QCM : Interactions des rayonnements ionisants — 23 questions

Explication

Un rayonnement électromagnétique transporte spontanément de l’énergie dans l’espace. Il est constitué de photons sans masse, chacun transportant une énergie quantifiée.

Explication

Un rayonnement ionisant est susceptible d’arracher des électrons à la matière. L’ionisation ne se définit ni par une masse photonique, ni par un effet thermique obligatoire, ni par une énergie inférieure aux énergies de liaison.

Explication

L’énergie d’un photon est donnée par $E=h\nu$, tandis que l’énergie au repos d’une particule massive suit $E=mc^2$. Le photon est sans masse au repos, alors que la particule massive possède une masse.

Explication

Une interaction correspond à un transfert d’énergie entre le rayonnement et le milieu lors de sa traversée. Elle ne se réduit pas au simple passage du rayonnement et ne se produit pas avant cette traversée. Ce transfert ne signifie pas nécessairement qu’une énergie est cédée au milieu sous forme de dépôt. Les interactions concernent les rayonnements électromagnétiques comme les rayonnements particulaires.

Explication

Les rayons X et gamma sont électromagnétiques, tandis que les neutrons sont des particules non chargées. Les particules alpha sont matérielles et les protons sont chargés.

Explication

L’ionisation dépasse l’énergie de liaison, tandis que l’excitation reste inférieure à cette énergie. Le transfert thermique augmente les vibrations et rotations moléculaires. L’expulsion de l’électron correspond à une ionisation, non à une excitation.

Explication

L’ionisation directe résulte de l’arrachement d’électrons par le rayonnement lui-même. Dans l’ionisation indirecte, des atomes excités par transfert d’énergie provoquent des ionisations lors de leur retour à l’état fondamental.

Explication

L’électron incident cède une partie de son énergie cinétique à un électron cible. Selon l’énergie transférée, cette interaction produit une ionisation ou une excitation, et non un transfert intégral obligatoire de l’énergie incidente.

Explication

Entre 500 keV et 5 MeV, le transfert linéique d’énergie des électrons est approximativement constant, autour de 2 MeV.cm$^{-1}$. La valeur 20 MeV.cm$^{-1}$ et la plage inférieure à 50 keV ne correspondent pas aux données fournies.

Explication

Les photons incidents peuvent transférer une partie de leur énergie aux électrons, qui produisent ensuite des ionisations. Les électrons secondaires ne se limitent donc pas à produire des excitations. Les photons diffusés peuvent avoir une énergie et une direction différentes, tandis que certains photons primaires disparaissent lors d’une interaction.

Explication

L’effet photoélectrique absorbe toute l’énergie du photon, alors que l’effet Compton la partage entre l’électron et le photon diffusé. La diffusion Thomson-Rayleigh dévie le photon sans échange d’énergie, et ne correspond donc pas aux deux descriptions erronées.

Explication

Dans l’effet photoélectrique, l’énergie cinétique vérifie $E_c=E_i-E_l$. L’effet est plus probable lorsque l’énergie de liaison est élevée, notamment pour les électrons des couches K ou L.

Explication

La production de paires exige une énergie supérieure à 1,022 MeV et produit un électron ainsi qu’un positon. La relation énergétique est $E=1,022\ \mathrm{MeV}+E_{e^-}+E_{e^+}$, les termes supplémentaires correspondant aux énergies cinétiques.

Explication

L’atténuation est décrite par $dN=-\mu Ndx$ et conduit à $N(x)=N_0e^{-\mu x}$. Le signe négatif traduit la diminution du nombre de photons, tandis que $\mu$ est lié à la probabilité d’interaction.

Explication

Le coefficient d’atténuation linéique représente la probabilité d’interaction lors de la traversée d’un matériau. Il dépend du milieu et de l’énergie des photons, contrairement à la dose absorbée, qui concerne l’énergie déposée par masse.

Explication

La couche de demi-atténuation vaut $\mathrm{CDA}=\frac{\ln 2}{\mu}$ et une épaisseur de trois CDA laisse $N_0/2^3$ photons, soit un huitième du faisceau. Chaque couche successive divise donc par deux le nombre transmis.

Explication

Le coefficient total d’atténuation est la somme des contributions photoélectrique, Compton et de matérialisation : $\mu=\tau+\sigma+\pi$. Les termes sont donc additionnés et non multipliés, et la matérialisation est bien incluse.

Explication

Les neutrons interagissent avec les noyaux par absorption ou diffusion. L’absorption peut être suivie d’une émission de rayonnement ou d’une fission, tandis que la diffusion s’accompagne d’une diminution de l’énergie neutronique.

Explication

La section efficace totale neutronique est la somme des sections efficaces d’absorption et de diffusion : $\sigma_{tot}=\sigma_{absorption}+\sigma_{diffusion}$. La relation $\tau+\sigma+\pi$ concerne le coefficient total d’atténuation des photons, et non les neutrons.

Explication

La dose absorbée est une énergie cédée par unité de masse et décrit l’énergie déposée dans la matière irradiée. Une énergie par unité de volume ou une masse par unité de volume ne définit pas la dose absorbée. Une dose par unité de temps correspond au débit de dose.

Explication

La dose absorbée vérifie $D=\frac{dE}{dm}$ et son unité SI est le gray. Le rapport $\frac{dE}{dt}$ décrit une énergie cédée par unité de temps, et l’unité ancienne de dose absorbée est le rad. Le gray vaut $1\ \mathrm{J.kg^{-1}}$, tandis que le sievert correspond à une grandeur de protection radiologique et que $1\ \mathrm{J.m^{-1}}$ n’est pas l’unité du gray.

Explication

Le débit de dose absorbée est la dose absorbée par unité de temps et décrit donc la rapidité de dépôt de dose. Une dose par unité de masse correspond à une définition incorrecte, tandis que l’énergie par unité de masse décrit la dose absorbée elle-même.

Explication

Le débit de dose absorbée est défini par $\dot D=\frac{dD}{dt}$ et son unité SI est le $\mathrm{Gy.s^{-1}}$. Les autres propositions inversent la relation ou associent des unités qui ne correspondent pas à une dose par unité de temps.