Rayon gamma

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

Vous avez de nouveaux messages (diff ^?).

Pour les articles homonymes, voir gamma (homonymie). 

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 électron-positron. Ils possèdent une longueur d'onde très courte inférieure à 5 picomètres.

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. 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 d'un atome avec un électron à haute vitesse. 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 et les rayons gamma de faible énergie.

Le blindage contre les rayons gamma requiert des grandes quantités de matière. Par exemple un blindage qui réduit de 50% l'intensité des rayons gamma nécessite 1 cm de plomb, 6 cm de béton ou 9 cm de terre.

Les rayons gamma provenant de retombées radioactives seraient probablement le plus grand danger dans le cas d'une guerre nucléaire. 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.

[modifier] Interaction avec la matière

En passant par la matière, les rayons gamma sont absorbés d'une manière exponentielle:

I(d) = I₀exp( − μd)

Ici, μ = n×σ est le coefficient d'absorption, mesuré en cm^-1, n le nombre d'atomes par cm³ dans la matière, σ la section efficace d'absorption en cm² et d l'épaisseur du matériel 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 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.

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

[modifier] Effet photoélectrique

Dans l'effet photoélectrique, un photon gamma interagit avec la matière en transférant l'intégralité de son énergie à un électron d'orbitale qui est alors éjecté de l'atome auquel il était lié. L'énergie cinétique de ce photo-électron est égale à l'énergie du photon 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.

[modifier] Diffusion Compton

Dans le cas de la diffusion 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 nucléaire. La diffusion Compton est relativement indépendante du numéro atomique de la matière absorbant les photons gamma.

[modifier] Production de paires

En interagissant avec la force de Coulomb au voisinage d'un noyau atomique, l'énergie du photon gamma incident peut spontanément être convertie en masse 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 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, il possède une très courte durée de vie : 10^-8 seconde, 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.

Portail de la physique – Accédez aux articles de Wikipédia concernant la physique.