Effet Compton Rayon X
L'effet Compton ou la diffusion Compton est l'une des principales formes d'interaction entre photons. C'est la principale cause de la diffusion du rayonnement dans un matériau.
Il est dû à l'interaction du photon (rayons X ou gamma) avec des électrons libres (non attachés aux atomes) ou des électrons de la couche de valence (couche externe) faiblement liés.
Le photon incident qui en résulte est diffusé (change de direction) et transmet de l'énergie à l'électron (électron de recul).
Le photon diffusé aura une longueur d'onde différente (phénomène observé) et donc une énergie différente (E=hc/λ). L'énergie et la quantité de mouvement sont conservées dans ce processus.
L'effet Compton est un processus d'absorption partielle et comme le photon original a perdu de l'énergie, on parle de décalage Compton (c'est-à-dire un décalage de longueur d'onde/fréquence). Le changement de longueur d'onde du photon diffusé peut être déterminé par 0,024 (1- cos θ), où θ est l'angle du photon diffusé.
Ainsi,
L'énergie du photon diffusé diminue lorsque l'angle du photon diffusé augmente.
Probabilité de l'effet Compton
Est directement proportionnelle à :
- Le nombre d'électrons de la couche externe, c'est-à-dire la densité électronique
- La densité physique du matériau
Inversement proportionnelle à :
- L'énergie du photon
Ne dépend pas du :
- Numéro atomique (contrairement à l'effet photoélectrique et à la production de paires).
En d'autres termes, la probabilité de l'effet Compton dépend du nombre d'électrons par gramme dans le matériau absorbant, qui est approximativement le même pour la plupart des éléments (environ 3 x 1023).
L'élément hydrogène fait toutefois exception à la règle, car il n'a pas de neutrons dans son noyau et sa densité électronique est donc deux fois plus élevée que celle de tous les autres éléments (environ 6 x 1023), de sorte que l'effet Compton est indépendant du numéro atomique (Z) de l'absorbeur.
L'importance de l'effet Compton réside dans le fait qu'il devient le processus dominant lorsque les tissus humains sont irradiés dans la plage d'énergie de 30 keV à 30 MeV, soit la plage de rayonnement diagnostique et thérapeutique.
Histoire et étymologie
Nommé d'après le professeur Arthur Holly Compton (1892-1962), physicien américain, qui a reçu le prix Nobel de physique en 1927 pour sa découverte de l'effet Compton.