Rayonnement ionnisant ?

http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_ionisant

L'onde électromagnétique et le photon

La lumière désigne un rayonnement électromagnétique visible par l'œil humain. Les ondes radio, les rayons X et γ sont également des rayonnements électromagnétiques.

Les rayonnements

L’homme est exposé aux rayonnements depuis son apparition sur Terre. Il est, par exemple, exposé aux rayonnements solaires, c’est-à-dire à la lumière visible provenant du Soleil, laquelle s’accompagne de rayonnements invisibles connus sous le nom de rayonnements ultraviolets et infrarouges.

Ces rayonnements sont des ondes électromagnétiques comme le sont aussi les ondes radio, les rayons X et les rayons gamma.

Rayonnement ionisant

Pouvoir de pénétration (exposition externe). Le rayonnement alpha (constitué de noyaux d'hélium) est simplement arrêté par une feuille de papier. Le rayonnement bêta (constitué d'électrons ou de positrons) est arrêté par une plaque d'aluminium. Le rayonnement gamma (constitué de photons très énergétiques) est atténué (et non stoppé) quand il pénètre de la matière dense, ce qui le rend particulièrement dangereux pour les organismes vivants. Il existe d'autres types de rayonnements ionisants ; ces trois formes sont souvent associées à la radioactivité.
Nouveau pictogramme de risque contre les rayonnements ionisants, transféré le 15 février 2007 par l'AIEA à ISO. Il doit remplacer le pictogramme jaune classique, uniquement « dans certaines circonstances, spécifiques et limitées ».

Un rayonnement ionisant est un rayonnement qui produit des ionisations dans la matière qu'il traverse. Ces rayonnements ionisants, lorsqu'ils sont maîtrisés, ont beaucoup d'usages pratiques bénéfiques (domaines de la santé, industrie…), mais pour les organismes vivants, ils sont potentiellement nocifs à la longue et mortels en cas de dose élevée. Les rayons ionisants sont de natures et de sources variées, et leurs propriétés dépendent en particulier de la nature des particules constitutives du rayonnement ainsi que de leur énergie.

 

Les rayonnements

L’homme est exposé aux rayonnements depuis son apparition sur Terre. Il est, par exemple, exposé aux rayonnements solaires, c’est-à-dire à la lumière visible provenant du Soleil, laquelle s’accompagne de rayonnements invisibles connus sous le nom de rayonnements ultraviolets et infrarouges. Ces rayonnements sont des ondes électromagnétiques comme le sont aussi les ondes radio, les rayons X et les rayons gamma.

Production des rayons X
Article principal : Générateur de rayons X.

Les rayons X sont un rayonnement électromagnétique comme les ondes radio, la lumière visible, ou les infra-rouge.

Exemple de longueur d'onde

Spectre électromagnétique
Longueur d’onde (dans le vide)DomaineFréquenceCommentaire
> à 0,1 mm radio (Wifi, téléphones portables, radar, etc.) inférieure à 3 THz
de 1 mm à 30 cm micro-onde de 1 GHz à 300 GHz incluse dans les ondes radio
de 780 nm à 500 µm infrarouge norme NF/en 1836
de 380 nm à 780 nm lumière visible rouge (620-780 nm)
orange (592-620 nm)
jaune (578-592 nm)
vert (500-578 nm)
bleu (446-500 nm)
violet (380-446 nm)
de 100 nm à 380 nm
de 10-8 m à 10-7 m
ultraviolet de 750 THz à 30 PHz
de 10-11 m à 10-8 m rayon X de 30 PHz à 30 EHz
< à 5x10-12 m rayon γ supérieure à 30 EHz

L’homme est également exposé à d’autres rayonnements invisibles qui proviennent de l’espace et du Soleil, connus sous le nom de rayonnement cosmique. Ces rayonnements de très grande énergie (ondes et particules) sont capables de traverser d’épaisses couches de roches.

Les éléments radioactifs présents dans notre environnement émettent, lors de leurs « désintégrations », des rayonnements alpha, bêta et gamma. Les rayonnements gamma (γ) sont des ondes électromagnétiques tandis que les rayonnements alpha et bêta sont des particules (la particule α est constituée d'un noyau d’hélium ; la particule bêta est constituée d'un électron-) ou d'un positron+)).

L’activité d’un matériau radioactif est le nombre de désintégrations qui se produisent dans ce matériau par unité de temps. L'unité légale est le becquerel (Bq).

Parmi les rayonnements particulaires, existent aussi les neutrons.

Les particules α et β, chargées électriquement, sont directement ionisantes ; les rayons γ et les neutrons sont indirectement ionisants.

 

Les différents rayonnements ionisants

Les rayonnements les plus énergétiques transfèrent assez d’énergie aux électrons de la matière pour les arracher de leur atome. Les atomes ainsi privés de certains de leurs électrons sont alors chargés positivement. Les atomes voisins qui accueillent les électrons se chargent négativement.

Les atomes chargés positivement ou négativement sont appelés ions. Les atomes qui ont perdu au moins un électron sont devenus des ions positifs (cations), tandis que les atomes qui ont reçu au moins un électron sont devenus des ions négatifs (anions).
Les rayonnements capables de provoquer de telles réactions sont dits ionisants.

Les rayonnements ionisants regroupent :

  • les rayonnements d'origine cosmique ;
  • les ondes les plus énergétiques du spectre électromagnétique :
    • les rayons X : produits par des générateurs dans lesquels un faisceau d’électrons est envoyé sur une cible métallique. Il existe deux origines de rayonnements X :
  • les électrons incidents, en interagissant avec le champ coulombien du noyau des atomes sont déviés et freinés, ce qui provoque un rayonnement de spectre continu décrit sous le nom d'effet Bremsstrahlung ;
  • suite au bombardement de la cible par les électrons incidents, celle-ci éjecte des électrons venant des couches internes. Les électrons des couches supérieures y retombent, provoquant un rayonnement suivant des raies discrètes dont la fréquence est liée à la nature de la cible ;
  • les rayons gamma sont émis par des atomes radioactifs lors de leur désintégration ;
  • les rayonnements alpha, bêta moins (β-) et bêta plus (β+) (particules émises par des atomes radioactifs lors de leur désintégration) ;
  • les neutrons ne sont pas des rayonnements directement ionisants, mais puisqu'ils induisent des rayonnements ionisants par les particules secondaires créées lors de leurs interactions avec la matière, ils sont classés parmi les rayonnements ionisants.

 

 

Conséquences liées aux aurores

Avant l'ère des communications par satellites, le meilleur moyen de communication dans les régions vastes et étendues comme celle du Canada était la communication par les ondes radio. Lors d'orages solaires intenses, les communications se voyaient interrompues puisque ces ondes voyagent par le biais de la haute atmosphère[4].

D'après des scientifiques canadiens, les lumières célestes nocturnes seraient à l'origine de plusieurs pannes électriques à grande échelle sur notre planète et même de la perturbation des transmissions d'informations des satellites autour de notre orbite[4].

 http://fr.wikipedia.org/wiki/Aurore_bor%C3%A9ale

Présence sur d'autre planètes

Aurore sur Jupiter, en ultraviolet.

Les aurores polaires ne sont pas un phénomène spécifique à la Terre. Il est possible d'en trouver sur n'importe quelle planète possédant un champ magnétique. Elles sont observables grâce aux photographies prises en ultraviolet par le télescope Hubble[5].

Les aurores polaires vues sur les planètes autres que la Terre peuvent être générées par d'autre phénomènes physiques que ceux provoquant les aurores terrestres. Sur Jupiter, par exemple, l'ovale auroral principal est une conséquence de la "rupture de co-rotation" du plasma : le champ magnétique de la planète entraîne normalement le plasma avec lui, mais, à partir d'une certaine distance, la vitesse à communiquer au plasma devient trop grande et celui-ci ne suit plus. Cela crée un courant électrique à l'origine de l'ovale auroral.

Sur Jupiter, les satellites les plus proches de la planète créent un courant électrique en se déplaçant par rapport au champ magnétique (même phénomène que pour une dynamo). Ces courants créent des "spots auroraux", vus pour la première fois en infrarouge [6], puis en UV[7]. On peut voir ces spots sur l'image ci-

contre, en dehors de l'ovale principal : le spot le plus brillant correspond à Io (à gauche), ceux de Europe et Ganymède sont visibles au premier plan.

Toujours sur Jupiter, un groupe de chercheurs du Laboratoire de Physique Atmosphérique et Planétaire de l’ULg a été en mesure de faire l'observation de phénomènes auroraux sur la géante gazeuse par le biais du

télescope Hubble[8]. En particulier celles dues aux satellites Io, Europe et Ganymède. Leur travail révèle le

détail des spots ultraviolets et permet une meilleure compréhension des phénomènes les engendrant.

Des aurores polaires ont également été photographiées par Hubble sur Saturne[9].

 

 http://fr.wikipedia.org/wiki/Chromosph%C3%A8re

Chromosphère

Chromosphère solaire visible en France lors de l'éclipse totale de 1999

La chromosphère est la basse atmosphère du Soleil. C'est une fine couche rose de gaz, transparente pour la lumière visible, située entre la photosphère et la couronne solaire[1].

Elle n'est visible que lors d'une éclipse totale de Soleil ou à l'aide d'un coronographe.

Sa couleur rose est due à l'émission lumineuse de l'hydrogène ionisé à la longueur d'onde (656,3 nm).

Propriétés et comportement

Son épaisseur est de l'ordre de quinze milliers de km.

Contrairement à l'intérieur du Soleil, la température dans la chromosphère augmente au fur et à mesure que l'on s'éloigne du Soleil, en même temps que la pression diminue.

Le plasma qui constitue la chromosphère est très peu dense puisque la densité électronique Ne ne dépasse pas 1018 électrons par m³.

C'est dans la chromosphère que jaillissent les spicules (filets de gaz s'échappant à très haute vitesse), les protubérances et les éruptions solaires, jets de gaz et de matière de plusieurs centaines de milliers de kilomètres de hauteur.

Les protubérances peuvent être éruptives lorsqu'elles éjectent de la matière dans l'espace ; elles ressemblent souvent à des ponts aux arches de plusieurs dizaines de milliers de kilomètres de portée.

Elle fut étudiée par les savants Fraunhofer puis Kirchhoff qui découvrirent qu'elle absorbait certaines longueurs d'onde émises par le soleil.

 

 http://fr.wikipedia.org/wiki/H%C3%A9lium

L'hélium est, après l'hydrogène, l'élément le plus abondant de l'Univers. Actuellement, pratiquement tout l'hélium a été produit lors de la nucléosynthèse primordiale. Les autres origines sont discutées ci-après dans la sous-section abondance naturelle.

Son étymologie provient du grec Hélios (Ἥλιος / Hếlios), le Soleil, ce gaz ayant été observé pour la première fois dans le spectre solaire

L'hélium est aussi le gaz le moins hydrosoluble de tous les gaz connus[19]. En raison de la petite taille de ses atomes, sa vitesse de diffusion à travers les solides est égale à trois fois celle de l'air et environ 65 % celle de l'hydrogène.

L'indice de réfraction de l'hélium est plus proche de l'unité que celui de n'importe quel autre gaz[20]. La vitesse du son dans l'hélium est supérieure à celle dans tout autre gaz, sauf l'hydrogène[21].

Contrairement au plasma, le gaz est un excellent isolant électrique.

Plasma

Une lampe à décharge fonctionnant à l'hélium.

La plupart de l'hélium extraterrestre se trouve dans l'état de plasma, dont les propriétés diffèrent notablement de celles de l'hélium atomique. Dans le plasma, les électrons de l'hélium ne sont pas liés au noyau, ce qui conduit à une très grande conductivité électrique, même quand l'ionisation est partielle. Les particules chargées sont très sensibles aux champs électrique et magnétique. Par exemple, dans le vent solaire, l'hélium et l'hydrogène ionisés interagissent avec la magnétosphère terrestre, donnant lieu aux phénomènes de courants de Birkeland et aux aurores polaires[22].

Comme les autres gaz nobles, l'hélium a des niveaux d'énergie métastables qui lui permettent de rester excité dans une décharge électrique dont la tension est inférieure à son potentiel d'ionisation. Ceci permet son utilisation dans les lampes à décharge.

Liquide

Contrairement aux autres éléments, l'hélium reste liquide jusqu'au zéro absolu, à des pressions inférieures à 25 atm. Ceci est une conséquence directe de la mécanique quantique : plus précisément l'énergie des atomes dans l'état fondamental du système est trop élevée pour permettre la solidification (voir sous-chapitre #Solide).

Au-dessous du point d'ébullition à 4,22 K et au-dessus du point lambda à 2,1768 K, l'hélium 4 existe sous forme d'un liquide normal incolore, appelé hélium I[18]. Comme les autres liquides cryogéniques, il bout quand il est chauffé et se contracte quand sa température est abaissée. L'hélium I a un indice de réfraction voisin de celui des gaz : 1,026 ; ce qui rend sa surface tellement difficile à apercevoir que l'on utilise souvent des flotteurs de mousse de polystyrène pour voir son niveau[23]. Ce liquide incolore a une viscosité très faible et une densité de 0,125 = 1/8, ce qui n'est qu'un quart de la valeur prévue par la physique classique[23]. Il faut recourir à la mécanique quantique pour expliquer cette propriété et donc l'hélium liquide sous ses diverses formes est appelé fluide quantique, pour signifier que les effets de la mécanique quantique, normalement sensibles seulement à l'échelle microscopique, se manifestent à l'échelle macroscopique car l'atome d'hélium 4 est un boson. Ceci s'interprète comme une conséquence du fait que le point d'ébullition est si rapproché du zéro absolu que les mouvements thermiques aléatoires ne peuvent plus masquer les propriétés atomiques[23].

 

La conductivité thermique de l'hélium II est supérieure à celle de tout autre corps connu. Ceci empêche l'hélium II de bouillir, car tout apport de chaleur se transporte immédiatement à la surface, où il provoque tout simplement l'évaporation en gaz. Cette conductivité est un million de fois supérieure à celle de l'hélium I, et plusieurs centaines de fois celle du cuivre[18]. Ceci est dû au fait que la conduction de la chaleur se fait par un mécanisme quantique exceptionnel. La plupart des matériaux bons conducteurs de la chaleur ont une bande de valence d'électrons libres qui servent à conduire la chaleur. L'hélium II n'a pas de telle bande et pourtant conduit bien la chaleur. Le flux de chaleur obéit à des équations semblables aux équations d'onde de la propagation du son dans l'air. Quand de la chaleur est introduite, elle se déplace à 20 m⋅s-1 à 1,8 K dans l'hélium II. On appelle ces ondes deuxième son[25].

L'hélium II rampe sur les surfaces de façon à rétablir l'équilibre hydrostatique.

Contrairement aux liquides ordinaires, l'hélium II rampe le long des surfaces, même, apparemment, contre la gravité. Il s'échappera d'un récipient non fermé en rampant sur les côtés, à moins qu'il ne rencontre un endroit moins froid où il s'évapore. Quelle que soit la surface, il se déplace en un film de quelque 30 nm. Ce film est appelé film de Rollin, en souvenir du physicien qui l'a caractérisé le premier, Bernard V. Rollin[25],[26],[27]. Suite à cet effet et à la capacité de l'hélium II de passer rapidement à travers de petites ouvertures, il est difficile de confiner l'hélium liquide. À moins que le récipient ne soit astucieusement construit, l'hélium II escaladera les parois et passera à travers les vannes jusqu'à ce qu'il atteigne une région plus chaude où il s'évaporera. Les ondes qui se propagent le long d'un film de Rollin obéissent aux mêmes équations que les vagues en eau peu profonde, mais la force de rappel est ici la force de van der Waals à la place de la gravité[28]. Ces ondes sont connues sous le nom de troisième son[29]

 

 Suite !!

 

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