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Physique appliquée à l’exposition externe : dosimétrie et radioprotection
d’interactions intervenant pour des fortes énergies, les réactions « photonucléaires », qui prendront toute leur essence dans le chapitre 4 dédié aux
sources de rayonnements secondaires.
2.2.1 L’effet photoélectrique
Un électron est arraché du cortège électronique en emportant l’énergie du
photon incident réduite de Wi, l’énergie de liaison orbitale de l’électron sur la
couche i. Ces photoélectrons sont monoénergétiques avec des énergies bien
déterminées selon l’expression (2.28).
Tph = E γ – Wi
(2.28)
Cette perte d’un électron dans le cortège conduit à un réarrangement
d’électrons vers des couches plus liées. Cela conduit à l’émission de rayonnements X de fluorescences ou d’électrons Auger, conformément aux processus
d’échange d’énergie détaillé dans la figure 2.11.
1
W
E
T e
−
=
−
γ
γ
E
1
W
2
W
3
W
K L M
1
2
W
W
X
E
E
E
K
−
=
2
3
W
W
X
E
E
E
L
−
=
K L
K K L
K
M
L
K
γ
E
1
e 1
e 1
e
1
W
E
T e
−
=
−
γ
1
e
−
e
3
W
X
Auger
e
E
E
T
K
−
=
−
1
W
E
T e
−
=
−
γ
γ
E
1
W
2
W
3
W
K L M
1
2
W
W
X
E
E
E
K
−
=
2
3
W
W
X
E
E
E
L
−
=
K L
K K L
K
M
L
K
γ
E
1
e 1
e 1
e
1
W
E
T e
−
=
−
γ
1
e
−
e
3
W
X
Auger
e
E
E
T
K
−
=
−
Réarrangement avec émission X
Réarrangement avec émission Auger
Figure 2.11 – Interaction photoélectrique avec émission de rayonnement X ou d’électron
Auger.
En considérant que l’énergie moyenne d’ionisation dans le tissu t
W est négligeable devant l’énergie des photons incidents, l’énergie transférée au photoélectron vaut sensiblement l’énergie du photon primaire. En outre, cette énergie transférée peut être considérée comme moyenne puisqu’elle est le seul résultat possible pour l’effet photoélectrique à une énergie de photon primaire considérée.
tr
ph
E
T
E γ
=
≅
(2.29)
Nota : on néglige l’énergie de liaison dans le cas des milieux légers tels que
l’eau ou les tissus humains (∼ 10 eV) ; en revanche, pour les milieux denses
(Pb) l’énergie de liaison la plus probable est celle de la couche K et peut faire
plusieurs dizaines de keV. Cette nuance prendra tout son sens au chapitre 5
relatif aux calculs de dimensionnement des protections biologiques.
En terme de distribution angulaire de la direction des photoélectrons, aux
faibles énergies β
(
1) , les photoélectrons sont éjectés en majorité à 90° de
l’axe d’incidence du photon primaire, alors qu’aux énergies plus fortes (β ≅ 1),
ils sont émis dans la même direction que le photon primaire, comme le montre
le faisceau de courbes de la figure 2.12.
Physique appliquée à l’exposition externe : dosimétrie et radioprotection
d’interactions intervenant pour des fortes énergies, les réactions « photonucléaires », qui prendront toute leur essence dans le chapitre 4 dédié aux
sources de rayonnements secondaires.
2.2.1 L’effet photoélectrique
Un électron est arraché du cortège électronique en emportant l’énergie du
photon incident réduite de Wi, l’énergie de liaison orbitale de l’électron sur la
couche i. Ces photoélectrons sont monoénergétiques avec des énergies bien
déterminées selon l’expression (2.28).
Tph = E γ – Wi
(2.28)
Cette perte d’un électron dans le cortège conduit à un réarrangement
d’électrons vers des couches plus liées. Cela conduit à l’émission de rayonnements X de fluorescences ou d’électrons Auger, conformément aux processus
d’échange d’énergie détaillé dans la figure 2.11.
1
W
E
T e
−
=
−
γ
γ
E
1
W
2
W
3
W
K L M
1
2
W
W
X
E
E
E
K
−
=
2
3
W
W
X
E
E
E
L
−
=
K L
K K L
K
M
L
K
γ
E
1
e 1
e 1
e
1
W
E
T e
−
=
−
γ
1
e
−
e
3
W
X
Auger
e
E
E
T
K
−
=
−
1
W
E
T e
−
=
−
γ
γ
E
1
W
2
W
3
W
K L M
1
2
W
W
X
E
E
E
K
−
=
2
3
W
W
X
E
E
E
L
−
=
K L
K K L
K
M
L
K
γ
E
1
e 1
e 1
e
1
W
E
T e
−
=
−
γ
1
e
−
e
3
W
X
Auger
e
E
E
T
K
−
=
−
Réarrangement avec émission X
Réarrangement avec émission Auger
Figure 2.11 – Interaction photoélectrique avec émission de rayonnement X ou d’électron
Auger.
En considérant que l’énergie moyenne d’ionisation dans le tissu t
W est négligeable devant l’énergie des photons incidents, l’énergie transférée au photoélectron vaut sensiblement l’énergie du photon primaire. En outre, cette énergie transférée peut être considérée comme moyenne puisqu’elle est le seul résultat possible pour l’effet photoélectrique à une énergie de photon primaire considérée.
tr
ph
E
T
E γ
=
≅
(2.29)
Nota : on néglige l’énergie de liaison dans le cas des milieux légers tels que
l’eau ou les tissus humains (∼ 10 eV) ; en revanche, pour les milieux denses
(Pb) l’énergie de liaison la plus probable est celle de la couche K et peut faire
plusieurs dizaines de keV. Cette nuance prendra tout son sens au chapitre 5
relatif aux calculs de dimensionnement des protections biologiques.
En terme de distribution angulaire de la direction des photoélectrons, aux
faibles énergies β
(
1) , les photoélectrons sont éjectés en majorité à 90° de
l’axe d’incidence du photon primaire, alors qu’aux énergies plus fortes (β ≅ 1),
ils sont émis dans la même direction que le photon primaire, comme le montre
le faisceau de courbes de la figure 2.12.