[Effet photoélectrique, Effet Compton]

L'effet des rayons gamma est très différent de celui de particules chargées. Alors que les rayons alpha et bêta déposent leur énergie progressivement, les photons gamma procèdent par tout ou rien. Ils ne produisent aucun effet avant d'interagir avec un noyau ou un électron. Quand ils interagissent, ils mettent en mouvement des particules chargées. Ce sont elles qui déposeront l'énergie dans la matière.

L'effet photoélectrique constitue le mode d'interaction dominant quand l'énergie du gamma est de l'ordre des énergies de liaisons des électrons des atomes rencontrés. Le photon gamma arrache un électron à sa couche atomique. Son énergie se trouve partagée entre l'électron arraché et l'atome qui se retrouve dans un état excité. Ce dernier se débarrasse ensuite de son énergie d'excitation en émettant des photons dits de "fluorescence" qui sont généralement des rayons X.


A plus forte énergie, le principal mécanisme devient « l'effet Compton » qui s'interprète comme la collision d'un gamma et d'un électron atomique (*). L'énergie initiale se partage entre l'électron et le photon. L'électron mis en mouvement perd son énergie par ionisation comme un électron bêta. Le nouveau gamma se propage sans déposer d'énergie jusqu'à ce qu'il interagisse à son tour.


Quand l'énergie du gamma est supérieure à un million d'électronvolts, un nouvel effet se manifeste : le photon par interaction avec un noyau crée un électron et un positon. L'énergie du gamma s'est transformée en matière(*), le champ électrique intense du noyau servant de catalyseur. La « production de paires » l'emporte sur l'effet Compton à haute énergie, mais elle demeure marginale dans le domaine nucléaire.

L’atténuation exponentielle d’un faisceau étroit de rayons gamma lors de la traversée d’une épaisseur de matière homogène est caractérisée par un coefficient d’atténuation. L’atténuation est d’autant plus rapide que ce coefficient est élevé. Ce coefficient, directement lié aux sections efficaces d’interaction des gamma, est une mesure de leur interaction avec la matière. Il est la somme des contributions de trois effets : l’effet photoélectrique, l’effet Compton et dans une moindre mesure celui de la production de paires.


Avec de la chance, les rayons gamma peuvent échapper longtemps à une interaction. Ils sont donc très pénétrants et beaucoup plus difficiles à arrêter que des alpha et bêta. Dans les laboratoires et auprès des accélérateurs, l'habitude est de s'en protéger par des écrans en plomb, un matériau bon marché, les gamma étant plus vite absorbés par des noyaux lourds.

Les effets des rayons gamma sont délocalisés et se font sentir dans des volumes importants. C'est pourquoi les gamma du Cobalt-60 sont utilisés par exemple pour la stérilisation des aliments et la désinfection des momies. À faible dose, les gamma sont utilisés pour le diagnostic médical, car ils sont les moins nocifs en cas d'irradiations internes. C'est la raison pour laquelle, le technétium-99m, qui est l'un des rares noyaux uniquement émetteur gamma, est très recherché.

Sujets voisins : Phénomène d'ionisation, Effets macroscopiques, Effets des particules chargées, Effets des particules neutres, Parcours des alpha, Parcours des bêta, Effets des neutrons