Rayon gamma
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{{Voir homonymes|gamma (homonymie)}}
[[Image:Gammadecay-1.jpg|thumb|rayons gamma]]
Les '''rayons gamma''', symbolisés par la [[alphabet grec|lettre grecque]] γ, sont une forme de [[rayonnement électromagnétique]] : il s'agit de photons de haute énergie (au-delà de 100[[keV]]). Ils possèdent une longueur d'[[onde]] très courte, inférieure à 5 picomètres, et peuvent être produits par la [[désintégration γ]] ou d'autres processus nucléaires ou subatomiques tels que l'annihilation d'une paire [[électron]]-[[positron]].
La découverte des rayons gamma est due à [[Paul Villard]], chimiste français (1860-1934).
== Caractéristique ==
Les rayons gamma sont plus pénétrants que les rayonnements [[particule alpha|alpha]] et les [[particule bêta|bêta]], mais sont moins [[ion]]isants. Ils sont de même nature que les [[rayon X|rayons X]] mais sont d'origine différente.
Les rayons gamma sont produits par des transitions nucléaires tandis que les rayons X sont produits par des [[transition électronique|transitions électroniques]] provoquées en général par la collision d'un électron avec un [[atome]], à haute vitesse.
Comme il est possible pour certaines transitions électroniques d'être plus énergétiques que des transitions nucléaires, il existe un certain chevauchement entre les rayons X de haute énergie et les rayons gamma de faible énergie.
Le blindage contre les rayons gamma requiert des grandes quantités de [[matière]].
Par exemple un blindage qui réduit de {{unité|50|%}} l'intensité des rayons gamma nécessite 1 cm de [[plomb]], 6 cm de [[béton]] ou 9 cm de terre.
== Danger ==
Les rayons gamma provenant de retombées radioactives seraient probablement le plus grand danger dans le cas d'une [[guerre nucléaire]].
Si les rayons gamma sont moins ionisants que les rayons alpha ou bêta, ils demandent des épaisseurs de blindage beaucoup plus importantes pour s'en protéger (de l'ordre de quelques mètres d'épaisseur de béton armé).
Ils produisent des dégâts similaires à ceux produits par les [[rayon X|rayons X]] ou les [[ultraviolet|ultraviolets]], tel que [[brûlure]]s, [[cancer]]s et [[Mutation (génétique)|mutations]] génétiques.
== Interaction avec la matière ==
En passant par la matière, les rayons gamma sont absorbés d'une manière exponentielle:
:<math>\displaystyle
I(d) = I_0 e^{-\mu d}
</math>
Ici, μ = ''n''σ est le '''coefficient d'absorption''', mesuré en cm<sup>-1</sup>, ''n'' le nombre d'atomes par cm<sup>3</sup> dans la matière, σ la [[section efficace]] d'absorption en cm<sup>2</sup> et ''d'' l'épaisseur du matériau en cm.
[[Image:Gamma_Abs_Al.png|300px|thumb|Le coefficient d'absorption total de l'aluminium pour les rayons gamma, et les contributions des trois effets. Ici, l'effet Compton domine.]]
[[Image:Gamma_Abs_Pb.png|300px|thumb|Le coefficient d'absorption total du plomb pour les rayons gamma, et les contributions des trois effets. Ici, l'effet photoélectrique domine pour l'énergie basse, et la production des paires au-dessus de 5 MeV.]]
Les rayons gamma interagissent avec la matière via trois mécanismes principaux :
==== Effet photoélectrique ====
Dans l'[[effet photoélectrique]], un [[photon]] gamma interagit avec la matière en transférant l'intégralité de son énergie à un [[électron]] d'orbitale qui est alors éjecté de l'[[atome]] auquel il était lié.
L'[[énergie cinétique]] de ce ''photo''-électron est égale à l'énergie du photon gamma moins l'[[énergie d'ionisation|énergie de liaison]] de l'électron.
L'effet photoélectrique est supposé être le mécanisme principal de transfert d'énergie des rayons X et des rayons gamma d'énergie inférieure à 50 [[électron-volt|keV]], mais est beaucoup moins important à plus hautes énergies.
==== Diffusion Compton ====
Dans le cas de la [[diffusion Compton]], le photon gamma possède une énergie plus que suffisante pour arracher un électron d'orbitale; l'énergie restante est réémise sous forme d'un nouveau photon gamma de moindre énergie et dont la direction d'émission est différente de la direction incidente du photon gamma d'origine.
L'efficacité de la diffusion Compton diminue avec l'augmentation de l'énergie des photons;
on pense que c'est le principal mécanisme d'absorption des rayons gamma dans la gamme d'énergie entre 100 keV et 10 MeV, qui est celle qui inclut la plus grande part de radiations gamma provenant d'une [[explosion nucléaire]].
La diffusion Compton est relativement indépendante du [[numéro atomique]] de la matière absorbant les photons gamma.
==== Production de paires ====
En interagissant avec la [[force de Coulomb]] au voisinage d'un noyau atomique, l'énergie du photon gamma incident peut spontanément être convertie en [[masse]] sous la forme d'une paire [[électron]]-[[positron]].
La production d'une telle paire nécessite une énergie supérieure à la [[masse au repos]] des particules qui la composent, soit 1,022 MeV :
l'énergie excédentaire est transférée sous forme d'énergie cinétique à la paire formée ainsi qu'au noyau de l'atome.
L'électron produit, qui est souvent appelé ''électron secondaire'', est hautement ionisant.
Quant au positron, très ionisant aussi, il possède une très courte durée de vie dans la matière : 10<sup>-8</sup> seconde, car dès qu'il est à peu près arrêté, il se combine avec un autre électron ; la masse totale de ces deux particules est alors convertie en deux photons gamma de 0,511 MeV chacun.
Les électrons (positrons) produits par ces trois processus, produisent beaucoup d'[[ionisation]]s, qui les ralentissent jusqu'à la fin de leur parcours, où les positrons s'annihilent.
== Apparition dans la culture populaire ==
* Le personnage de [[Hulk]] est supposé avoir été exposé aux rayons gammas pour devenir ainsi
== Articles connexes ==
*[[Rayonnement ionisant]]
*[[Radioactivité]]
*[[Interaction rayonnement-matière]]
*[[Radioprotection]]
*[[Pollution radioactive]]
*[[Sursaut gamma]] (Gamma ray bursts)
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