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Qu’est-ce que l’absorption photoélectrique des rayons X – Définition

Dans l’effet photoélectrique, le rayon X subit une interaction avec un électron qui est lié dans un atome. L’absorption photoélectrique domine aux basses énergies des rayons X. Propriétés des matériaux

Absorption photoélectrique des rayons X

Absorption gamma par un atome. Source : laradioactivite.com/
Absorption gamma par un atome.
Source: laradioactivite.com/

Dans l’effet photoélectrique, un photon subit une interaction avec un électron qui est lié dans un atome. Dans cette interaction, le photon incident disparaît complètement et un photoélectron énergétique est éjecté par l’atome de l’une de ses couches liées. L’énergie cinétique du photoélectron éjecté (E e ) est égale à l’énergie du photon incident (hν) moins l’ énergie de liaison du photoélectron dans sa couche d’origine (Eb).

E e = hν-E b

Par conséquent, les photoélectrons ne sont émis par effet photoélectrique que si le photon atteint ou dépasse une énergie seuil – l’énergie de liaison de l’électron – le travail de sortie du matériau. Pour les rayons X très élevés avec des énergies supérieures à des centaines de keV, le photoélectron emporte la majorité de l’énergie du photon incident – hν.

Aux faibles valeurs d’énergie des rayons gamma, l’effet photoélectrique domine. Le mécanisme est également renforcé pour les matériaux de numéro atomique Z élevé. Il n’est pas simple de dériver une expression analytique de la probabilité d’absorption photoélectrique du rayon gamma par atome sur toutes les gammes d’énergies des rayons gamma. La probabilité d’absorption photoélectrique par unité de masse est approximativement proportionnelle à :

τ (photoélectrique) = constante x Z N /E 3,5

où Z est le numéro atomique, l’exposant n varie entre 4 et 5. E est l’énergie du photon incident. La proportionnalité aux puissances supérieures du numéro atomique Z est la principale raison de l’utilisation de matériaux à Z élevé, tels que le plomb ou l’uranium appauvri dans les écrans gamma.

Section transversale de l'effet photoélectrique.Bien que la probabilité de l’absorption photoélectrique du photon diminue, en général, avec l’augmentation de l’énergie du photon, il existe de fortes discontinuités dans la courbe de section. Celles-ci sont appelées « arêtes d’absoption » et ils correspondent aux énergies de liaison des électrons des coquilles liées de l’atome. Pour les photons avec l’énergie juste au-dessus du bord, l’énergie du photon est juste suffisante pour subir l’interaction photoélectrique avec l’électron de la coque liée, disons K-shell. La probabilité d’une telle interaction est juste au-dessus de ce bord bien supérieure à celle des photons d’énergie légèrement en dessous de ce bord. Pour les photons en dessous de ce bord, l’interaction avec l’électron de la couche K est énergétiquement impossible et, par conséquent, la probabilité chute brusquement. Ces bords se produisent également aux énergies de liaison des électrons d’autres couches (L, M, N …..).

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.
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  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:

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  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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