Contexte scientifique
L'interaction des rayonnements avec la matière intervient dans de nombreux domaines à la fois en recherche fondamentale (physique des particules, physique nucléaire, physique atomique...) et en recherche appliquée (physique médicale, physique des matériaux, techniques d'analyse de surface...) ainsi que dans le domaine de la radioprotection. Les rayonnements traités dans cette UE sont des rayonnements ionisants : ions, électrons, photons (rayons X et gamma) et neutrons. Cette UE est donc complémentaire avec l'UE « Electromagnétisme et matière » qui traite essentiellement de l'interaction des photons visibles avec la matière.
Contenu de la formation
Lorsqu'on parle de l'interaction des particules avec la matière, on fait référence à la cascade de processus élémentaires que subit une particule lors d'une traversée d'un milieu (solide, liquide ou gazeux). La première séance du cours a pour but de situer les différents types de processus en jeu en fonction de l'énergie des particules et d’effectuer quelques rappels sur les forces fondamentales et la relativité restreinte.
La première partie du cours présente les interactions des différents types de particules (ions, e-/e+, rayons gamma, neutrons...) ainsi que leur modélisation qui est illustrée en TD par l'utilisation de Geant4 (code Monte Carlo open source). Deux séances de TD sont consacrées à l'utilisation de ces outils.
Différentes applications de la physique de l'interaction des rayonnements avec la matière seront présentées dans la deuxième partie du cours. On peut mentionner à titre d'exemple les détecteurs de rayonnements ionisants (chambres à gaz, scintillateurs, semi-conducteurs...), les microscopes électroniques, les analyses par faisceaux d'ions (RBS, FIB…) et par faisceaux de photons (XPS, XAS...) et quelques notions fondamentales de statistiques de détection seront évoquées pour permettre aux étudiants d'estimer des incertitudes de mesures relativement simples.
Eléments de bibliographie
Détection de rayonnements et instrumentation nucléaire, A. Lyoussi, EDP Sciences (2010)
Radiation Detection And Measurement, Glenn F. Knoll, 4ème édition (2010)
Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments: A How-To Approach, W. R. Leo, Springer.
