1) Les différents types de rayonnements
La désintégration d’un élément radioactif en un noyau stable ou radioactif s’accompagne de l’émission d’un rayonnement. On distingue des rayonnements particulaires (chargés ou neutres) et électromagnétiques .Dans le cadre de la spectrométrie gamma faisant l’objet de notre étude on s’intéressera plus particulièrement aux gamma.
- le rayonnement alpha correspondant à l’émission d’un noyau d‘hélium (particule ɑ)constitué de 2 protons et 2 neutrons.
- le rayonnement bêta concerne les noyaux instables riches en protons ou neutrons. Il se retrouve sous 2 formes β+ et β- :
- le β- est l’émission d’un électron chargé négativement associé avec une particule appelée antineutrino issu de la transformation d’un neutron en un proton.Il concerne les noyaux ayant un excès de neutrons.
- le β+ est l’émission d’un électron chargé positivement (e+) appelé positron,et associé à celle d’un neutrino (de masse quasiment nulle).
-le rayonnement gamma est une radiation électromagnétique émise à la suite d’un rayonnement alpha ou bêta lorsque ceux-ci produisent un nouveau noyau dans un état excité. Cette excès d’énergie est libérée sous forme de photons de hautes énergies possédant un fort potentiel de pénétration dans la matière. Son énergie est
E=hν=hc/λ |
h:constante de Planck, ν: fréquence de l’onde et λ: la longueur d’onde. 3
2) Lois de désintégration radioactive
Pour un échantillon radioactif la probabilité de désintégration d’un noyau, pendant un intervalle de temps donné, ne dépend pas des conditions physiques et chimiques du milieu. Le nombre de noyaux se désintégrant est proportionnel au nombre de noyaux présents
N(t)=No*exp(-λt) |
T=(ln 2)/λ |
N: nombre de noyaux radioactifs présents à l’instant t No: constante de proportionnalité T: le temps de demi-vie (temps nécessaire à la désintégration de la moitié des noyaux radioactifs λ: constante de proportionnalité Unités de mesures: 1 Becquerel = 1 désintégration/s 1 Curie = 3.7*10^10 B
3) Interaction des rayonnements gamma avec la matière
Les particules γ sont détectées via leurs interactions avec la matière en cédant une partie de leur énergie à un ou plusieurs électrons. Le type d'interaction dépend du matériau traversé et de l'énergie du photon incident. Il peut se produire trois processus d'interaction:
- l'effet photoélectrique correspond à l'absorption totale du photon γ par un atome dont l'énergie est transférée à un électron qui va être éjecté d’une des couches électroniquse de l’atome. Cette particule est un photoélectron qui emporte une énergie cinétique Ec égale à l’énergie du photon incident E=hv diminueé de l’énergie de liaison de l’électron El sur la couche électronique qu’il occupe: Ec=E-El
- l'effet Compton consiste au transfert d'une partie de l'énergie du photon à un électron,le plus souvent à un électron des couches extèrieurs de l'atome au repos (considéré comme libre puisque l'on peut négliger son énergie de liaison). Il s'ensuit la diffusion d'un photon d'énergie E' dépendant de l'angle de diffusion:
E ' = E /(1 + ɑ(1-cos(θ) ) |
- la création de paire est la création d’un positron et d’un électron suite à la disparition d’un photon γ. Du fait de l’instabilité du positron,après plusieurs collisions il s’annihile avec un électron produisant deux photons d’annihilation de 511 keV à 180° l’un de l’autre. Il s’agit donc d’une réaction à seuil possible uniquement pour des photons incidents d’énergies supérieurs à 1,022 MeV.
Lorsque un faisceau de rayons gamma traverse une certaine d'épaisseur de matière,ils sont atténués de manière exponentielle par un coefficient proportionnel aux sections efficaces.Celles ci représentent une mesure de leur interaction avec la matière.
