Les rayons gamma sont plus pénétrants que lesparticules alpha etbêta, mais sont moinsionisants. Ils sont de même nature que lesrayons X mais sont d'origine et de fréquence différentes.
Les observations de rayons gamma émis dans desorages s'accumulent[3],[4],[5],[6],[7] et ils semblent liés auxcourants électriques dont leséclairs sont les manifestations les plus visibles. La prise en compte de l'effet de courants électriques « ordinaires » au niveau nucléaire est en cours d'étude pour tenter d'expliquer certaines manifestations accidentelles violentes apparaissant parfois dans lesbatteries électriques[à vérifier][8] etaccompagnées de production de neutrons et d'autres particules[à vérifier].
Illustration de la crête deTavernier qui se caractérise par l'accroissement de la dose d'irradiation de certains rayonnements dans l'organisme, dont les rayons gamma, avant sa décroissance exponentielle. Voir aussitransfert linéique d'énergie et effet debuild-up.
µ =nσ est le coefficient d'absorption, mesuré en cm−1 ;
n le nombre d'atomes par centimètre cube dans la matière ;
σ lasection efficace d'absorption en centimètres carrés, donnée pour un couple rayonnement-matière caractérisé par l'énergie du faisceau incident et lanature chimique du matériau cible (sonnuméro atomiqueZ, au premier ordre) ;
Le coefficient d'absorption total de l'aluminium pour les rayons gamma et les contributions des trois effets. Ici, l'effet Compton domine.Le coefficient d'absorption total du plomb pour les rayons gamma et les contributions des trois effets. Ici, l'effet photoélectrique domine pour l'énergie basse et laproduction des paires au-dessus de5MeV.
Les rayons gamma interagissent avec la matière via trois mécanismes principaux :
Dans l'effet photoélectrique, unphoton gamma interagit avec la matière en transférant l'intégralité de son énergie à unélectron occupant une orbitale donnée qui est alors éjecté de l'atome auquel il était lié. L'énergie cinétique de cephoto-électron est égale à l'énergie du photon gamma moins l'énergie de liaison de l'électron. L'effet photoélectrique est considéré comme le mécanisme principal de transfert d'énergie desrayons X et des rayons gamma d'énergie inférieure à50keV, mais est beaucoup moins important aux plus hautes énergies. Sa plage d'énergie est fonction dunuméro atomique de l'élément avec lequel le photon X ou gamma interagit. L'effet photoélectrique dépend donc directement de la densité de l'élément et augmente considérablement avec celle-ci (densité à la puissance six). Cela explique la forte atténuation des rayons X et gamma par leplomb et le choix de ce matériau facile à mettre en œuvre pour les blindages de protection.
Dans le cas de ladiffusion Compton, le photon gamma possède une énergie plus que suffisante pour arracher un électron d'orbitale ; l'énergie restante est réémise sous forme d'un nouveau photon gamma de moindre énergie et dont la direction d'émission est différente de la direction incidente du photon gamma d'origine. L'efficacité de la diffusion Compton diminue avec l'augmentation de l'énergie des photons ; on pense que c'est le principal mécanisme d'absorption des rayons gamma dans la gamme d'énergie entre100keV et10MeV, qui est celle qui inclut la plus grande part de radiations gamma provenant d'uneexplosion nucléaire. La diffusion Compton est relativement indépendante dunuméro atomique de la matière absorbant les photons gamma.
Les positons (antiélectrons, particules d'antimatière) provoquent beaucoup d'ionisation tout le long de leurs trajectoires. Cela les ralentit jusqu'à la fin de leur parcours, où ils s'annihilent très rapidement avec les électrons de la matière.
L'échantillon est excité par un rayonnement gamma (photon) dont on fait varier l'énergie de façon infinitésimale autour d'une énergie de transition nucléaire. Pour cela, on dispose d'une source émettant un rayonnement gamma et on applique à celle-ci un mouvement d'oscillation (à l'aide d'un simple mécanisme ressemblant au vibreur d'une sonnette) ; c'est l'effet Doppler-Fizeau qui produit la variation de l'énergie.
Un détecteur est placé derrière l'échantillon. Lorsque l'énergie du rayonnement incident correspond exactement à l'énergie de transition nucléaire, le rayonnement gamma est absorbé, et donc l'intensité transmise mesurée est plus faible.
Le spectre Mössbauer est constitué d'un ensemble de pics multiplets symétriques dont la position et forme (déplacement isomérique et éclatement quadripolaire ) sont à la fois caractéristiques de l'état d'oxydation de l'élément étudié, mais aussi de la nature et de la géométrie des atomes voisins les plus proches de ceux de l'élément chimique étudié.
Si les rayons gamma sont moins ionisants que lesrayons α ouβ, ils demandent des épaisseurs de blindage plus importantes pour s'en protéger (de l'ordre d'un ou deux mètres d'épaisseur debéton, de roche ou de terre, en fonction de l'intensité initiale des rayonnements).
En France, le Réseau national de mesures de la radioactivité de l'environnement (RNM) diffuse des mesures de rayons gamma en divers points du territoire[9]. Ci-dessous, les ordres de grandeur (exprimés en nanosieverts par heure, symbole nSv/h) de ces rayonnements mesurés par différents organismes de 2009 à 2012 :
