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Qu’est-ce que la diffusion Compton des rayons X – Définition

La diffusion Compton des rayons X est le processus par lequel le rayon X rebondit sur l’électron, abandonnant une partie de son énergie initiale (donnée par la formule de Planck E=hf). Propriétés des matériaux

Diffusion Compton des rayons X

diffusion ComptonLa formule de Compton a été publiée en 1923 dans la Physical Review. Compton a expliqué que le déplacement des rayons X est causé par l’ élan des photons, semblable à une particule. La formule de diffusion Compton est la relation mathématique entre le décalage de la longueur d’onde et l’angle de diffusion des rayons X. Dans le cas de la diffusion Compton, le photon de fréquence  f  entre en collision avec un électron au repos. Lors de la collision, le photon rebondit sur l’électron, abandonnant une partie de son énergie initiale (donnée par la formule de Planck E=hf). Alors que l’électron prend de l’élan (masse x vitesse), le photon ne peut pas diminuer sa vitesse. En raison de la loi de conservation de l’impulsion, le photon doit abaisser son impulsion donnée par :

En raison de la loi de conservation de l'impulsion, le photon doit abaisser son impulsion donnée par cette formule.

Diffusion Compton
En diffusion Compton, le photon gamma incident est dévié d’un angle Θ par rapport à sa direction d’origine. Cette déviation entraîne une diminution de l’énergie (diminution de la fréquence du photon) du photon et s’appelle l’effet Compton.
Source: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

La diminution de l’impulsion du photon doit donc se traduire par une diminution de fréquence (augmentation de la longueur d’onde Δ λ = λ’ – λ ). Le décalage de la longueur d’onde augmente avec l’angle de diffusion selon  la formule de Compton:

 

Le décalage de la longueur d'onde augmente avec l'angle de diffusion selon la formule de Compton

où λ  est la longueur d’onde initiale du photon λ’ est la longueur d’onde après diffusion, h est la constante de Planck = 6,626 x 10-34  Js, m e est la masse au repos des électrons (0,511 MeV) c est la vitesse de la lumière Θ est la diffusion angle. La variation minimale de longueur d’onde ( λ′  –  λ ) pour le photon se produit lorsque Θ = 0° (cos(Θ)=1) et est au moins nulle. La variation maximale de longueur d’onde ( λ′  −  λ) pour le photon se produit lorsque Θ = 180° (cos(Θ)=-1). Dans ce cas, le photon transfère à l’électron autant de quantité de mouvement que possible. Le changement maximal de longueur d’onde peut être dérivé de la formule de Compton:

Le changement maximal de longueur d'onde peut être dérivé de la formule de Compton. Longueur Compton

La quantité h/m e c est appelée  longueur d’ onde Compton de l’électron et vaut  2,43.10 -12 m. 

Interaction des rayons X avec la matière

Bien qu’un grand nombre d’interactions possibles soient connues, il existe trois principaux mécanismes d’interaction avec la matière. La force de ces interactions dépend de l’ énergie des rayons X et de la composition élémentaire du matériau, mais pas beaucoup des propriétés chimiques, car l’énergie des photons des rayons X est beaucoup plus élevée que les énergies de liaison chimique. L’absorption photoélectrique domine aux basses énergies des rayons X, tandis que la diffusion Compton domine aux énergies plus élevées.

  • Absorption photoélectrique
  • Diffusion Compton
  • Diffusion Rayleigh
Références :

Protection contre les radiations:

  1. Knoll, Glenn F., Radiation Detection and Measurement 4th Edition, Wiley, 8/2010. ISBN-13 : 978-0470131480.
  2. Stabin, Michael G., Radioprotection et dosimétrie : une introduction à la physique de la santé, Springer, 10/2010. ISBN-13 : 978-1441923912.
  3. Martin, James E., Physics for Radiation Protection 3rd Edition, Wiley-VCH, 4/2013. ISBN-13 : 978-3527411764.
  4. USNRC, CONCEPTS DE RÉACTEURS NUCLÉAIRES
  5. Département américain de l’énergie, de la physique nucléaire et de la théorie des réacteurs. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.

Physique nucléaire et des réacteurs:

  1. JR Lamarsh, Introduction à la théorie des réacteurs nucléaires, 2e éd., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
  2. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.
  3. WM Stacey, Physique des réacteurs nucléaires, John Wiley & Sons, 2001, ISBN : 0-471-39127-1.
  4. Glasstone, Sesonské. Ingénierie des réacteurs nucléaires : Ingénierie des systèmes de réacteurs, Springer ; 4e édition, 1994, ISBN : 978-0412985317
  5. WSC Williams. Physique nucléaire et des particules. Presse Clarendon ; 1 édition, 1991, ISBN : 978-0198520467
  6. GRKeep. Physique de la cinétique nucléaire. Pub Addison-Wesley. Co; 1ère édition, 1965
  7. Robert Reed Burn, Introduction au fonctionnement des réacteurs nucléaires, 1988.
  8. Département américain de l’énergie, de la physique nucléaire et de la théorie des réacteurs. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
  9. Paul Reuss, Physique des neutrons. EDP ​​Sciences, 2008. ISBN : 978-2759800414.

Voir également:

Rayons X [ /lgc_column]

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