Pouvoir d'arrêt (rayonnement ionisant) 1348338 25448456 2008-01-28T07:30:40Z Analphabot 167728 Maintenance du modèle : Voir homonymes, Replaced: {{homon|Pouvoir d'arrêt}} → {{Voir homonymes|Pouvoir d'arrêt}} {{Voir homonymes|Pouvoir d'arrêt}} [[Image:Stopping_H_in_Al.png|thumb|250px|Pouvoir d'arrêt de l'[[aluminium]] pour les [[proton]]s, en fonction de l'[[énergie]] des protons.]] En traversant la matière, les particules chargées energétiques [[ionisation|ionisent]] les atomes ou molécules sur leur parcours. Par conséquent, les particules perdent peu à peu leur énergie. Le '''pouvoir d'arrêt''' est la perte moyenne d'énergie de la particule par distance parcourue, mesurée par exemple en [[MeV]]/cm (voir la figure ci-contre). == Pouvoir d'arrêt et parcours == Le pouvoir d'arrêt dépend du type de particule, de son énergie et des propriétés de la matière traversée. Car la production d'un paire d'[[ion]]s (typiquement un ion positif et un électron) requiert une quantité fixe d'énergie (par exemple, à peu près 33&nbsp;eV pour l'air), la densité d'ionisation est proportionnelle au pouvoir d'arrêt du matériau. Les [[électron]]s, les [[ion]]s atomiques, les [[méson]]s etc. perdent tous de l'énergie en traversant la matière. Ici, nous considérons surtout des ions atomiques. Le ''pouvoir d'arrêt'' mesure une propriété du matériau, tandis que la ''perte d'énergie par cm'' considère la situation du point de vue de la particule. Mais la valeur et les unités sont les mêmes et cette valeur est normalement positive, à cause du signe moins devant la définition suivante: [[Image:Bragg_Curve_for_Alphas_in_Air.png|thumb|250px|La courbe Bragg pour les particules alpha de 5,49 MeV dans l'air]] <center><math>S(E) = -{dE \over dx} </math></center> où <math>E</math> est l'énergie, et <math>x</math> est la distance parcourue. Le pouvoir d'arrêt, et par conséquent la densité d'ionisation, croissent normalement avec la décélération: c'est la '''courbe Bragg''', nommée d'après [[William Henry Bragg]]. Un peu devant la fin du [[parcours d'une particule|parcours]], la perte d'énergie passe par un maximum, le ''pic de Bragg''. Ce pic est primordial en [[radiothérapie]]. Dans la figure ci-contre, on voit que le pouvoir d'arrêt des [[Particule α|particules α]] de 5,49&nbsp;MeV dans l'air monte avant d'atteindre un maximum (cette énergie correspond à la désintégration α du gaz [[radon]] {{p|222}}Rn qui est présent dans l'atmosphère des lieux aux sols [[granite|granitiques]]). On peut calculer le parcours moyen en [[intégrale|intégrant]] la réciproque du pouvoir d'arrêt ''S(E)'' sur la quantité d'énergie. [[Image:BraggPeak.png|thumb|left|250px|Absorption de divers faisceaux par l'eau : en bleu et orange, des courbes de Bragg pour les protons à 250&nbsp;MeV, en rose l'absorption de rayons gamma.]] La figure à gauche montre l'absorption par l'eau d'un faisceau de [[proton]]s [[Accélérateur de particules|accélérés]] à 250&nbsp;MeV (courbe orange); cette courbe a un pic très aigu. Pour irradier une tumeur plus épaisse en [[Hadronthérapie|radiothérapie]], on peut élargir cette pointe en modifiant l'énergie de l'accélérateur ou en utilisant de matériau absorbant(courbe bleue). Cette figure montre également l'absorption d'un faisceau de [[photon]]s de haute énergie (courbe rose). Cette courbe est tout à fait différente (essentiellement une décroissance exponentielle), car le photon ne perd pas son énergie progressivement par des [[ionisation]]s successives, mais il perd souvent toute son énergie en une seule ionisation. L'absorption de photons n'est pas décrite par le pouvoir d'arrêt, mais par un [[Rayon gamma#Interaction avec la matière|coefficient d'absorption]].{{clr}} == Pouvoir d'arrêt électronique et nucléaire == Le '''pouvoir d'arrêt électronique''' provient du ralentissement par les collisions inélastiques entre les électrons du matériau et l'ion passant. Ces collisions engendrent des excitations et ionisations des électrons du matériau, ainsi que des électrons de l'ion. Au dessus d'une énergie de quelque cent [[Électron-volt|keV]] par nucléon, on peut calculer le pouvoir d'arrêt électronique avec une précision de quelque pour cent, en utilisant par exemple la [[Formule de Bethe|formule de Bethe]]. Pour les énergies plus basses, le calcul devient plus difficile<ref name="Sigmund 2005">{{Ouvrage |éditeur=[[Springer Verlag|Springer]] |collection=Solid-state sciences |titre=Particle Penetration and Radiation Effects: General Aspects and Stopping of Swift Point Charges |auteurs=P. Sigmund |lien langue={{en}} |année=2005 |isbn=978-3-540-31713-5 |présentation en ligne=http://www.springer.com/west/home/new+&+forthcoming+titles+(default)?SGWID=4-40356-22-128867586-0 }}</ref>. On trouve en ligne les valeurs expérimentales du pouvoir d'arrêt électronique pour beaucoup d'ions et de matériaux<ref name="Stopping Power Graphs">[http://www.exphys.uni-linz.ac.at/Stopping/ Une collection de mesures expérimentales] compilée par H. Paul sur le site de l'université de Linz</ref>. La précision de ces tables de pouvoir d'arrêt électronique a été analysée par exemple par H. Paul<ref>{{Ouvrage |éditeur=[[Elsevier Science]] |collection=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B |volume=247 issue 2 |titre=A comparison of recent stopping power tables for light and medium-heavy ions with experimental data, and applications to radiotherapy dosimetry |auteurs=H. Paul |lien langue={{en}} |année=2006 |issn=0168-583X |présentation en ligne=http://dx.doi.org/10.1016/j.nimb.2006.01.059 |passage=166-172 }}</ref>. [[Image:Electronic nuclear stopping Al in Al.png|300px|thumb|Pouvoir d'arrêt de l'aluminium pour les ions aluminium, en fonction de l'énergie des ions. Typiquement, le maximum du pouvoir d'arrêt nucléaire se situe autour de 1&nbsp;keV par [[nucléon]], et la maximum du pouvoir d'arrêt électronique au dessus de 100 keV par nucléon]] Le '''pouvoir d'arrêt nucléaire''' est produit par les collisions élastiques entre l'ion et les atomes du matériau (cependant, l'expression ''[[nucléaire]]'' n'a rien à voir avec les forces nucléaires, c'est-à-dire l'[[interaction forte]]). Si l'on connaît la forme du [[potentiel]] répulsif <math>V(r)</math> entre l'ion et l'atome, on peut calculer le pouvoir d'arrêt nucléaire <math>S_n (E)</math>. Dans la figure en tête d'article pour les protons dans l'aluminium, la contribution nucléaire est négligeable partout, sauf pour les plus basses énergies. Mais si la masse de l'ion devient plus grande, la contribution nucléaire croît aussi. Dans l'image ci-contre, pour des ions aluminium, le pouvoir d'arrêt nucléaire à basse énergie est déjà plus grand que le pouvoir d'arrêt électronique. Par conséquent, pour les énergies pas trop hautes, le pouvoir d'arrêt est la somme de deux contributions: <math>S(E) = S_e (E) + S_n (E)</math>. Il existe différents modèles semi-empiriques pour calculer le pouvoir d'arrêt, notamment le modèle de Ziegler, Biersack et Littmark décrit à l'origine dans leur ouvrage<ref>{{Ouvrage |auteurs=J. F. Ziegler, J. P. Biersack et U. Littmark |titre=The Stopping and Range of Ions in Matter |volume=1 |éditeur=Pergamon Press |année=1985 |isbn=0-08-021603-X }}</ref> et désormais largement utilisé par l'intermédiaire de programmes téléchargeables<ref>[http://www.SRIM.org La page de téléchargement] du logiciel SRIM chez J.F. Ziegler</ref>. ==Références== <references /> ==Liens externes== * {{en}} [http://pdg.lbl.gov/2006/reviews/passagerpp.pdf Passage des particules chargées par les matériaux] * {{en}} [http://www.physics.nist.gov/PhysRefData/Star/Text/programs.html Pouvoir d'arrêt pour protons et alphas] * {{en}} [http://www.exphys.uni-linz.ac.at/Stopping/ Pouvoir d'arrêt: dates expérimentales et images] {{portail physique}} [[en:Stopping power (particle radiation)]] [[de:Bremsvermögen]] [[Catégorie: physique nucléaire]] [[Catégorie: physique atomique]]