gamma, rayon

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Présentation

gamma, rayon, rayonnement électromagnétique à énergie élevée émis par radioactivité.

Les rayons gamma (ou rayons g), beaucoup plus pénétrants que les rayons X, possèdent de nombreuses applications en biologie et en médecine.

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Origine

Les radiations gamma sont issues d’un réarrangement des neutrons et des protons à l’intérieur d’un noyau atomique, qui émet alors un photon de longueur d’onde de 10^-10 à 10^-12 m. L’émission de ce photon, qui correspond au rayonnement gamma, ne se produit jamais seule : elle peut être associée par exemple à l’émission de rayons alpha ou bêta. En effet, lorsqu’un noyau atomique est produit à la suite d’une désintégration alpha ou bêta, ou d’une fission ou fusion nucléaire, il se trouve dans un état excité (état d’énergie élevé). Pour retourner dans son niveau d’énergie fondamental, il émet un photon gamma. Ainsi, les rayons gamma sont présents en grande quantité dans les rayons cosmiques qui traversent l’espace et bombardent la Terre en permanence : ils proviennent des réactions nucléaires ayant lieu dans le cœur des étoiles (dont le Soleil). Fort heureusement ils n’atteignent pas la surface de la Terre ; ils sont déviés dans la haute atmosphère par la magnétosphère, gigantesque enveloppe protectrice soumise au champ magnétique terrestre (voir radiations, ceinture de).

Le spectre des rayons gamma étant proche de celui des rayons X, on distingue ces deux rayonnements par leur origine : les rayons gamma sont émis naturellement par les atomes radioactifs lors de transitions nucléaires, alors que les rayons X apparaissent par suite d’un changement d’orbite des électrons d’un atome (transition électronique).

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Applications

Il existe plus de 10 000 corps radioactifs émettant des rayons gamma, dont certains sont utilisés dans la recherche biomédicale. Par exemple, l’iode-125 est un isotope radioactif qui permet de marquer des molécules biologiques et d’effectuer des dosages radio-immunologiques. D’autres molécules radioactives émettant des rayons gamma, comme l’iode-131 ou le technétium-99, sont injectées à des patients pour visualiser le comportement de tissus biologiques in vivo (voir traceurs isotopiques).

Les rayons gamma sont également employés dans l’industrie pour le traitement des matières plastiques ou la visualisation de pièces de fonderie. Cette technique, appelée radiographie gamma, fonctionne sur le même principe que la radiographie X pratiquée dans les cabinets de radiologie.

La spectrométrie gamma permet de mesurer le nombre de photons émis par une source gamma, ainsi que leur énergie. On utilise pour cela un détecteur (scintillateur photomultiplicateur) associé à une chaîne de mesure et un ordinateur. Cette technique permet d’identifier les éléments radioactifs présents dans la source. Elle est mise à profit en chimie fine pour effectuer des analyses par activation neutronique : on bombarde un échantillon avec des neutrons afin de le rendre radioactif, puis on l’analyse au spectromètre gamma pour identifier ses divers composants.

Un photon gamma de très haute énergie peut, lorsqu’il passe à proximité d’une particule, se matérialiser en une paire particule / antiparticule conformément à la loi d’équivalence masse-énergie : E = mc². Ce phénomène se produit dans les accélérateurs de particules, où les chocs entre particules génèrent des photons gamma qui se matérialisent.