Le facteur de conversion de l’énergie des électrons en rayonnements X

Le 8 novembre 2024

interactions atomiques

Le facteur de conversion de l’énergie des électrons en rayonnements X

 

Le facteur de conversion de l’énergie de conversion des électrons en rayonnements X par  conversion dit de freinage (ou rendement de Bremsstrahlung) dépend de l’énergie des électrons et des propriétés du matériau cible, en particulier de son numéro atomique Z.

 

 

 

Approximation du rendement de rayonnements de Freinage

 

Le rendement de Bremsstrahlung (Y) peut être estimé par une formule empirique pour les électrons de haute énergie interagissant avec une cible de numéro atomique élevé (comme le tungstène). Ce rendement représente la proportion d’énergie des électrons cédée aux rayonnements X dit de freinage, par le processus de freinage :

 

Y ≈  9 × 10−10 × Z × E

 

où :

  • Y est le rendement en rayonnement X (proportion d’énergie convertie en rayonnement X),
  • Z est le numéro atomique de la cible,
  • E est l’énergie des électrons en eV.

 

Exemple de calcul pour des électrons de Haute Énergie

 

Pour illustrer, supposons des électrons d’une énergie de 5 MeV (ou 5 × 106 eV) bombardant une cible de tungstène (Z = 74) :

 

 

Y ≈ 0.333

 

Dans ce cas, environ 33,3 %  ( soit 1/3 )de l’énergie des électrons est convertie en rayons X.

 

 

Rendement de conversion pour des énergies plus basses

 

À des énergies plus basses (par exemple en dessous de 100 keV), le rendement de rayonnement X diminue fortement, car les électrons perdent plus d’énergie via des processus d’ionisation et d’excitation, et la probabilité de production de Bremsstrahlung est plus faible.

 

 

Christophe Navarro, Auteur
radiophysicien et radioprotectionniste

 

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Sources documentaires

 

1. Manuels et Ouvrages de Référence

  • Attix, F.H. – Introduction to Radiological Physics and Radiation Dosimetry
    Cet ouvrage est une référence fondamentale en dosimétrie des rayonnements. Il couvre en détail les mécanismes d’interaction des électrons avec la matière, y compris la production de rayons X par rayonnement de freinage et les calculs de rendement.
  • Knoll, G.F. – Radiation Detection and Measurement
    Ce manuel est bien connu dans le domaine de la détection des radiations et offre des informations approfondies sur la production de rayons X par Bremsstrahlung, les rendements de conversion, et les méthodes de calcul pour différents matériaux.

2. Publications Scientifiques et Rapports Techniques

  • National Institute of Standards and Technology (NIST) – XCOM: Photon Cross Sections Database
    La base de données XCOM du NIST propose des informations et des données pour le calcul des coefficients d’atténuation des rayonnements X et gamma. Cette ressource est précieuse pour obtenir des coefficients de conversion et des sections efficaces pour des matériaux spécifiques.
  • Seltzer, S.M., Berger, M.J. – Bremsstrahlung Energy Spectra from Electrons with Kinetic Energy 1 keV–10 GeV Incident on Neutral Atoms with Atomic Number 1–100
    Ce rapport du NIST fournit des données sur les spectres d’énergie des rayonnements de freinage pour une large gamme d’énergies d’électrons et de numéros atomiques, ce qui est essentiel pour estimer le rendement de conversion des électrons en rayons X.

3. Ressources et Guides de Radioprotection

  • International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU) – Report 37: Stopping Powers for Electrons and Positrons
    Ce rapport de l’ICRU fournit des données sur la perte d’énergie des électrons en fonction de leur énergie et du matériau cible. Bien qu’il ne se concentre pas uniquement sur la production de rayons X, il est essentiel pour comprendre les processus de freinage des électrons.
  • International Atomic Energy Agency (IAEA) – Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths
    Ce manuel présente des données sur les rayonnements de freinage pour différentes cibles et est particulièrement utile pour les accélérateurs et les installations de radioprotection.

4. Normes et Réglementations

  • ICRP (International Commission on Radiological Protection) – Publication 107: Nuclear Decay Data for Dosimetric Calculations
    Bien que principalement orientée vers les calculs dosimétriques, cette publication de l’ICRP propose des données précises sur la conversion de l’énergie et les calculs de protection contre les rayonnements, y compris les rendements de rayonnement pour diverses interactions.

5. Sites Web et Bases de Données Accessibles en Ligne

  • X-ray Data Booklet – Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL)
    Ce livret propose un résumé des données sur les rayons X, les rendements de Bremsstrahlung, et les processus de production de rayons X, et il est fréquemment utilisé dans les études de dosimétrie et de conception de blindage.
  • PENELOPE (Penetration and Energy Loss of Positrons and Electrons) – Un code de Monte Carlo pour la simulation du transport des électrons et des photons, largement utilisé pour évaluer la production de rayons X par Bremsstrahlung dans divers matériaux.