Radioactivité α<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IV)      Parcours dans la matière<o:p></o:p>

La particule α est lourde et lente (5% de la célérité)<o:p></o:p>

Sa trajectoire est rectiligne et emporte des électrons sur son passage et crée une ionisation de l’atome.<o:p></o:p>

La perte de l’énergie freine l’atome est crée un maximum d’ionisation.<o:p></o:p>

Quand on a un arrêt du rayonnement α, on a le pic de Bragg.<o:p></o:p>

Arrêt dans l’air : 4 cm<o:p></o:p>

Arrêt dans les tissus : 10 μm<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

V)         Applications biomédicales<o:p></o:p>

Les rayonnements α ne sont pas dangereux car ils sont arrêtés par les tissus externes du corps.<o:p></o:p>

Mais quand ils sont absorbés, il y a un danger car le radon 222 est un émetteur α naturel, on a donc une irradiation.<o:p></o:p>

Ce radon 222 est surtout présent dan le sous sol granitique.<o:p></o:p>

Le radon peut se désintégrer jusqu’au plomb et donc entrainer soit le saturnisme, soit une intoxication au plomb soit la mort.<o:p></o:p>

Mais les rayonnements α peuvent aussi soigner le cancer.<o:p></o:p>

Transformations isobariques<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

I)            Définition<o:p></o:p>

Il y a conservation de A<o:p></o:p>

Quand il y a trop de proton, on a une désintégration β^+<o:p></o:p>

Quand il y a trop de neutron, on a une désintégration β^-<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

II)         Désintégration β^-<o:p></o:p>

·      Réaction de désintégration<o:p></o:p>

 

 

 

 

<o:p> </o:p>

·      Bilan masse énergie (conservation de E)<o:p></o:p>

Le défaut de masse est ΔM = M(A, Z) – M(A, Z+1) <o:p></o:p>

La masse du noyau est M(A, Z) = M(A, Z) - Zm_e<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Spectre en énergie (conservation de la quantité de mouvement)<o:p></o:p>

 

 

 

 

<o:p> </o:p>

·      Parcours dans la matière<o:p></o:p>

Quand v > 0,9c on dit que la particule est relativiste<o:p></o:p>

Le parcours est non rectiligne<o:p></o:p>

La portée est de quelques mm<o:p></o:p>

Les particules β^- sont arrêtées par une feuille de métal<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Applications biomédicales : iode 131<o:p></o:p>

L’iode 131 est un émetteur β^- avec une demi-vie de 8 jour et une énergie maximum de E_max = 606 keV<o:p></o:p>

Il provient de l’écorce terrestre, du produit de la fission nucléaire<o:p></o:p>

Il est produit pour une utilisation médicale<o:p></o:p>

La radioprotection concernant les sources externes est un écran simple<o:p></o:p>

La radioprotection concernant les sources internes est l’iode qui est concentrée vers la thyroïde <o:p></o:p>

La radiothérapie est métabolique è pour le traitement du cancer on utilise l’iode qui tue les métastases des cellules thyroïdiennes

Pour l’hyperthyroïdie nodulaire ou diffuse on  détruit les cellules de la thyroïde

<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

III)      Désintégration β⁺<o:p></o:p>

·      Réactions de désintégration

 

 

 

 

<o:p> </o:p>

·      Bilan masse énergie (conservation de E)<o:p></o:p>

Il existe un seuil d’émission β⁺ de 1,022 MeV<o:p></o:p>

Le défaut de masse est ΔM = M(A, Z) – M(A, Z-1) – 2m_e<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Spectre en énergie<o:p></o:p>

Même que celui de β^-<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Parcours dans la matière<o:p></o:p>

β⁺ entre vite en collision avec l’électron, ce qui produit un épuisement cinétique.<o:p></o:p>

On a alors une réaction particule/antiparticule è annihilation<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Applications biomédicales : Fluor 18<o:p></o:p>

- Radioprotection :   On se protège des photons de 511 KeV<o:p></o:p>

On fait des tomographie par électron de position (permet repérage annihilation et métastases)<o:p></o:p>

- Utilisation en cancérologie :          Les cellules cancéreuses consomme beaucoup de sucre et le fluor 18 permet de fixer le sucre.<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

IV)      Désintégration par capture électronique (CE)<o:p></o:p>

·      Réactions de désintégration

 

 

 

<o:p> </o:p>

·      Bilan masse énergie (conservation de E)<o:p></o:p>

Le défaut de masse est ΔM = M(A, Z) – M(A, Z+1) <o:p></o:p>

Pour que la réaction soit possible il faut que ΔM > W_k (1,022 MeV) sinon β⁺ et CE sont en compétition<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Spectre en énergie

<o:p></o:p>

 

 

 

 

 

il peut y avoir émission d’un photon de fluorescence<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Applications biomédicales<o:p></o:p>

Le thallium 201 permet de réaliser des scintigraphies cardiaques è permet de voir si un produit (donc le sang) se diffuse bien ou pas <o:p></o:p>

Transformation isomérique<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

<o:p> </o:p>

I)            Définition<o:p></o:p>

Il n’y a pas de changement de noyau.<o:p></o:p>

Les transformations se sont par rapport aux niveaux d’énergie des nucléons.<o:p></o:p>

L’excédent d’énergie entraine l’émission d’un photon γ ou une conversion interne (noté * ou ^m)<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

II)         Radioactivité γ<o:p></o:p>

·      Réaction de désintégration (conservation de A et de Z)<o:p></o:p>

 

<o:p> </o:p>

·      Bilan masse énergie (conservation de E)<o:p></o:p>

Le défaut de masse est ΔM = M(A^m, Z) – M(A, Z) <o:p></o:p>

E_d = ΔM * 931,5 = E_γ<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Spectre en énergie (conservation de la quantité de mouvement)<o:p></o:p>

E_d = hν<o:p></o:p>

On obtient  un spectre électromagnétique avec un spectre de raie<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Parcours dans la matière<o:p></o:p>

γ n’a pas de charge et pas d’interaction obligatoire avec la matière.<o:p></o:p>

On a une ionisation par collision avec électrons par effet Compton / effet photoélectrique / création de paires.<o:p></o:p>

γ parcours plusieurs mètres avec d’être atténués : N(x) = N(0) e^{-μx<o:p></o:p>}

<o:p> </o:p>

·      Application biomédicale : la γ-caméra<o:p></o:p>

γ fait un long parcours dans les tissus.<o:p></o:p>

On effectue alors des scintigraphie : les photons γ se transforme en photons lumineux<o:p></o:p>

La γ-caméra est un détecteur de rayonnement contrairement au scanner qui est un émetteur de rayonnement<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

III)      Conversion interne<o:p></o:p>

·      Réaction de désintégration (conservation de A et de Z)<o:p></o:p>

 

 

m ou * = métastable ou excité<o:p></o:p>

C’est l’énergie en excès directement transmise à l’électron d’un atome ionisé<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Bilan masse énergie (conservation de E)<o:p></o:p>

Le défaut de masse est ΔM = M(A^m, Z) – M(A, Z) <o:p></o:p>

E_d = ΔM * 931,5 = E_γ<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Spectre en énergie (conservation de la quantité de mouvement)<o:p></o:p>

Il n’y a pas de spectre nucléaire mais un spectre de raies et continu.<o:p></o:p>

Il apparaît donc des raies de transition K et L<o:p></o:p>

Le spectre complet est le spectre continu β^- + les raies de la conversion interne + la possibilité d’émission Auger.<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

IV)      Conclusion<o:p></o:p>

Le schéma de désintégration est très complexe.<o:p></o:p>

La probabilité d’une transition de désintégration est plus ou moins importante et plus ou moins plusieurs étapes.<o:p></o:p>

On diagnostique mieux les γ pures qui sont moins irradiantes.<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

<o:p> </o:p> <o:p> </o:p> <o:p> </o:p> Les possibilités de transition :<o:p></o:p>	α pure<o:p></o:p>
	α puis γ<o:p></o:p>
	β- ou β+ pure <o:p></o:p>
	β- ou β+ puis γ<o:p></o:p>
	γ pure<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

Les rayons X sont d’origine atomique <o:p></o:p>

Les rayons γ sont d’origine nucléaire<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

Les rayons sont arrêtés ou atténués à ces distances :<o:p></o:p>

- α è 10 μm<o:p></o:p>

- β^- è quelques mm<o:p></o:p>

- β⁺ è 1mm + 2 photons d’annihilation <o:p></o:p>

- γ è atténués à partir de quelques mètres<o:p></o:p>

Les lois cinétiques<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

Ce sont toutes les mêmes pour α, β⁺, β^- et γ<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

I)            Loi de décroissance d’une population de noyaux radioactifs<o:p></o:p>

La radioactivité est un phénomène aléatoire et pas influencé par les paramètres physiques et chimiques habituels<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      La constante radioactive λ<o:p></o:p>

λ est la probabilité de désintégration par unité de temps<o:p></o:p>

Plus λ est petit plus l’élément est radioactif<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Évolution du nombre de noyaux au cours du temps<o:p></o:p>

Plus le temps passe plus il y a de désintégration donc il y a de moins en moins d’atomes<o:p></o:p>

N(t) = N(0) e^-λt<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

II)         Période radioactive<o:p></o:p>

·      Définition<o:p></o:p>

1/λ est le temps où 63% des noyaux se sont désintégrés<o:p></o:p>

 

 

 

 

 

 

·      Période effective en physiologie<o:p></o:p>

La période effective T_eff est le temps d’élimination biologique d’une molécule non radioactive<o:p></o:p>

La période biologique est la période radioactive pour le corps humain pour sortir du corps par urines, fèces, respiration, transpiration<o:p></o:p>

 

 

 

<o:p> </o:p>

III)      Activité d’un radioélément<o:p></o:p>

·      Définition<o:p></o:p>

A(t) = λN(t)<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Unité<o:p></o:p>

A est en Becquerel (nombre de désintégration par seconde) ou en Curie<o:p></o:p>

1 mCi = 37 MBq<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Évolution dans le temps<o:p></o:p>

A(t) = λN(0) e^-λt = A(0)e^-λt<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Mesure<o:p></o:p>

Les mesures répétées se distribuent suivant la loi de poisson<o:p></o:p>

La moyenne est alors A(barre)

<o:p> </o:p>

IV)      Cinétique des filiations radioactives<o:p></o:p>

·      Formation d’un nuclide stable<o:p></o:p>

Radioactif à stable<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Formation d’un nuclide instable<o:p></o:p>

Radioactif à radioactif à stable<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Formation d’un nuclide instable : cas particulier de l’équilibre de régime (λ₁ < λ₂ et T₁ > T₂)<o:p></o:p>

Si on est supérieur à t_max alors A₁ ≈ A₂ <o:p></o:p>

On a alors un équilibre de régime.<o:p></o:p>

T_père = 10 T_fils<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Formation d’un nuclide instable : cas particulier de l’équilibre séculaire (λ₁ << λ₂ et T₁ >> T₂)<o:p></o:p>

T_père = 100 T_fils<o:p></o:p>

Radiobiologie et radioprotection<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

I)            Grandeurs et unités en dosimétrie<o:p></o:p>

·      La fluence énergétique et effet de la distance<o:p></o:p>

L’énergie reçue décroit comme la carré de la distance à la source <o:p></o:p>

 

 

 

Avec Ï•0 le débit de fluence énergétique au niveau de la source<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Les ionisations<o:p></o:p>

Le rayonnement ionisant doit avoir une énergie supérieur à 13,6 eV pour pouvoir arracher des électrons<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      La dose absorbée D<o:p></o:p>

 

 

 

W_a est l’énergie absorbée en J<o:p></o:p>

dm est l’unité de masse de kg<o:p></o:p>

L’effet Compton dépose une partie de son énergie<o:p></o:p>

L’effet photoélectrique cède totalement son énergie<o:p></o:p>

D est en J.kg^-1 ou en Gy (Gray)<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Expression des effets de la dose absorbée<o:p></o:p>

- Le transfert de l’énergie linéique<o:p></o:p>

TELα > TELβ^- > TELγ et X<o:p></o:p>

TEL : transfert d’énergie linéique<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

- Dose équivalente H<o:p></o:p>

Pour une même dose on peut avoir des dangerosités différentes è facteur Wr de dangerosité (en Sievert Sv)<o:p></o:p>

Pour α : Wr = 20<o:p></o:p>

Pour β : Wr = 10<o:p></o:p>

Pour X et γ : Wr = 1<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

- Dose efficace E<o:p></o:p>

Suivant l’endroit / les organes irradiés les dégâts seront aussi différents è facteur Wt de sensibilité des tissus (en Sievert Sv)<o:p></o:p>

E = Σ Wt . Ht = Σ Wt . Wr . D<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

II)         Radiobiologie<o:p></o:p>

·      Effets moléculaires<o:p></o:p>

- Mécanisme directs<o:p></o:p>

Création d’ion, de radicaux libres è très dangereuses <o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

- Radiolyse de l’eau<o:p></o:p>

Phénomène important sur les actions des rayonnements sur la molécule d’eau<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

- L’effet oxygène<o:p></o:p>

Quand une molécule est oxygénée on voit mieux l’action des rayonnements qui est plus importante<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Effets sur l’ADN<o:p></o:p>

Différents types d’effets : directs ou indirects<o:p></o:p>

Différents types de lésions : altérations d’une base / cassures simples ou doubles brins / dommages chromosomiques<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Effets cellulaires<o:p></o:p>

<o:p></o:p>

<o:p></o:p>

Facteurs temps<o:p></o:p>	Effets précoces<o:p></o:p>	Quelques semaines après irradiations<o:p></o:p>
	Effets tardifs<o:p></o:p>	Quelques années après irradiation<o:p></o:p>
On distingue<o:p></o:p>	Effets déterministes<o:p></o:p>	Une dose = un effet<o:p></o:p>
	Effets aléatoires = stochastiques<o:p></o:p>	Études statistiques pour mettre en évidence les effets<o:p></o:p>

Plus une dose est importante plus l’effet est précoce et plus l’effet est déterministe.<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Relation dose-effet<o:p></o:p>

On ne sait pas pour les doses faibles ce qui se passe.<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

III)      Radioprotection<o:p></o:p>

·      Historique<o:p></o:p>

 

 

 

·      Les deux types d’exposition<o:p></o:p>

- Externe : irradiation<o:p></o:p>

- Interne : contamination<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Les méthodes de protection contre l’exposition interne<o:p></o:p>

- La distance : plus on se tient loin, moins on prend de rayonnements<o:p></o:p>

- Le facteur temps : plus on reste longtemps à côté de source radioactive plus on prend des rayonnements<o:p></o:p>

- Interposer des écrans entre la source et nous-même<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Protection contre une exposition par contamination interne<o:p></o:p>

Exemple de l’iode 131 : on peut se protéger en saturant la thyroïde avec de l’iodure de potassium.<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Durée d’une contamination interne<o:p></o:p>

On la calcule par rapport à la période effective<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      Principe de radioprotection<o:p></o:p>

- Principe de justification :<o:p></o:p>

Tout examen doit être justifié.<o:p></o:p>

Il y a deux responsables : le médecin et celui qui réalise l’examen<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

- Principe d’optimisation :<o:p></o:p>

Il faut régler les appareils pour avoir la plus petite dose possible et le meilleur résultat<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

- Principe de limitation des doses individuelles : <o:p></o:p>

La population (y compris femme enceinte et bébé) : 1mSv/an supplémentaire par rapport à l’irradiation naturelle.<o:p></o:p>

Les travailleurs A : 20mSv/an<o:p></o:p>

Les travailleurs B : 10mSv/an<o:p></o:p>

/ !\ les patients et les médecins ne sont pas concernés.<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

·      La radioprotection de la femme enceinte<o:p></o:p>

1mGy = 1mSv<o:p></o:p>

Entre 0 et 100 mSv è aucun effet<o:p></o:p>

À partir de 100 mSv è peut se poser des questions<o:p></o:p>

Entre 100 et 500 mSv è IVG à recommander (risques de malformations)<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

IV)      L’exposition aux rayonnements ionisants<o:p></o:p>

·      Origines<o:p></o:p>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<o:p> </o:p>

·      Répartition de l’exposition en France par an : 3,5 mSv<o:p></o:p>

La dose d’origine naturelle paraît importante mais c’est une moyenne. <o:p></o:p>

Entre différentes régions de France nous n’avons pas les mêmes doses reçues, certaines sont inférieurs, certaines sont supérieures (Bretagne, Corse, Vosges, Massif central …) à cause du radon contenu dans le granite<o:p></o:p>

Pour les rayons cosmiques, plus on est en altitude plus on en prend. (Double tous les 1500m).<o:p></o:p>

<o:p> </o:p>

<o:p> </o:p>