Électrons et positons : un parcours court et chaotique
Le parcours d’un électron bêta
Le parcours d’un électron bêta émis par un noyau est chaotique. Comme une particule alpha, il se ralentit par ionisation, mais contrairement à cette dernière, il lui arrive assez souvent de subir des déviations à grand angle dues à sa faible masse lors de chocs contre des noyaux et parfois des électrons atomiques. Une fois ralenti, l’électron se fond dans la foule des autres électrons : il s’intègre par exemple, comme sur la figure, au cortège électronique d’un atome.
© IN2P3
Les électrons et les positons bêta sont des corpuscules extrêmement légers, porteurs d’une charge électrique. Lors de désintégrations, ils sont émis avec des vitesses pouvant approcher celle de la lumière, beaucoup plus élevées que celle des particules particules alpha.
Une particule bêta perd sa vitesse et son énergie en arrachant des électrons aux atomes qu’elle rencontre : elle ionise la matière le long de son parcours. Le parcours d’un électron ou positon diffère cependant sensiblement de celui d’une particule alpha, un noyau certes petit mais 7300 fois plus lourd.
Électrons et positons possèdent la même masse que les électrons arrachés aux atomes. Un électron bêta est identique à ces électrons atomiques. Comment les distinguer alors les deux corpuscules après la collision ? L’énergie se partage entre deux minuscules boules identiques et l’électron atomique expulsé peut emporter 100 % de l’énergie initiale.
Les noyaux freinent également les électrons et positons quand ils passent à immédiate proximité : il y a alors émission d’un photon gamma appelé photon de freinage (Bremsstrahlung en allemand), qui emporte une partie de l’énergie et qui sera lui-même absorbé à distance.
Au total, les bêta sont moins ionisants que les particules alpha. Leur parcours est aléatoire, long et sinueux. Le rayonnement est plus pénétrant, mais l’énergie étant déposée sur une plus longue distance, ils sont moins nocifs en cas d’absorption. Il est un peu plus difficile de les arrêter : il faut trois mètres d’air ou une plaque d’aluminium de 7 millimètres d’épaisseur pour stopper sûrement un électron bêta. Il peut traverser la peau de personnes exposées
Naissance, vie et mort d’un positon
Le parcours d’un positon émis par un noyau commence comme celui d’un électron. Il se ralentit par ionisation et sa trajectoire subit une série de déviations à grand angle lors de collisions avec des noyaux. Finalement, le positon, lorsqu’il est très ralenti, disparaît lors d’une réaction d’annihilation avec un électron atomique. Antiparticules l’une de l’autre, le positon et l’électron sont totalement détruits. L’énergie libérée est 2 fois l’énergie de masse de l’électron. Elle est emportée par deux photons gamma de 511 000 électronvolts, émis dos à dos.
© IN2P3
Quand un électron a perdu toute son énergie, il se fond dans la foule de ses semblables. Le processus de ralentissement d’un positon à travers une série de collision est similaire à celui d’un électron. Mais, la fin de son parcours diffère.
Particule d’antimatière, le positon voyage dans un milieu hostile. Quand sa vitesse devient faible, il s’accouple avec un électron de rencontre. Attirés par leurs charges électriques opposées, les deux corpuscules tournent l’un autour de l’autre, jusqu’au moment où ils entrent en contact. Ils se détruisent alors mutuellement en libérant environ 1 million d’électronvolts d’énergie, sous la forme de deux photons gamma émis dos-à-dos.
Cette signature très reconnaissable de la disparition du positon est utilisée pour des applications médicales comme la tomographie par émission de positons.
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