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Physique appliquée à l’exposition externe : dosimétrie et radioprotection
pos, on rappellera que les noyaux d’hydrogène constituent 63,2 % de
l’ensemble des noyaux des tissus humains. Enfin, nous noterons que l’énergie
du noyau de recul est d’autant plus faible que ce noyau est lourd et que dans
tous les cas son énergie sera cédée localement en raison de son faible parcours
dans la matière. Ce dernier point s’avère important pour la caractérisation de
la dose absorbée.
La réaction de diffusion élastique neutron-proton est prépondérante, sur le
plan de la dosimétrie dans l’organisme humain, pour des neutrons d’énergie
supérieure à quelques dizaines d’eV.
2.3.2 Diffusion inélastique (n,n')
Cette réaction nucléaire passe par une phase transitoire dans laquelle le
neutron entre dans le noyau cible pour créer temporairement ce que l’on
nomme usuellement un « noyau composé » très excité et donc instable. La
voie de sortie va consister en l’émission d’un nouveau neutron n' avec une
énergie dégradée par rapport à celle du neutron incident. Le noyau résiduel,
identique au noyau initial, restant excité après l’émergence du neutron émet
ensuite un photon γ de désexcitation :
1 *
*
NC
'
A
A
A
A
Z
Z
Z
Z
n
X
X
n
X
X
+
+
→
→ +
→
+γ
Les photons émis répondent à un spectre discret de désexcitation conforme
aux niveaux d’excitation du noyau composé. Dans cette réaction, la particule
secondaire chargée mise en mouvement est également le noyau cible. L’énergie
du photon émis vaut l’énergie d’un état d’excitation du noyau composé et
l’énergie moyenne transférée au noyau de recul est sensiblement égale à la
différence entre l’énergie du neutron incident et l’énergie du photon de désexcitation :
( )
( )
*
tr
n
n
NC
E
E i E
E i E
γ
≅
−
=
−
À noter que la diffusion inélastique est une réaction à seuil. Un exemple détaillé de calcul des différentes composantes en énergie de cette réaction est
fourni dans le CI 2.9. Les autres réactions de ce type, en plus de celle du
12
C
traitée dans ce CI susceptibles de se produire dans les tissus humains, sont les
suivantes :
–
14
N(n,n')
14
N*, avec E γ = 1,63 MeV (σ = 30 mb), E γ = 5,1 MeV (σ =
80 mb), E γ = 10 MeV (σ = 90 mb) ;
–
16
O(n,n')
16
O*, avec E γ = 6,1 MeV.
Les réactions de diffusions inélastiques n’apparaissent qu’à des énergies très
élevées et restent assez marginales dans la génération de dose dans les tissus
sauf à partir d’une dizaine de MeV. Pour des neutrons de l’ordre de 100 MeV,
elle devient largement significative en particulier sur l’oxygène et l’azote devant la diffusion élastique sur les tissus ; ajoutons à cela la contribution significative au dépôt d’énergie des photons de désexcitation produits.
Physique appliquée à l’exposition externe : dosimétrie et radioprotection
pos, on rappellera que les noyaux d’hydrogène constituent 63,2 % de
l’ensemble des noyaux des tissus humains. Enfin, nous noterons que l’énergie
du noyau de recul est d’autant plus faible que ce noyau est lourd et que dans
tous les cas son énergie sera cédée localement en raison de son faible parcours
dans la matière. Ce dernier point s’avère important pour la caractérisation de
la dose absorbée.
La réaction de diffusion élastique neutron-proton est prépondérante, sur le
plan de la dosimétrie dans l’organisme humain, pour des neutrons d’énergie
supérieure à quelques dizaines d’eV.
2.3.2 Diffusion inélastique (n,n')
Cette réaction nucléaire passe par une phase transitoire dans laquelle le
neutron entre dans le noyau cible pour créer temporairement ce que l’on
nomme usuellement un « noyau composé » très excité et donc instable. La
voie de sortie va consister en l’émission d’un nouveau neutron n' avec une
énergie dégradée par rapport à celle du neutron incident. Le noyau résiduel,
identique au noyau initial, restant excité après l’émergence du neutron émet
ensuite un photon γ de désexcitation :
1 *
*
NC
'
A
A
A
A
Z
Z
Z
Z
n
X
X
n
X
X
+
+
→
→ +
→
+γ
Les photons émis répondent à un spectre discret de désexcitation conforme
aux niveaux d’excitation du noyau composé. Dans cette réaction, la particule
secondaire chargée mise en mouvement est également le noyau cible. L’énergie
du photon émis vaut l’énergie d’un état d’excitation du noyau composé et
l’énergie moyenne transférée au noyau de recul est sensiblement égale à la
différence entre l’énergie du neutron incident et l’énergie du photon de désexcitation :
( )
( )
*
tr
n
n
NC
E
E i E
E i E
γ
≅
−
=
−
À noter que la diffusion inélastique est une réaction à seuil. Un exemple détaillé de calcul des différentes composantes en énergie de cette réaction est
fourni dans le CI 2.9. Les autres réactions de ce type, en plus de celle du
12
C
traitée dans ce CI susceptibles de se produire dans les tissus humains, sont les
suivantes :
–
14
N(n,n')
14
N*, avec E γ = 1,63 MeV (σ = 30 mb), E γ = 5,1 MeV (σ =
80 mb), E γ = 10 MeV (σ = 90 mb) ;
–
16
O(n,n')
16
O*, avec E γ = 6,1 MeV.
Les réactions de diffusions inélastiques n’apparaissent qu’à des énergies très
élevées et restent assez marginales dans la génération de dose dans les tissus
sauf à partir d’une dizaine de MeV. Pour des neutrons de l’ordre de 100 MeV,
elle devient largement significative en particulier sur l’oxygène et l’azote devant la diffusion élastique sur les tissus ; ajoutons à cela la contribution significative au dépôt d’énergie des photons de désexcitation produits.