Les rayons X sont une forme de rayonnement électromagnétique à haute fréquence constitué de photons dont l'énergie varie d'une centaine d'eV (électron-volt), à plusieurs MeV[1]. Ce rayonnement a été découvert en 1895 par le physicien allemand Wilhelm Röntgen, qui a reçu pour cela le premier prix Nobel de physique ; il lui donna le nom habituel de l'inconnue en mathématiques, X. Il est naturel (cosmologie, astronomie) ou artificiel (radiologie) et alors résulte du bombardement d'électrons sur une cible généralement en tungstène. La principale propriété des rayons X est de traverser la matière en étant partiellement absorbés en fonction de la densité de celle-ci et de l'énergie du rayonnement, ce qui permet d'avoir une information sur l'intérieur des objets qu'ils traversent. Les rayons X sont une des modalités

1. IAEA
International Atomic Energy Agency
Bases de Physique Nucléaire - 3
Modes de désintégration radioactive
et les types de rayonnement
Jour1 – Leçon 3

2. IAEA
Objectif
 Comprendre les modes de désintégrations
radioactives et types de rayonnement
 Apprendre davantage la structure atomique
de base; alpha, bêta et émission gamma;
émission de positons; les différences entre
les rayons gamma et les rayons X; capture
d'électron orbital; et la conversion interne
2

3. IAEA
Contenu
 La structure atomique de base et isotopes
 Désintégrations alpha et béta émission gamma
 Spectre de décroissance
 Différences entre les rayons gamma & rayons- x
 Emission de Positons
 Capture de l’électron Orbital
 Conversion Interne
3

4. IAEA
proton neutron électron
Structure Atomique
4

5. IAEA
Numéro Atomique (Z)
Hydrogène 1
Carbone 6
Cobalt 27
Sélénium 34
Iridium 77
Uranium 92
5

6. IAEA
Isotopes
Un isotope d’un élément a:
 Le même nombre de protons
 Un nombre de neutrons différent
1H 2H 3H

7. IAEA
Isotopes
Le nombre de protons
détermine l’élément.
Les éléments du même
nombre de protons mais
un nombre de neutrons
différents sont appelés
des isotopes.
Certains isotopes sont
radioactifs.

8. IAEA
Décroissance radioactive
 Changements spontanés dans le noyau d'un
atome instable
 Résultat est la formation d’un nouveau
élément
 Accompagné par une libération d'énergie,
soit sous forme de particule ou de
rayonnement électromagnétique ou les deux
 L’instabilité nucléaire est liée au fait que le
rapport N/P est trop élevé ou trop bas
8

9. IAEA
Ligne de stabilité
N > Z
9

10. IAEA
Désintégration Alpha
 Émission d'un noyau d'hélium très énergique
par le noyau d'un atome radioactif
 Se produit lorsque le rapport N/P est trop
faible
 Résultat d’un produit de désintégration qui a
un numéro atomique moins 2 que celui du
père et un nombre de masse moins 4 par
rapport à celui du père
 Les particules alpha sont mono-énergétique
10

11. IAEA
Particule Alpha
charge +2
Désintégration Alpha
11

12. IAEA
Désintégration Alpha
12

13. IAEA
Exemple de Désintégration Alpha
226Ra se désintègre par émission alpha
Lorsque le 226Ra se désintègre, la masse
atomique décroit de 4 et le numéro atomique
décroit de 2
Le numéro atomique définit l'élément, donc
l'élément change du radium au radon
226Ra  222Rn + 4He
2
86
88
13

14. IAEA
Désintégration Bêta
 Emission d’un électron par le noyau d’un
atome radioactif ( n  p+ + e-1 )
 Ce processus se produit lorsque le
rapport N/P est trop élevé (c'est à dire, un
surplus de neutrons)
 Les particules bêta sont émises sous
forme d’un spectre d'énergies continu
(contrairement à des particules alpha)
14

15. IAEA
Particule
Bêta chargé (-1)
Désintégration Beta
15

16. IAEA
Désintégration Bêta
16

17. IAEA
Désintégration Bêta du 99Mo
17

18. IAEA
Spectre Bêta
18

19. IAEA
Règle générale
L’énergie moyenne de bêta est le tiers de de
son énergie maximale ou:
Em = Emax
1
3
19

20. IAEA
Emission de Positon (Bêta+)
 Elle se produit quand le rapport N/P est
trop faible ( p+  n + e+ )
 Emet un positon (particule bêta dont la
charge est positive)
 Il en résulte l’émission de 2
rayonnements gamma (plus d’info sur ça
plus loin)
20

21. IAEA
Emission de Positon (Bêta+)
21

22. IAEA
Désintégration Positon
22

23. IAEA
Désintégration Positon
23

24. IAEA
Désintégration Positon
24

25. IAEA
Annihilation
25

26. IAEA
Capture d’un électron Orbital
 Appelée aussi capture K
 Elle se produit lorsque le rapport N/P est
trop faible
 C’est une forme de désintégration en
compétition avec l’émission du positon
 Un électron de la couche orbital est capturé
par le noyau: e-1 + p+1  n
 Résultat est l’émission d’une raie-x
caractéristique
26

27. IAEA
Capture d’un électron Orbital
27

28. IAEA
Capture d’un électron Orbital
28

29. IAEA
radiation
path
-1
Électron éjecté
+1
atome
ionisé
Ionisation
29

30. IAEA
Raie-x
caractéristique
Production des rayons-X
électron
éjecté
L’électron remplit
Une vacance
30

31. IAEA
Spectre Electromagnétique
Rayons x et 
Infra-
rouge
Ultra-
violet Visible
Augmentation de langueur d’onde: décroissance de la fréquence et énergie
31

32. IAEA
Emission du rayonnement Gamma
 Radiations mono-énergétiques émises par le
noyau d'un atome excité qui suit une
désintégration radioactive
 Noyau se débarrassant de son excès d’énergie
 Possède des énergies caractéristiques qui
peuvent être utilisées pour identifier le
radionucléide
 Formes excitées de radionucléides souvent
désignées comme «métastables », exemple
99mTc. Ces radionucléides sont appelés aussi
“isomères”
32

33. IAEA
Gamma Radiation
Emission du rayonnement Gamma
33

34. IAEA
Emission du rayonnement Gamma
34

35. IAEA
Emission du photon
Difference
entre
Rays-X et
Rays-
Gamma
35

36. IAEA
Conversion interne
 Processus alternatif par lequel le noyau
excité d'un isotope émet des rayons gamma
en se débarrassant de l'énergie d'excitation
 Le noyau émet un rayonnement gamma qui
interagit avec un électron orbital. Cet
électron est en suite éjecté de l'atome
 Les rayons X caractéristiques sont émis
quand les électrons orbitaux extérieurs
comblent les postes vacants laissés par les
électrons de conversion 36

37. IAEA
Conversion interne
 Ces rayons-x caractéristiques peuvent eux
mêmes être absorbés par les électrons
orbitaux éjectés
 Ces électrons éjectés sont appelés
électrons Auger et ils ont une très petite
énergie cinétique
37

38. IAEA
Conversion interne
38

39. IAEA
Résumé du Mécanisme de Décroissance Radioactive
Mode
dedésintégrati
on
Caractéristiques
du Radionucléide
Père
Changement du
Numéro
Atomique (Z)
Changement
de la Masse
Atomique Commentaires
Alpha
Pauvre en
Neutron
-2 -4 Alphas Monoénergetique
Beta
Riche en
Neutron
+1 0 Spèctre d’Energie Beta
Positron
Pauvre en
Neutron
-1 0 Spèctre d’Energie Positon
Capture
Electronique
Pauvre en
Neutron
-1 0
Capture-K; X-rays
caractéristique Emitise
Gamma
Etat d’Energy
Excité
Aucun Aucun
Gammas
Monoénergétique
Conversion
Interne
Etat d’Energie
Excité
Aucun Aucun
Ejecte Electrons Orbitaux;
x-rays caractéristiques et
électron Auger émis
39

40. IAEA
Résumé
 Les bases de la structure atomique étaient
décrites
 Les isotopes ont été définis
 Les modes de désintégration radioactive
ont été discutés (y compris alpha, béta,
gamma, émission de positon, capture de
l’électron orbital, et la conversion interne)
 L’ionisation a été définie
 La production de rays-X et la différence
entre les rayons gamma et les rayons X ont
été décrites
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41. IAEA
Où obtenir plus d’information
 Cember, H., Johnson, T. E, Introduction to
Health Physics, 4th Edition, McGraw-Hill, New
York (2009)
 International Atomic Energy Agency,
Postgraduate Educational Course in Radiation
Protection and the Safety of Radiation Sources
(PGEC), Training Course Series 18, IAEA,
Vienna (2002)
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