Qu’est-ce Qu’une particule Alpha-définition

les particules Alpha sont des noyaux énergétiques d’hélium. La production de particules alpha est appelée désintégration alpha. Les particules Alpha sont constituées de deux protons et de deux neutrons liés ensemble en une particule identique à un noyau d’hélium. Les particules Alpha sont relativement grandes et portent une double charge positive. Ils ne sont pas très pénétrants et un morceau de papier peut les arrêter. Ils ne parcourent que quelques centimètres mais déposent toutes leurs énergies le long de leurs courts chemins., Dans les réacteurs nucléaires, ils sont produits par exemple dans le combustible (désintégration alpha des noyaux lourds). Les particules Alpha sont généralement émises par tous les noyaux radioactifs lourds présents dans la nature (uranium, thorium ou radium), ainsi que par les éléments transuraniques (neptunium, plutonium ou américium). Les particules alpha particulièrement énergétiques (à l’exception des noyaux d’hélium artificiellement accélérés) sont produites dans un processus nucléaire, connu sous le nom de fission ternaire. Dans ce processus, le noyau d’uranium est divisé en trois particules chargées (fragments de fission) au lieu des deux normales., Le plus petit des fragments de fission le plus probablement (Probabilité de 90%) étant une particule alpha extra énergétique.

Interaction des particules Alpha avec la matière

étant donné que l’interaction électromagnétique s’étend sur une certaine distance, il n’est pas nécessaire qu’une particule alpha effectue une collision directe avec un atome. Ils peuvent transférer de l’énergie simplement en passant à proximité., Les particules Alpha interagissent avec la matière principalement par des forces de coulomb entre leur charge positive et la charge négative des électrons des orbitales atomiques. En général, les particules alpha (comme les autres particules chargées) transfèrent l’énergie principalement par:

• Excitation. La particule chargée peut transférer de l’énergie à l’atome, élevant les électrons à des niveaux d’énergie plus élevés.
• ionisation. L’ionisation peut se produire lorsque la particule chargée a suffisamment d’énergie pour éliminer un électron. Il en résulte une création de paires d’ions dans la matière environnante.,

la Création de paires nécessite de l’énergie qui est perdue à partir de l’énergie cinétique de la particule alpha amenant à décélérer. Les ions positifs et les électrons libres créés par le passage de la particule alpha se réuniront alors, libérant de l’énergie sous forme de chaleur (par exemple l’énergie vibrationnelle ou l’énergie de rotation des atomes). Il existe des différences considérables dans les modes de perte d’énergie et de diffusion entre le passage de particules chargées légères telles que les positrons et les électrons et de particules chargées lourdes telles que les fragments de fission, les particules alpha, les muons., La plupart de ces différences sont basées sur les différentes dynamiques du processus de collision. En général, lorsqu’une particule lourde entre en collision avec une particule beaucoup plus légère (électrons dans les orbitales atomiques), les lois de la conservation de l’énergie et de l’élan prédisent que seule une petite fraction de l’énergie de la particule massive peut être transférée à la particule moins massive. La quantité réelle d’énergie transférée dépend de la proximité avec laquelle les particules chargées traversent l’atome et dépend également des restrictions de quantification des niveaux d’énergie.,

Voir Aussi: Interaction des particules chargées Lourdes avec la matière

puissance D’arrêt – formule de Bethe

une variable pratique qui décrit les propriétés d’ionisation du milieu environnant est la puissance d’arrêt., La puissance d’arrêt linéaire du matériau est définie comme le rapport entre la perte d’énergie différentielle de la particule dans le matériau et la longueur de trajet différentielle correspondante:

,où T est l’énergie cinétique de la particule chargée, nion est le nombre de paires électron-ion formées par unité de longueur de trajet, et I indique l’énergie moyenne nécessaire pour ioniser un atome dans le milieu. Pour les particules chargées, S augmente à mesure que la vitesse des particules diminue. L’expression classique qui décrit la perte d’énergie spécifique est connue sous le nom de formule de Bethe., La formule non relativiste a été trouvée par Hans Bethe en 1930. La version relativiste (voir ci-dessous) a également été trouvée par Hans Bethe en 1932.

dans cette expression, m est la masse de repos de l’électron, β est égal à v/c, ce qui exprime la vitesse de la particule par rapport à la vitesse de la lumière, γ est le facteur de Lorentz de la particule, Q est égal à sa charge, Z est Pour les particules non relativistes (les particules chargées lourdes sont la plupart du temps non relativistes), dT/dx dépend de 1/v2., Ceci peut s’expliquer par le plus grand temps que la particule chargée passe dans le champ négatif de l’électron, lorsque la vitesse est faible.

Le pouvoir d’arrêt de la plupart des matériaux est très élevé pour les particules chargées lourdes et ces particules ont des plages très courtes. Par exemple, la portée d’une particule alpha de 5 MeV est d’environ 0,002 cm en alliage d’aluminium. La plupart des particules alpha peuvent être arrêtées par une feuille de papier ordinaire ou un tissu vivant., Par conséquent, le blindage des particules alpha ne pose pas de problème difficile, mais d’autre part, les nucléides radioactifs alpha peuvent entraîner de graves risques pour la santé lorsqu’ils sont ingérés ou inhalés (contamination interne).

courbe de Bragg

la courbe de Bragg est typique pour les particules alpha et pour d’autres particules chargées lourdes et décrit la perte d’énergie des rayonnements ionisants pendant le voyage à travers la matière. Pour cette courbe est typique le pic de Bragg, qui est le résultat de la dépendance 1/v2 de la puissance d’arrêt. Ce pic se produit parce que la section transversale de l’interaction augmente immédiatement avant que la particule ne s’arrête. Pour la majeure partie de la piste, la charge reste inchangée et la perte d’énergie spécifique augmente en fonction du 1/v2., Près de la fin de la piste, la charge peut être réduite par ramassage d’électrons et la courbe peut tomber.

La courbe de Bragg diffère quelque peu en raison de l’effet de traîne. Pour un matériau donné, la plage sera presque la même pour toutes les particules du même type avec la même énergie initiale. Étant donné que les détails des interactions microscopiques subies par une particule spécifique varient de manière aléatoire, Une petite variation de la plage peut être observée., Cette variation est appelée traînée et elle est causée par la nature statistique du processus de perte d’énergie qui consiste en un grand nombre de collisions individuelles.

ce phénomène, qui est décrit par la courbe de Bragg, est exploité en thérapie particulaire du cancer, car cela permet de concentrer l’énergie d’arrêt sur la tumeur tout en minimisant l’effet sur le tissu sain environnant.

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