PHYSIQUE NUCLEAIRE GENERALITESHISTORIQUE

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PHYSIQUE NUCLEAIREGENERALITES-HISTORIQUE

• H. AZALOUX
• azaloux_at_wanadoo.fr
• REFERENCES ESSENTIELLES
• http//perso.club-internet.fr/molaire1/plan.html
• http//web.ccr.jussieu.fr/radioactivite/histoire/d
  ecouverte.html
• http//www.biophysique-oncologie.com

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1er Quadrimestre LES RAYONNEMENTS EN MEDECINE
H. Azaloux 16h 1 - Historique Notions
générales sur les rayonnements 2 - La
Radioactivité 3 - Interactions des
rayonnements électromagnétiques avec la
matière 4 - Interactions des particules
chargées avec la matière 5 - Modes de
détection des rayonnements
3
2ème Quadrimestre LA CHAÎNE DE MESURE
ELECTRONIQUE MEDICALE J.L.
Barat 4h 1 Notions théoriques sur la chaîne
de mesure 2 Notions pratiques sur la
chaîne de mesure 3 Utilisation du
signal
4
ACTIVITE ELECTRIQUE DU CUR

J.L. Barat. 4h 1 Éléments danatomie et
dhistologie du cur. Vitesses de conduction 2
Électrophysiologie de la cellule cardiaque3
Exemples de laction de certains médicaments.
Pace Maker4 Électrocardiographie ECG
5
BASES PHYSIQUES DE LIMAGERIE PAR RESONANCE
MAGNETIQUE  IRM BASES PHYSIQUES DE LA
RADIOLOGIE
BASES
PHYSIQUES DE LA SCINTIGRAPHIE J.L.Barat 12h
6
BASES PHYSIQUES DE L ECHOGRAPHIE et de lEFFET
DOPPLER H. Azaloux 4h LA RADIOBIOLOGIE

H.
Azaloux 16h


Introduction1 - Notions de
Dosimétrie2 - Généralités de Radiochimie3 -
Effets moléculaires4 - Effets cellulaires5 -
Effets tissulaires 6 - Les différents types
de radio-exposition chez lhomme 7 - Notions
de radiothérapie
7
LISTE DES OUVRAGES CONSEILLES POUR
LENSEIGNEMENTDE LA BIOPHYSIQUE P.C.E.M 1 LES
RAYONNEMENTS EN MEDECINE Bases Physiques G.
COLLIGNON Editions BERGERET (71-73 rue Leyteire.
33000 Bordeaux) Edition 1997 RADIOBIOLOGIE G.
COLLIGNON Editions BERGERET (71-73 rue Leyteire.
33000 Bordeaux) Edition 1997 BIOPHYSIQUE André
AURENGO Thierry PETITCLERC François
GREMY 2ème Edition Médecine-Sciences Flammarion.
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PHYSIQUE NUCLEAIREPour les médecins et les
biologistesD. BLANC2ème Edition
MASSONBIOPHYSIQUE1. Radiobiologie /
RadiopathologieP. GALLE - R. PAULIN MASSON
LISTE DES OUVRAGES CONSEILLES POUR
LENSEIGNEMENTDE LA BIOPHYSIQUE P.C.E.M 1 (Suite)
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LE BING BANG
  ORIGINE DE LA MATIERE L'origine de la
matière se retrouve avec la fantastique histoire
du Big Bang et débute il y a environ 15 milliards
d'années Ce terme de "Grosse Explosion" est
désormais très célèbre, mais assez impropre car
il fait penser à une gigantesque déflagration que
nous pourrions visualiser "de l'extérieur". Or,
cela est impossible puisque nous faisons partie
intégrante de l'Univers Si nous avions pu vivre
(et survivre!) à cette époque, nous aurions
"vécu" une explosion partout autour de nous avec
dilatation ultrarapide de la structure même de
l'espace et du temps.
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APRES 10-32 secondes

• Entre 10-32 et 10-12s Naissance des quarks
• Univers petit (orange). Apparition de quarks et
  dantiquarks soit matière et antimatière.
• Les photons sont créés mais aussi la matière car
  EmC2. Un excédent de matière pour 1000000000
  dannihilation il y a 1 quark créé.
• Entre 10-12 s et 10-6 s Naissance des leptons
• Sphère de 300 millions de km.
• La soupe senrichit de particules légères
  Muons, Tau, neutrinos et antiparticules.
• De 10-6 à 10-4 Naissance des hadrons
• Les interactions forte agissent car les quarks
  nont plus assez dE pour exister seuls hadrons
  (protons, neutrons, mésons p)
• Taille de lunivers devient celle daujourdhui
  1013 m

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FINALEMENT

• - 3 quarks forment des baryons protons et
  neutrons naissent.
• - 3 antiquarks forment des antibaryons
  antiprotons et
• antineutrons.
• les paires quark-antiquark forment des mésons.
• De 0,0001 à 1 s Phase des leptons,
• Les leptons nont plus assez dE pour se
  matérialiser en électrons ou anti électrons. Ils
  sannihilent et comme les hadrons seule un infime
  partie des leptons persiste la matière est
  constituée alors de hadrons et de leptons
  épargnés  ou  célibataires 

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SUITE BING BANG

• De 1 à 3 s Les neutrinos se séparent de la
  matière
• Formation des premiers noyaux datomes
• De 3 mn à 300000 ans lunivers devient
  transparent (Température de 10000K). Les photons
  cessent dinteragir tout le temps avec la
  matière. Rayonnement fossile.

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EVOLUTION DE L'UNIVERS

• - 12 milliards d'années  formation de notre
  galaxie
• - 4,6 milliards d'années formation de notre
  Système Solaire et de la Terre
• - 3,4 milliards d'années apparition de la Vie
• - 1,4 milliards d'années premières cellules
  eucaryotes à noyau
• - 350 millions d'années  les premiers vertébrés
  quittent l'eau
• - 4,5 millions d'années   les premiers hominidés
• - 5 300 ans  naissance de l'écriture

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LES QUATRE ELEMENTS D'EMPEDOCLE D'AGRIGENTE
De sa belle ville sicilienne d'Agrigente, le Grec
Empédocle (vers 492-432 av. J.-C.) divisa la
matière en quatre éléments, qu'il appela aussi
"racines" l'eau la terre l'air le
feu Ces éléments sont mus par les forces de
l'amour et de la haine. Dans l'amour absolu, ils
forment une unité homogène, alors que la haine
les sépare. Lorsque ces deux forces entrent en
conflit, le mélange des éléments fait surgir les
choses matérielles. Cette vision de la matière
préfigure déjà un peu la nôtre par la notion
d'éléments liés par des forces attractives et
répulsives.  
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LES GRECS ATOMISTES
Le mot "atome" vient du grec "a-tomos" et
signifie "insécable". Cette notion fut inventée
par Leucippe de Milet en 420 avant J.C. Son
disciple, Démocrite d'Abdère (vers 460-370 av.
J.-C.), expliquait que la matière était
constituée de corpuscules en perpétuel mouvement
et dotés de qualités idéales. invisibles à cause
de leur extrême petitesse - insécables ou
indivisibles comme leur nom l'indique - pleins
(pas de vide à l'intérieur) - éternels car
parfaits - entourés d'un espace vide (pour
expliquer le mouvement et les changements de
densité) - ayant une infinité de formes (pour
expliquer la diversité observée dans la nature)
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L'ALCHIMIE DU MOYEN - AGE
  Née au Moyen-Age, l'alchimie est née des
progrès de la métallurgie et de l'insuffisance de
la théorie des 4 éléments à représenter la
diversité de la matière.   Le grand dessein de
l'alchimie transmutation des métaux "vils"
(tels que le cuivre) en métaux "nobles" tels que
l'or. Esotérisme et occultisme y étaient
associés.
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LE TABLEAU DE MENDELEIEV   En 1869, le
chimiste russe Dimitri Mendeleïev construit un
tableau qui classe tous les éléments chimiques
alors connus d'après leurs propriétés chimiques.
Ce tableau servira plus tard à classer
méthodiquement tous les atomes naturels et
artificiels d'après leur numéro atomique
(c'est-à-dire le nombre de leurs protons).
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(No Transcript)
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FAMILLES DES ATOMES

• Métaux vrais Li, Be, Na, Mg, K, Ca, Rb, Sr, Cs,
  Ba, Fr, Ra
• Métaux de transition
• Sc, Ti, V,Cr Mn, Fe, Co, Ni,Cu, Zn (couche 4)
• Y,Zr,Nb,Mo,Tc,Ru,Rh, Pd, Ag,Cd (couche 5)
• Hf, Ta,W,Re,Os,Ir, Pt, Au, Hg (couche 6)
• Rf Db,Sg,Bh,Hs,Mt,Uun,Uuu,Uub,Uuq, Uuh,Uuo
  (couche 7)
• Métalloïdes Al, Ga,Ge,In,Sn, Sb, Tl, Pb,Bi,Po
• Non métaux B, C, N, O, F,Si, P,S, Cl, As, Se,
  Br, Te, I, At, Th,Pa, U, Np,Pu,Pu,Am, Cf, Es, Fm,
  Md, No, Lr
• Gaz rares He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn

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DECOUVERTE DE L'ELECTRON   En 1897,
Thompson découvre le premier composant de
l'atome l'électron, particule de charge
électrique négative. En 1904, il propose un
premier modèle d'atome, surnommé depuis "le
pudding de Thompson  Il imagine l'atome comme
une sphère remplie d'une substance électriquement
positive et fourrée d'électrons négatifs "comme
des raisins dans un cake".
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En 1912, Rutherford (physicien NZ) noyau
atomique. Son nouveau modèle d'atome montre que
sa charge électrique positive, ainsi que
l'essentiel de sa masse, est concentrée en un
noyau quasi-ponctuel. Les électrons de l'atome
se déplacent autour de ce noyau tels des planètes
autour du Soleil, et la force électrique
attractive (la charge - de l'électron attirant la
charge du noyau) joue le rôle de la force de
gravitation pour les planètes d'où le nom de
modèle d'atome planétaire.
DECOUVERTE DU NOYAU
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(No Transcript)
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  Rutherford comprend que le noyau est
lui-même composé de nucléons. Ces nucléons sont
de deux sortes - de charge positive
proton- de charge neutre neutronLe neutron
sera effectivement découvert en 1932 par
Chadwick.  
DECOUVERTE DES NUCLEONS
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L'ATOME DE BOHR

•   Afin de rendre compte de cette stabilité
  atomique, Niels Bohr crée en 1913 un nouveau
  modèle d'atome
• Les orbites des électrons ne sont pas
  quelconques mais "quantifiées  seules certaines
  orbites particulières sont permises pour
  l'électron. Ce n'est que lorsque celui-ci saute
  d'une orbite à l'autre qu'il peut émettre (ou
  absorber) de la lumière.

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  Le modèle de Bohr physique classique-
physique qui explique les mouvements et les
phénomènes existant à notre échelle humaine. Ces
modèles d'atomes sont donc faciles à comprendre
et à se représenter. - Le modèle planétaire de
grains tournant autour du noyau est faux car ne
peut expliquer tous les phénomènes énergétiques
Planck et Enstein décrivent la physique
quantique.
PHYSIQUE QUANTIQUE
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PHYSIQUE QUANTIQUE

• Associe une onde (continue) et une particule
  (discontinue)
• La Physique quantique permet de mieux comprendre
  comment la lumière est émise par la matière
• Ce nouveau modèle de nuages électroniques obéit à
  un principe clé de la physique quantique le
  principe dincertitude dHeisenberg
• Impossibilité de déterminer avec précision et
  simultanément la position et la vitesse dune
  particule comme lélectron.
• ?E.?t gth/2p
• ?E Erreur sur lE
• ?t Erreur sur le temps (vitesse)
• H Constante de planck (6,62.10-34J.s

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FERMIONS ET BOSONS

• FERMIONS Enrico FERMI
• Particules qui ne peuvent être au même endroit en
  ayant les mêmes propriétés (électrons et
  nucléons)
• Constitué de 3 Quarks (u et d) de charge
  électriques 2/3 et -1/3
• BOSONS Satyendranath BOSE
• Particules qui peuvent se rassembler dans un même
  endroit dans le même état physique (photons)
• En 1933 PAULI découvre les NEUTRINOS
• Constituent avec les électrons LES LEPTONS
  (particules légères)

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QUARKS
Enoncée pour la première fois en 1964 par Murray
Gell-Mann et indépendamment par George Zweig, la
théorie des quarks acquit ses lettres de noblesse
au fur et à mesure qu'elle fut corroborée par les
expériences Ce n'est qu'en 1975 que les quarks
furent détectés expérimentalement.
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NEUTRINO

• Cette particule fondamentale fut "inventée" en
  1930 par Wolfgang Pauli pour expliquer le
  mécanisme de la radioactivité Bêta un neutron se
  transforme en un proton en émettant un électron
  (rayon bêta) et une autre particule mystérieuse
  que le physicien italien Enrico Fermi baptisa en
  1933 "neutrino" ce qui signifie en italien
  "petit neutron".
• Ce n'est qu'en 1956, après une expérience
  concluante que Frederick Reines et Clydes
  Cowan mettent en évidence le neutrino. Les deux
  scientifiques ont installé un détecteur de
  neutrinos à proximité du réacteur nucléaire de
  Savannah River, en Caroline du Sud.

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ANTIPARTICULE
C'est en 1927 que Paul Dirac imagina (comme
solutions mathématiques à une équation qui porte
son nom) l'existence d'antiparticules. En 1932,
l'américain Carl Anderson détecta quelques
anti-électrons (baptisés positons car de charge Q
positive) parmi les particules produites par
l'impact du rayonnement cosmique sur
l'atmosphère. Anti-Particule Particule de
charge opposée
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Willhem ROENTGEN(1845-1923)
A la fin de l'année 1895, à Würzburg en
Allemagne, Wilhelm Roentgen découvre les rayons
X. Henri Poincaré Emission des rayons X et la
luminescence du verre du tube dont ils sont issus
sont des phénomènes associés.
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Henri BECQUEREL 

• Un jour de 1896, Henri Becquerel range (par
  hasard selon la légende?) dans son armoire un
  sachet de sels d'uranium à coté d'une plaque
  photographique vierge. Quelques jours plus tard,
  il retire la plaque et la développe.
• Il constate que la plaque photo est impressionnée
  sans avoir été exposée à la lumière. Après avoir
  renouvelé cette expérience, il en conclut que
  l'Uranium émet un rayonnement spontané qu'il
  nomme "rayons uraniques".
•  

33
Marie CURIE
En 1898, Marie CURIE découvre que la pechblende,
un minerai d'uranium, émet davantage de
rayonnements que l'uranium lui-même. Elle en
déduit que ce minerai contient, en très petite
quantité, un ou plusieurs éléments beaucoup plus
actifs que l'uranium. A l'aide de son mari
Pierre Curie, et après deux ans d'effort, elle
parvient à isoler deux nouveaux éléments Le
Polonium (baptisé ainsi en hommage à la patrie de
Marie) et le Radium. A cette occasion, Marie
Curie inventa le mot "RADIOACTIVITÉ .
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LA RÉACTION ?, n
15 JANVIER 1934 Irène Curie et Frédéric Joliot
annoncent à l Académie des Sciences la
découverte de la radioactivité artificielle.
12 DECEMBRE 1935 Irène Curie et Frédéric
Joliot reçoivent le prix Nobel pour cette
découverte.
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HISTORIQUE DE LA PHYSIQUE NUCLEAIRE
Découverte des rayons X Whilhem C. Röntgen
1895 - Radioactivité H. Becquerel 1896 -
Electron. Sir Joseph J. Thomson 1897 - Quanta
Max Planck 1900 1905-1907 A. Einstein
Equivalence Temps / Energie - Pierre et Marie
Curie Polonium et radium 1898 - 1908
Existence des atomes Jean Perrin - 1911 Ernest
Rutherford noyau - Niels Bohr quantification
des niveaux dénergie - Georges Uhlenbeck et
Samuel Goudsmit spin 1925 - Louis de Broglie
et Werner Heisenberg nouvelle mécanique
quantique