Photons gamma

[invitea0046ad4]

Bonjour !

J'avais quelques questions concernant le rayonnement gamma.

1. Existe-il des matériaux ou traitements de surfaces ayant un coefficient de réflexion significatif pour des photons gamma de 511 keV (par ex. >10%) ?
2. Quels sont les meilleurs matériaux absorbants pour cette énergie ?
3. Quels sont les meilleurs matériaux absorbants pour des photons gammas de 200 MeV ?
4. D'une façon générale, comment convertir en puissance thermique (ou électrique !) un flux de photons gamma de 200 MeV ?
5. Des photons gamma de 200 MeV sont-il assez énergétiques pour déclencher des réactions de fissions de noyaux lourds ?
6. Sont-ils utilisables pour ioniser les atomes, en arrachant des électrons des couches profondes ? (section efficace ?)

Dernière contrainte : on cherche des matériaux le plus léger possible (ce qui est probablement contradictoire avec le reste !).

Finalité : réflexion sur la faisabilité du moteur à antimatière "Beam Core", dimensionnement, calculs d'ordres de grandeur
Ref:
http://www.engr.psu.edu/antimatter/Papers/NASA_anti.pdf

Merci pour vos indications

A+
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[j.yves]

Salut,
pour qu'il y ait un coefficient de réflexion significatif sur une surface, il faut que le photon voie que c'est une surface, donc que sa longueur d'onde soit plus grande que la distance entre atomes. Des photons de 511 keV ont une longueur d'onde égale à la longueur d'onde de Compton de l'électron, soit 100 fois moins que la taille d'un atome. Donc je n'imagine pas qu'on puisse faire des surfaces réflechissantes à ces énergies. Je crois que le mode d'interaction dominant pour des photons de 511 keV est l'effet Compton sur les électrons, qui leur fait perdre de l'énergie. Dans ce cas, les meilleurs matériaux absorbants sont ceux dont la densité est la plus élevée, par exemple le plomb.
Pour ce qui est de convertir en puissance thermique un flux de photons gamma je dirais qu'il suffit de les envoyer sur n'importe quoi et ça chauffe. Je pense que des photons de 200 MeV ont largement assez d'énergie pour provoquer la fission, vu que les barrières de fission ont des hauteurs typiques de quelques MeV. Par contre je ne sais pas si les sections efficaces de fission induite par les photons sont grandes, c'est une question très intéressante! Enfin, pour ce qui est d'ioniser les atomes, il y a l'effet Compton qui doit fonctionner à ces énergies, mais le processus d'interaction dominant est sans doute la création de paires électron-positon, dans lequel le photon gamma initial disparaît. Voilà je n'en sais pas plus

[invitea0046ad4]

Bonjour

Merci pour ces indications.
Je m'en doutais un peu : on a déjà beaucoup de mal à réfléchir les rayons X (mais on y arrive, en incidence rasante !), et on est très loin des énergies typiques des phénomènes électromagnétiques.
Pour ce qui est des photons gamma à 200 MeV, le mécanisme d'absorption et de conversion en puissance thermique ne me semblait pas si évident : à ces énergies, ce n'est probablement plus les électrons qui interviennent, mais peut-être des excitations et désexcitations du noyau, à la différence des photons à 511 keV.
Pour la capture des photons par un noyau lourd, il me semble qu'on parle de réaction photonucléaire (à confirmer).

Ces photons gammas proviennent des réactions suivantes :
p + pbar -> pi0 + pi+ + pi-
Les pions neutres se désintègrent en photons gamma à 200 MeV.
Les pions chargés se désintègrent en muons chargés, qui se désintègrent en e+ et e-, qui peuvent se combiner pour donner des photons gamma à 511 keV.
Et une bonne partie de l'énergie part aussi en neutrinos, inutilisables.

Concrêtement, même sans parler de conversion d'énergie, je me demandais quelle épaisseur, quelle masse devrait avoir un bouclier de protection contre un flux de photons gamma de l'ordre de 10 MW/m² (c'est énorme, mais c'est ce que pourrait produire un moteur à antimatière "Beamed Core" à une distance de plusieurs centaines de m). Je pense que ce dispositif est totalement irréalisable rien que pour cette raison, c'était juste pour essayer de mettre quelques chiffres derrières.

A+