• Comportement du chien et
    du chat
  • Celui qui connait vraiment les animaux est par là même capable de comprendre pleinement le caractère unique de l'homme
    • Konrad Lorenz
  • Biologie, neurosciences et
    sciences en général
  •  Le but des sciences n'est pas d'ouvrir une porte à la sagesse infinie,
    mais de poser une limite à l'erreur infinie
    • La vie de Galilée de Bertold Brecht

Modèle standard des particules
Rayonnements et interactions avec la matière

Sommaire
  1. Mécanique quantique
  2. Modèle standard des particules
    1. Vue d'ensemble
      1. Statistique de Fermi-Dirac
      2. Principe d'exclusion de Pauli
      3. Statistique de Bose-Einstein
      4. Antiparticules
        1. Annihilation particules/antiparticules
        2. Asymétrie baryonique de l'univers
          1. Vue d'ensemble
          2. Baryogenèse
    2. Atome
      1. Noyau
        1. Nucléons
          1. Neutron
          2. Proton
          3. Nombre de nucléons et tableau périodique
          4. Forces intervenant dans le noyau
        2. Structure nucléaire
          1. Modèle de la goutte liquide
            1. Vue d'ensemble
            2. Nombres magiques et vallée de la stabilité
          2. Modèle en couches
          3. Modèle du champ moyen
      2. Électrons
        1. Propriétés des électrons
        2. Orbitales et spin-orbitales
        3. Ionisation et ions
    3. Fermions
      1. Vue d'ensemble
      2. Quarks
        1. Vue d'ensemble
        2. Propriétés des quarks
        3. Saveurs des quarks
      3. Hadrons
        1. Baryons
          1. Vue d'ensemble
          2. Nombre baryonique
          3. Classification des baryons
            1. Baryons stables : nucléons
            2. Baryons instables
              1. Baryons Delta
              2. Baryons Lambda
              3. Baryons Sigma
              4. Baryons Xi
              5. Baryons Oméga
        2. Mésons
          1. Vue d'ensemble des mésons
          2. Propriétés des mésons
          3. Classification et liste des mésons
            1. Kaons
            2. Pions
      4. Leptons
        1. Vue d'ensemble
        2. Nombres leptoniques
        3. Propriétés des leptons
    4. Bosons
      1. Vue d'ensemble
      2. Gluons : bosons de jauge de l'interaction forte
        1. Propriétés des gluons
        2. Échanges de gluons
        3. Autres formes de gluons
      3. Photons : bosons de jauge de l'interaction électromagnétique
        1. Propriétés des photons
        2. Émission et absorpton de photons
        3. Particules et vitesse de la lumière
      4. Bosons W± et Z0 : bosons de jauge de l'interaction faible
      5. Boson de Higgs
        1. Mécanisme de Higgs
        2. Propriétés du boson de Higgs
    5. Réactions nucléaires
      1. Fusion
      2. Fission
      3. Radioactivité
      4. Photodesintegration
      5. Spallation
      6. Multifragmentation
    6. Rayonnements et interactions avec la matière
      1. Diffusion (ou choc)
      2. Rayonnements ionisants
      3. Interactions des rayonnements avec la matière
        1. interactions de photons avec la matière
        2. interactions des particules massives
  3. Interactions ou forces fondamentales
    1. Vue d'ensemble
      1. Interaction nucléaire forte
      2. Interaction électromagnétique
      3. Interaction faible
      4. Gravitation
    2. Comment expliquer que les soient portées par des particules ?
      1. Que se passe-il en mécanique quantique ?
      2. Paramètres libres
        1. Constantes de couplages
        2. Autres paramètres libres
    3. Chromodynamique quantique (QCD)
      1. Charges de couleur
        1. Couleurs des quarks
        2. Couleurs des gluons
        3. Changements de couleurs
      2. Isospin (fort ou spin isobarique)
    4. Électrodynamique quantique (QED)
      1. Vue d'ensemble
      2. Diagramme de Feynmann
    5. Interaction faible
      1. Propriétés de l'interaction faible
      2. Isospin faible
    6. Interaction électrofaible
    7. Gravitation
  4. Modèle de l'univers : Big Bang

Bibliographie

définition

Un rayonnement, synonyme de radiation, désigne le processus d'émission ou de propagation d'énergie et de quantité de mouvement impliquant une onde, une particule dans l'espace ou à travers un support matériel.

Pénétration des rayons ionisants
Pénétration des rayons ionisants
(Figure : vetopsy.fr)

Quelques définitions essentielles

Rayonnements

Ces rayonnements ont plusieurs caractéristiques et ce peut être :

Les interactions rayonnement-matière décrivent les effets d'un rayonnement sur un atome et " rayonnement " est pris dans son sens quantique.

Réactions nucléaires et diffusion

Ces rayonnements, suivant leur énergie, provoquent :

La particule projectile ou les particules projectiles (ensemble de nucléons) ont leur trajectoire modifiée. Elles sont caractérisées par :

Diffusion ou choc élastique

Effet Raleyght
Effet Raleyght

La diffusion élastique :

1. Pour les ondes électromagnétiques, c'est le cas :

  • de la diffusion ou effet Thomson, dans laquelle l'énergie du photon est bien inférieure à l'énergie de la particule ($E=mc^2$), i.e. sa longueur d'onde du photon reste inchangée.
  • de la diffusion ou effet Rayleigh dans laquelle les ondes électromagnétiques ou sonores ont une longueur d'onde bien plus plus grande que la taille des particules diffusantes, i.e. leur énergie est très faible, quelques eV seulement.

Cet effet explique la couleur bleue du ciel et le coucher rouge de soleil.

2. Pour les particules massives :

  • si la collision a lieu avec les électrons atomiques, la particule cède son énergie à l'élément-cible (atome) entier, ce qui est négligeable dès que $E> 100\;eV$ ;
  • si la collision avec le noyau, la particule-projectible est seulement déviée (diffusion Rutherford).
Rayonnement de freinage (Bremsstrahlung)
Rayonnement de freinage
(Bremsstrahlung)
(Photo : vetopsy.fr)

Diffusion inélastique

La diffusion inélastique

1. Une partie de l'énergie de la particule incidente est perdue ou augmentée.

Pour les photons, on parle de l'effet Raman et on peut observer :

Pour les particules massives, il se produit un ralentissement et il se produit :

  • soit un rayonnement continu de freinage, dit Bremsstrahlung, i.e. rayonnement électromagnétique à spectre large créé par le ralentissement de charges électriques (rayonnement blanc) : l'énergie étant quantifiée, le spectre du flux est quasiment continu.
  • soit l'émission du rayonnement de Tcherenkov, comme la lumière bleue qu'on voit dans la cuve d'eau qui entoure le cœur d'un réacteur nucléaire, i.e. rayonnement similaire à une onde de choc qui produit un flash de lumière lorsqu'une particule chargée se déplace dans un milieu diélectrique avec une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière dans ce milieu.
Effet Vavilov-Tcherenkov
Effet Vavilov-Tcherenkov
(Photo : Argonne National Laboratory)

2. Elle peut donc transmettre son énergie à l'électron ou au noyau.

Pour les électrons :

Pour les particules atomiques, comme les neutrons, l'interaction avec le noyau ne provoque pas de capture, mais l'excitation du noyau qui doit se relaxer en général par la désintégration alpha, beta ou gamma avec un recul du noyau.

Rayonnements ionisants

définition

Un rayonnement ionisant est un rayonnement capable de transmettre assez d'énergie à la matière qu'il traverse pour créer une ionisation.

1. On classe les rayonnements comme ionisants ou non ionisants en fonction de l'énergie des particules rayonnée (cf. tableau).

  • Les rayonnements directement ionisants possèdent une charge électrique.
  • Les rayonnements indirectement ionisants n'en possèdent pas.
Types de rayonnement Charge
Rayonnements
électromagnétiques
Non-ionisants Ondes radio 0
Micro-ondes
Térahertz
Infrarouge
Visible
Ultraviolet
Indirectement
ionisants
Ultraviolet lointain
Rayon X
Rayon gamma
Rayonnements
corpusculaires
Neutron
Directement
ionisants
Électron (β-) -1
Positron (β+) +1
Muon -1
Proton +1
Particule $\alpha$ ($^4_2He$) +2
Ion $^{12}C$ +6
Autres ions variable

2. L'ionisation est le processus par lequel un atome ou une molécule acquiert une charge négative ou positive, en gagnant ou en perdant des électrons.

Les ions sont donc des atomes ou groupes d'atomes qui ont gagné ou perdu un ou plusieurs électrons et possèdent donc une charge positive ou négative

L'ionisation résulte :

Interactions des 
 rayonnements avec la matière

Ces rayonnements peuvent agir différemment avec la matière :

Bibliographie
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