Rayons gamma

On attribue à Henri Becquerel la découverte en 1896 des rayons gamma, symbolisés par la troisième lettre de l’alphabet grec (gamma ou γ). Il s’agit d’un rayonnement électromagnétique ionisant très pénétrant, composé de photons. Les rayons gamma possèdent la fréquence la plus haute et la longueur d’onde la plus courte dans le spectre électromagnétique.

uranium1-1
Un rayonnement électromagnétique est émis lorsque des électrons passent d’un niveau d’énergie supérieur à un niveau moindre.

La plupart des rayonnements électromagnétiques (des ondes radio aux rayons X en passant par la lumière visible) sont émis lorsqu’un électron passe à un niveau d’énergie inférieur, comme l’illustre le diagramme ci-dessus. Selon le principe de conservation de l’énergie, l’énergie du photon émis est égale à celle perdue par l’électron.

De même, des rayons gamma sont produits lorsque le noyau d’un atome est dans un état excité (aussi appelé état métastable ou isomérique) et qu’il libère de l’énergie en devenant plus stable. On peut exprimer cette réaction au moyen de l’équation suivante : A* → A + γ, A* représente l’état excité du noyau. Le noyau de filiation A possède le même numéro atomique que le noyau parent,mais une masse légèrement plus petite en raison de la libération d’énergie.

Gamma ray radiation
Rayonnement gamma.

Les noyaux atteignent souvent l’état excité par suite d’une autre forme de désintégration radioactive. Par exemple, en subissant une désintégration bêta, le 60Co se transforme en un isotope du nickel à l’état excité, soit 60Ni*. Celui‑ci émet ensuite successivement deux rayons gamma au cours de sa désintégration pour en arriver à un noyau énergétiquement plus stable. Les équations ci-après décrivent cette série de réactions :

gamma

Dans la première équation, l’énergie est celle de l’électron; dans la deuxième et la troisième, c’est celle des rayons gamma.

Photographie par rayons gamma d’un camion de transport.
Photographie aux rayons gamma d’un camion de transport révélant deux passagers clandestins.

Les rayons gamma peuvent aussi être formés par suite de l’intégration de particules subatomiques, par exemple, une annihilation électron-positron : lorsqu’il y a collision entre la matière et l’antimatière, celles-ci s’annulent réciproquement et libèrent de l’énergie. En pareil cas, cette énergie est émise sous la forme de deux rayons gamma portant une énergie équivalente à celle de l’électron et du positron.

Les rayons gamma sont plus pénétrants que tous les autres rayonnements. Ils peuvent être absorbés par les matériaux denses (voir les zones foncées dans la photo ci-dessus), mais ils traversent les autres. Ces rayons peuvent interagir avec les cellules ou l’ADN et causer des lésions cellulaires. Nous recevons tous régulièrement des doses de rayonnement gamma d’origine naturelle (p. ex., la désintégration radioactive), mais il faut limiter l’exposition à ces rayons.