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Physique appliquée à l’exposition externe : dosimétrie et radioprotection
Pour une interaction coulombienne assez intense, le transfert d’énergie est
suffisant (> 10 eV) pour arracher l’électron de l’atome auquel il est lié. Il y a
alors création d’une paire « électron-trou » ; si l’énergie transmise à l’électron
secondaire est importante, ce dernier ionise à son tour les électrons du milieu.
En revanche, pour un transfert d’énergie insuffisant pour l’ionisation, un processus d’excitation des électrons du cortège peut avoir lieu. Dans cet effet,
l’électron excité transite d’un état d’énergie de liaison orbital E0 à un état
d’énergie final moins lié E1. Un rayonnement X d’énergie hν = E1 – E0 est alors
émis pour compenser le déséquilibre énergétique provoqué par cette transition.
Ces deux interactions sont également de type inélastique, puisqu’elles modifient l’état initial de l’atome cible.
Pour le rayonnement photonique de freinage, issu de la décélération d’un
électron dans le pourtour d’un noyau du milieu, il existe une valeur d’énergie
des électrons incidents, appelée « critique », en dessous de laquelle ce phénomène radiatif n’est pas significatif. La formule empirique (2.1), d’après [12],
permet d’accéder à cette valeur à 10 % près en fonction du Z du milieu :
( )
c
610
MeV
1,24
T
Z
= +
(2.1)
Ainsi, en considérant l’hydrogène, constituant majoritaire des tissus, le calcul de l’« énergie critique » conduit à une énergie de 272 MeV. Pour le domaine d’énergie étudié dans cet ouvrage, n’excédant pas quelques centaines de
MeV, cet effet sera donc négligé pour les tissus. Toutefois, il s’avérera significatif dans le contexte de l’interaction des électrons avec les matériaux à numéro
atomique Z élevé que nous rencontrerons dans les chapitres 4 et 5 de cet ouvrage.
Si le processus physique d’interaction coulombienne est de même nature
pour les électrons et les particules lourdes chargées (PLC), il diffère cependant
dans ses effets, en raison des caractéristiques intrinsèques des particules chargées, comme leur charge ou leur masse. Ces particularités sont responsables
d’une typologie de dépôt d’énergie différente, ayant pour conséquence directe
une EBR caractéristique du type de particules chargées (cf. chapitre 1).
2.1.1 Caractéristiques physiques des électrons et PLC lors
du transport dans la matière
Mentionnons, tout d’abord, un trait commun aux électrons et PLC : la notion de ralentissement lié à une perte d’énergie tout au long du parcours dans
la matière. Cette caractéristique se différencie de la notion d’atténuation avec
transfert d’énergie à des particules secondaires chargées pour les particules
indirectement ionisantes comme les neutrons ou photons. Première conséquence : si l’épaisseur du matériau traversée est suffisante, le ralentissement
conduit à l’arrêt complet de la particule chargée.
Détaillons les spécificités physiques majeures responsables de « typologie »
de dépôt d’énergie différentes entre les PLC et les électrons. Dans le domaine
Physique appliquée à l’exposition externe : dosimétrie et radioprotection
Pour une interaction coulombienne assez intense, le transfert d’énergie est
suffisant (> 10 eV) pour arracher l’électron de l’atome auquel il est lié. Il y a
alors création d’une paire « électron-trou » ; si l’énergie transmise à l’électron
secondaire est importante, ce dernier ionise à son tour les électrons du milieu.
En revanche, pour un transfert d’énergie insuffisant pour l’ionisation, un processus d’excitation des électrons du cortège peut avoir lieu. Dans cet effet,
l’électron excité transite d’un état d’énergie de liaison orbital E0 à un état
d’énergie final moins lié E1. Un rayonnement X d’énergie hν = E1 – E0 est alors
émis pour compenser le déséquilibre énergétique provoqué par cette transition.
Ces deux interactions sont également de type inélastique, puisqu’elles modifient l’état initial de l’atome cible.
Pour le rayonnement photonique de freinage, issu de la décélération d’un
électron dans le pourtour d’un noyau du milieu, il existe une valeur d’énergie
des électrons incidents, appelée « critique », en dessous de laquelle ce phénomène radiatif n’est pas significatif. La formule empirique (2.1), d’après [12],
permet d’accéder à cette valeur à 10 % près en fonction du Z du milieu :
( )
c
610
MeV
1,24
T
Z
= +
(2.1)
Ainsi, en considérant l’hydrogène, constituant majoritaire des tissus, le calcul de l’« énergie critique » conduit à une énergie de 272 MeV. Pour le domaine d’énergie étudié dans cet ouvrage, n’excédant pas quelques centaines de
MeV, cet effet sera donc négligé pour les tissus. Toutefois, il s’avérera significatif dans le contexte de l’interaction des électrons avec les matériaux à numéro
atomique Z élevé que nous rencontrerons dans les chapitres 4 et 5 de cet ouvrage.
Si le processus physique d’interaction coulombienne est de même nature
pour les électrons et les particules lourdes chargées (PLC), il diffère cependant
dans ses effets, en raison des caractéristiques intrinsèques des particules chargées, comme leur charge ou leur masse. Ces particularités sont responsables
d’une typologie de dépôt d’énergie différente, ayant pour conséquence directe
une EBR caractéristique du type de particules chargées (cf. chapitre 1).
2.1.1 Caractéristiques physiques des électrons et PLC lors
du transport dans la matière
Mentionnons, tout d’abord, un trait commun aux électrons et PLC : la notion de ralentissement lié à une perte d’énergie tout au long du parcours dans
la matière. Cette caractéristique se différencie de la notion d’atténuation avec
transfert d’énergie à des particules secondaires chargées pour les particules
indirectement ionisantes comme les neutrons ou photons. Première conséquence : si l’épaisseur du matériau traversée est suffisante, le ralentissement
conduit à l’arrêt complet de la particule chargée.
Détaillons les spécificités physiques majeures responsables de « typologie »
de dépôt d’énergie différentes entre les PLC et les électrons. Dans le domaine