Nature du danger du rayonnement gamma

[Antropos]

Bonjour, j'ai une nouvelle question de profane.

Si je comprends bien, les rayonnements électromagnétiques alpha, bêta et X sont dangereux pour l'organisme car il s'agit de particules hautement énergétiques ? De fait, lorsqu'elles percutent des atomes, elle peuvent causer des dégâts ? (pour résumer très large) De la même façon qu'une balle tirée par un pistolet cause des dégâts sur la matière.

En revanche le rayonnement gamma n'est constitué que de photons ! Ceux-ci n'ont pas de masses, donc leur valeur énergétique est sensée s'annuler.

Cela dit, une équation affirme que dans certains cas, les photons peuvent être dotés d'une masse selon la relation de Planck-Einstein. Dans ce cas, les photons gamma sont donc des photons énergétiques qui peuvent causer des dégâts sur l'organisme.

Et ils s'agit du rayonnement le plus dangereux du fait qu'ils s'agissent des corpuscules les plus rapides ? Vitesse de la lumière dans le vide ? Les autres rayonnements n'étaient pas aussi rapides ?
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[ansset]

mais tous les rayonnements électromagnétiques sont des photons.
avec des niveaux d'énergies variables.
donc : aucun rapport avec les masses, ni avec les vitesses.
uniquement les fréquences.( et bien sur l'intensité )

[Antropos]

tous les rayonnements électromagnétiques sont des photons.

Ce ne sont pas que des photons, dans le cas des rayonnements a et b, par exemple

aucun rapport avec les masses, ni avec les vitesses.
uniquement les fréquences.( et bien sur l'intensité )

Alors qu'est ce qui les rend dangereux pour l'organisme ?

Ce n'est pas le fait qu'ils constituent des particules énergétiques, donc des masses propulsées à haute vitesse ?

[mach3]

Si je comprends bien, les rayonnements électromagnétiques alpha, bêta et X sont dangereux pour l'organisme car il s'agit de particules hautement énergétiques ? De fait, lorsqu'elles percutent des atomes, elle peuvent causer des dégâts ? (pour résumer très large) De la même façon qu'une balle tirée par un pistolet cause des dégâts sur la matière.

En revanche le rayonnement gamma n'est constitué que de photons ! Ceux-ci n'ont pas de masses, donc leur valeur énergétique est sensée s'annuler.

les X comme les gamma sont des photons (parfois d'ailleurs les mêmes, l’appellation étant en lien avec la nature de leur source et pas leur énergie).

La masse et l'énergie sont deux choses différentes, même si elles sont liées, les confondre c'est comme confondre la longueur d'un piquet et la différence d'altitude entre la base et le sommet de ce piquet (confusion qui ne pose pas de problème tant que le piquet est parfaitement vertical...).

L'énergie d'une particule libre dans un référentiel donné est : , avec m sa masse et p sa quantité de mouvement dans ce référentiel.
-Si la particule est au repos dans le référentiel, la quantité de mouvement est nulle et on a simplement le fameux E=mc².
-Si la masse est nulle, la quantité de mouvement ne l'est pas forcément. On a E=pc. Un photon possède une masse nulle, sa quantité de mouvement est et son énergie est , avec h la constante de Planck, sa longueur d'onde et sa fréquence.

Ce ne sont pas que des photons, dans le cas des rayonnements a et b, par exemple

les alphas et les bétas ne sont pas du rayonnement électromagnétique, contrairement aux X et aux gammas.

Ce n'est pas le fait qu'ils constituent des particules énergétiques, donc des masses propulsées à haute vitesse ?

Pas besoin de masse pour faire des dégats, la quantité de mouvement suffit.
Certes dans la vie quotidienne, on est habitué à ce que la quantité de mouvement dépende de la masse. Sa formule classique est d'ailleurs p=mv. Mais on sait que cette formule n'est valable que pour les particules de masse non nulle et de vitesse faible. L'expérience montre que la quantité de mouvement peut être non nulle alors que la masse est nulle.

m@ch3

note : le mot masse est ici utilisé dans son acception moderne, c'est-à-dire dans le même sens que "masse au repos", terme obsolète que l'on peut trouver dans certains textes, soit anciens, soit pas à la page

[A voir en vidéo sur Futura]

[ansset]

je sais pas ce que tu entends par rayonnement "a et b" ?
pour les rayons X et gamma évoqués:

Les rayons X sont une forme de rayonnement électromagnétique à haute fréquence constitué de photons dont la longueur d'onde
est comprise approximativement entre 0,001 nanomètre
et 10 nanomètres (10⁻¹² m et 10⁻⁸ m), correspondant à des fréquences de 30 pétahertzà 300 exahertz (3×10¹⁶ Hz à 3×10²⁰ Hz).
L'énergie de ces photons va d'une centaine d'ev (électron-volt), à environ un MeV
.
Un rayon gamma désigne le rayonnement électromagnétique à haute fréquence d'un photon dont la longueur d'onde est inférieure à 1 picomètre (<10⁻¹² m) ce qui correspond à des fréquences supérieures à 30 exahertz(>3×10¹⁹ Hz).
Ils peuvent avoir une énergie allant de quelques keV¹ à plusieurs centaines de GeV
. ( wiki )

nulle de considération de masse ou de vitesse ici.

[Antropos]

-Si la masse est nulle, la quantité de mouvement ne l'est pas forcément. On a E=pc. Un photon possède une masse nulle, sa quantité de mouvement est et son énergie est , avec h la constante de Planck, sa longueur d'onde et sa fréquence.

Pas besoin de masse pour faire des dégats, la quantité de mouvement suffit.
Certes dans la vie quotidienne, on est habitué à ce que la quantité de mouvement dépende de la masse. Sa formule classique est d'ailleurs p=mv. Mais on sait que cette formule n'est valable que pour les particules de masse non nulle et de vitesse faible. L'expérience montre que la quantité de mouvement peut être non nulle alors que la masse est nulle.

Je comprends mieux à présent, merci.

Cela dit, il y a quelque chose qui m'échappe encore.

J'ai du mal à comprendre comment une particule sans-masse peut être dotée d'énergie.

Si p=mv ne concerne que les particules possédants une masse, quelle est la formule permettant de doter un photon d'une quantité de mouvement ?

Et surtout, puisque la notion de masse disparaît de la formule, comment se fait-il que l'on parle encore de quantité de mouvement ?

En fait, je ne comprends pas la nature des dégâts causés par des particules sans-masses sur les atomes. Comment expliquer ces dégâts ? Sans masse et E=Mc2 donnent des résultats nuls, donc des particules sans énergie.

Merci en tout cas pour ces explications.

[Antropos]

En fait, la nature du danger ne vient pas de sa masse, puisque inexistante, mais de l’interaction du photon gamma avec la force de Coulomb au voisinage d'un noyau atomique ?

[mach3]

J'ai du mal à comprendre comment une particule sans-masse peut être dotée d'énergie.

Si une particule n'a ni masse ni énergie, elle n'est rien. Au minimum, il faut de l'énergie.

Post que j'ai fait il n'y a pas longtemps pour mieux comprendre la relation masse/énergie/quantité de mouvement : http://forums.futura-sciences.com/ph...ml#post6138496

Si p=mv ne concerne que les particules possédants une masse, quelle est la formule permettant de doter un photon d'une quantité de mouvement ?
Et surtout, puisque la notion de masse disparaît de la formule, comment se fait-il que l'on parle encore de quantité de mouvement ?

c'est , ou encore, en vectoriel, , avec k le vecteur d'onde, dont la norme est l'inverse de la longueur d'onde. Cette formule est générale et s'applique aussi aux particules massives (relation de de Broglie, la dualité onde-corpuscule, tout ça).

En fait, je ne comprends pas la nature des dégâts causés par des particules sans-masses sur les atomes.

Une force, c'est une variation de quantité de mouvement. Si une particule cède de la quantité de mouvement à un corps, elle exerce une force sur lui, elle va mettre le corps en mouvement et/ou le déformer. Les photons X et gamma ont de la quantité de mouvement. Beaucoup. Assez pour dégager des électrons de cortèges électroniques (ruptures de liaison, ionisation), voire même assez pour éjecter des atomes de leurs place pour les plus violents.

m@ch3

[ansset]

c'est une des interactions, avec l'effet photoélectrique et la diffusion Compton.

quand à l'expression "quantité de mouvement", elle est la même car analogue, même si la particule n'a pas de masse.
dsolé pour le croisement ( pas vu la réponse précédente )

[Antropos]

Une force, c'est une variation de quantité de mouvement. Si une particule cède de la quantité de mouvement à un corps, elle exerce une force sur lui, elle va mettre le corps en mouvement et/ou le déformer. Les photons X et gamma ont de la quantité de mouvement. Beaucoup. Assez pour dégager des électrons de cortèges électroniques (ruptures de liaison, ionisation), voire même assez pour éjecter des atomes de leurs place pour les plus violents.

Ok, c'est clair cette fois. Il me reste à peaufiner de mon côté la notion de quantité de mouvement que vous avez largement expliqué.
Merci pour le lien, et l'explication.

c'est une des interactions, avec l'effet photoélectrique et la diffusion Compton.

quand à l'expression "quantité de mouvement", elle est la même car analogue, même si la particule n'a pas de masse.

Merci pour ces notions. Je ne connaissais pas bien ces deux phénomènes qui sont effectivement au cœur du rayonnement gamma et de son action sur la matière.

[XK150]

Bonjour ,
Votre vision des dégâts biologiques provoqués par les rayonnements est un peu réductrice .
Qu'ils soient alpha , beta , gamma , neutron , proton , ce sont avant tout des rayonnements IONISANTS , directement ou indirectement .
Ils perdent leur énergie en ionisant les cellules tout au long de leur parcours entraînant des modifications chimiques , font apparaître des radicaux libres ou encore agressent la structure de l'ADN .
Certains ont un parcours faibles , comme les alpha mais non sans danger car ils déposent toute leur énergie ' au même endroit " .
Les gammas sont très fortement ionisants selon leur énergie , et ils ont des parcours très longs car ce ne sont pas des particules chargées .
Le sujet est largement traité sur Internet .
Un résumé basique , très pédagogique :

http://www.laradioactivite.com/site/...iologiques.htm

[Antropos]

Bonjour ,
Votre vision des dégâts biologiques provoqués par les rayonnements est un peu réductrice .
Qu'ils soient alpha , beta , gamma , neutron , proton , ce sont avant tout des rayonnements IONISANTS , directement ou indirectement .
Ils perdent leur énergie en ionisant les cellules tout au long de leur parcours entraînant des modifications chimiques , font apparaître des radicaux libres ou encore agressent la structure de l'ADN .
Certains ont un parcours faibles , comme les alpha mais non sans danger car ils déposent toute leur énergie ' au même endroit " .
Les gammas sont très fortement ionisants selon leur énergie , et ils ont des parcours très longs car ce ne sont pas des particules chargées .
Le sujet est largement traité sur Internet .
Un résumé basique , très pédagogique :

http://www.laradioactivite.com/site/...iologiques.htm

Effectivement, c'est ce que j'ai fini par comprendre dans la discussion, merci pour le lien.

[Nicophil]

Et surtout, puisque la notion de masse disparaît de la formule, comment se fait-il que l'on parle encore de quantité de mouvement ? Sans masse, donne...

... E = pc. Je préfère dire qu'un photon n'a pas de quantité de mouvement mais a (ou est !) une impulsion.

[Sethy]

Pour ma part, c'est cette relation entre la masse et la masse au repos (m0) que je trouve intéressante :



Si v tend vers c, v/c tend vers 1 et le dénominateur tend vers 0, ce qui fait tendre la masse vers l'infini.

Poser ici la masse au repos du photon comme nul (ou de tout autre objet se déplaçant à la vitesse de c), permet de s'affranchir de cette infini.

[ansset]

Bof ! je ne suis pas très fan de cette notion de "masse d'inertie relativiste".
la masse restant pour moi liée simplement à la "quantité de matière".
l'expression
E²=m²c^4'+p²c² suffit amplement à couvrir tous les cas de figure, sans rajouter des concepts inutiles.

[albanxiii]

Bof ! je ne suis pas très fan de cette notion de "masse d'inertie relativiste".

Personne ne semble plus l'être depuis des dizaines d'années. Cela amène des problèmes comme celui de la masse transversale qui serait différente de la masse longitudinale, alors que cela n'a jamais été observé.
La masse est réputée invariante, et on parle plutôt d'énergie .

[Sethy]

Pensez à éditer la page wiki consacrée à la masse alors : )

https://fr.wikipedia.org/wiki/Masse#...%E9_restreinte

[ansset]

Personne ne semble plus l'être depuis des dizaines d'années. Cela amène des problèmes comme celui de la masse transversale qui serait différente de la masse longitudinale, alors que cela n'a jamais été observé.
La masse est réputée invariante, et on parle plutôt d'énergie .

formule certes bien pratique ( facile à retenir ) mais qui ne s'applique pas aux particules non massiques.

[ansset]

J'y reviens:
en fait, si on veux avoir une démarche propre, il convient de parler du quadrivecteur énergie-impulsion.
qui couvre globalement tous les cas , et dont la norme n'est qu'un aspect.

[Sethy]

J'y reviens:
en fait, si on veux avoir une démarche propre, il convient de parler du quadrivecteur énergie-impulsion.
qui couvre globalement tous les cas , et dont la norme n'est qu'un aspect.

Avant de répondre, je reviens sur la première phrase de cette discussion :

Bonjour, j'ai une nouvelle question de profane.

Quelle est la chance, pour un profane, de comprendre ce qu'est un quadrivecteur ? Ne faut-il pas dès lors être plus pédagogique dans les réponses ?

Que vous critiquiez ma réponse, soit, mais au moins elle est du niveau de première : calcul de limite, indétermination (de mon temps on enseignait ça en 5ème secondaire en Belgique, soit l'année avant la terminale).

[ansset]

ma réponse ne voulait pas être "élitiste", mais il y a aussi d'autres lecteurs potentiels de ce fil.
d'ailleurs la diversité des réponses de chacun permet des lectures différentes.
donc ce n'est pas vraiment de l'ordre d'une correction des propos, mais plutôt d'un complément.
cordialement.

[mach3]

Quelle est la chance, pour un profane, de comprendre ce qu'est un quadrivecteur ? Ne faut-il pas dès lors être plus pédagogique dans les réponses ?

au contraire, je pense qu'un quadrivecteur est vulgarisable (guère différent d'un bête vecteur si on entre pas dans les détails, c'est très visuel et géométrique, même pas besoin de maths), et qu'on éviterait ainsi bien des méprises sur la masse et l'énergie dans la tête du profane.

m@ch3