Rayon gamma

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rayons gamma

Les rayons gamma, symbolisés par la lettre grecque γ, sont une forme de rayonnement électromagnétique : il s'agit de photons de haute énergie (au-delà de 100keV). Ils possèdent une longueur d'onde très courte, inférieure à 5 picomètres, et peuvent être produits par la désintégration γ ou d'autres processus nucléaires ou subatomiques tels que l'annihilation d'une paire électron-positron. La découverte des rayons gamma est due à Paul Villard, chimiste français (1860-1934).

[modifier] Caractéristique

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 électron avec un atome, 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.

[modifier] Danger

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 (de l'ordre de quelques mètres d'épaisseur de béton armé). Ils produisent des dégâts similaires à ceux produits par les rayons X ou les ultraviolets, 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:

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

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'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 supérieure 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, très ionisant aussi, il possède une très courte durée de vie dans la matière : 10^-8 seconde, car dès qu'il est à peu près arrêté, 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 (positrons) produits par ces trois processus, produisent beaucoup d'ionisations, qui les ralentissent jusqu'à la fin de leur parcours, où les positrons s'annihilent.

[modifier] apparition dans la culture populaire

Le personnage de Hulk est supposé avoir été exposé aux rayons gammas pour devenir ainsi

[modifier] Articles connexes

v · d · m

Spectre électromagnétique (Radioélectricité)

Onde radio • Bandes de fréquences de la télévision terrestre • Spectre micro-ondes

Fréquence Longueur d’onde	9 kHz 333 Mm		400 MHz 75 cm		300 GHz 1 mm		3 THz 100 µm		405 THz 745 nm		480 THz 625 nm		508 THz 590 nm		530 THz 565 nm		577 THz 520 nm		612 THz 490 nm		690 THz 435 nm		750 THz 400 nm		30 PHz 10 nm		30 EHz 10 pm
Bandes		ondes radio		micro-ondes		térahertz		infrarouge		rouge		orange		jaune		vert		cyan		bleu		violet		ultraviolet		rayons X		rayons γ
Bandes		ondes radio		rayonnements pénétrants				infrarouge		lumière visible														ultraviolet		rayonnements ionisants

v · d · m Processus nucléaires
Radioactivité	Radioactivité α · Radioactivité β · Rayon gamma · Radioactivité de clusters · Double désintégration béta · Double capture électronique · Conversion interne · Transition isomérique · Fission spontanée
Autres processus	Processus d'émission : Émission de neutron · Émission de positron · Émission de proton Capture : Capture électronique · Capture neutronique
Nucléosynthèse stellaire	Chaîne proton-proton · Cycle carbone-azote-oxygène · Réaction alpha · Réaction triple alpha · Combustion du carbone · Combustion du néon · Combustion de l'oxygène · Combustion du silicium · Processus R · Processus S · Processus P · Processus Rp