. Ici, l'effet photoélectrique domine pour l'énergie basse, et la production des paires au dessus de 5 MeV.
Le coefficient d'absorption total du plomb pour les rayons gamma, et les contributions des trois effets. Ici, l'effet photoélectrique (L'effet photoélectrique désigne l'ensemble des phénomènes électriques d'un matériau...) domine pour l'énergie basse, et la production des paires au dessus de 5 MeV.

Les rayons gamma interagissent avec la matière via trois mécanismes principaux :

Effet photoélectrique

Dans l'effet photoélectrique, un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...) gamma interagit avec la matière en transférant l'intégralité de son énergie à un électron d'orbitale qui est alors éjecté de l'atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...) auquel il était lié. L'énergie cinétique (L'énergie cinétique (aussi appelée dans les anciens écrits vis viva, ou force vive) est...) de ce photo-électron est égale à l'énergie du photon (En physique des particules, le photon (souvent symbolisé par la lettre γ — gamma)...) gamma moins l'énergie de liaison de l'électron. L'effet photoélectrique est supposé être le mécanisme principal de transfert d'énergie des rayons X et des rayons gamma d'énergie inférieure à 50 keV, mais est beaucoup moins important à plus hautes énergies.

Diffusion Compton (En physique, la diffusion Compton est la diffusion inélastique d'un photon sur un...)

Dans le cas de la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) Compton, le photon gamma possède une énergie plus que suffisante pour arracher un électron d'orbitale; l'énergie restante est réémise sous forme d'un nouveau photon gamma de moindre énergie et dont la direction d'émission est différente de la direction incidente du photon gamma d'origine. L'efficacité de la diffusion Compton diminue avec l'augmentation de l'énergie des photons; on pense que c'est le principal mécanisme d'absorption des rayons gamma dans la gamme d'énergie entre 100 keV et 10 MeV, qui est celle qui inclut la plus grande part de radiations gamma provenant d'une explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un...) nucléaire. La diffusion Compton est relativement indépendante du numéro atomique (Le numéro atomique (Z) est le terme employé en chimie et en physique pour représenter le nombre...) de la matière absorbant les photons gamma.

Production de paires

En interagissant avec la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) de Coulomb au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la...) d'un noyau atomique (Le noyau atomique désigne la région située au centre d'un atome constituée de protons et de...), l'énergie du photon gamma incident peut spontanément être convertie en masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) sous la forme d'une paire électron-positron. La production d'une telle paire nécessite une énergie égale à la masse au repos des particules qui la composent, soit 1,022 MeV; l'énergie excédentaire est transférée sous forme d'énergie cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) à la paire formée ainsi qu'au noyau de l'atome. L'électron produit, qui est souvent appelé électron secondaire, est hautement ionisant. Quant au positron (En physique des particules, le positron ou positon est l'anti-particule associée à l'électron....), il possède une très courte durée de vie : 10-8 seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...), car il se combine avec un autre électron; la masse totale de ces deux particules est alors convertie en deux photons gamma de 0,511 MeV chacun.

Les électrons (ou positrons) produits par ces trois procès puis produisent beaucoup d'ionisations jusqu'à la fin de leur parcours.

Cet article vous a plu ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis !
Page générée en 0.071 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique