Rayon gamma

(Suite du texte)

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

\displaystyle I(d) = I_0 e^{-\mu d}
Ici, μ = nσ 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 matériau en cm.


Le coefficient d'absoption 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 :

1) 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.
2) Diffusion Compton = Dans le cas de la diffusion Compton, le photongamma 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.
3) 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.

 

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