Interaction des photons avec la matière

Interaction des photons avec la matière Les photons, lorsqu'ils traversent une certaine épaisseur de matière peuvent interagir avec celle-ci et disparaitre par absorption ou diffusion. Ceci crée une atténuation exponentielle du faisceau avec l’augmentation de l’épaisseur de l’absorbant telle que donnée par l’expression suivante :

Où

I0 : nombre de photons incident.

I : nombre de photons transmis dans la même direction âpres la traversée d’un milieu d’épaisseur x.  : Coefficient d’atténuation linéique.

I0

I

X

Dx Atténuation des photons La probabilité d'interaction d'un photon par unité de longueur de matériau traversé est exprimée par μ (coefficient d'atténuation linéique en m-1). Ce coefficient dépend de l'énergie du photon et de la nature du matériau. Un photon a toujours la même probabilité d'interagir dans la matière quelle que soit l'épaisseur du matériau traversé. Il a par conséquent une probabilité non nulle de traverser la matière sans interagir, tout photon ayant subi une interaction dans le matériau est éliminé.

Les différentes interactions que peut avoir le photon avec la matière sont essentiellement : l’effet photoélectrique, les diffusions Rayleigh et Compton et la production de paire.

Ces interactions sont indépendantes, dans ce cas le coefficient d'atténuation linéaire est la somme de la contribution de chacun de ces effets : totphotoélectrique)(Compton)(production de paire)+(Rayleigh) a) L’effet photoélectrique : L’effet photoélectrique est l’interaction d’un photon avec un électron orbital étroitement lié. L’énergie du photon est complètement absorbée par l'électron orbital qui est éjecté par l’atome, avec une énergie cinétique.

Avec El étant l’énergie de liaison de l’électron dans l’atome.

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Effet photoélectrique.

Le réarrangement de l’atome, suite à l'effet photoélectrique, est suivi d’émission de rayonX caractéristiques ou d'électrons Auger qui emportent l'énergie d'excitation. b) L’effet Compton (diffusion élastique) : C'est l'interaction d'un photon d’énergie d’énergie avec un électron libre ou faiblement lié et au repos. Le photon transfère une partie de son énergie à l’électron sous forme d’énergie cinétique. Un photon d’énergie est alors produit et est diffusé selon un angle .

Effet Compton.

Les lois de conservation de l’énergie et de la quantité de mouvement permettent d’obtenir l’expression de l’énergie du photon diffusé : hν’=

ν

I.3

Où : =

c) La diffusion Rayleigh : La diffusion de Rayleigh est un processus d'interaction de photons de faibles énergies avec les électrons atomiques liés. Le photon incident est diffusé sans changement d’énergie avec un angle de diffusion faible.

Cette diffusion est prédominante pour les photons de faible énergie et pour les matériaux ayant des numéros atomiques élevés.

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La diffusion Rayleigh.

d) La création de paire: La création de paire se produit lorsque l’énergie du photon est supérieure ou égale à 2mec² soit 1,022 MeV. Dans ce cas, ce dernier se matérialise dans le champ d’un noyau en un pair électron positon.

Création de paire.

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