Cons

1
Conséquences dune irradiation sur une cellule
2
La première radiographiepour la première fois,
on peut voir les os à lintérieur du corps
W. Roentgen
Et tout cela en travaillant avec des tubes
cathodiques.
3
Découverte de la radioactivité naturelle par
H.Becquerel
Émission par un sel dUranium de rayonnements
capable dimpressionner une plaque photo
Découverte dun phénomène majeur de la nature
4
Découverte par P.et M.Curie de deux éléments
radioactifs Po et Ra
En 1898 , Pierre et Marie Curie annoncent la
découverte de deux éléments le polonium (nom
rapellant son pays la Pologne) et le radium.
Elle reçut le prix Nobel de physique en 1903,
avec son mari et H.Becquerel ainsi que e prix
Nobel de Chimie pour son travail sur le radium
et ses composés en 1911.
5
Les premières lésions
Première expérience radiobiologique
(involontaire) en 1900 par Becquerel production
d un érythème cutané 15 jours après exposition
au radium. Répétition (volontaire) de la même
expérience par Pierre Curie en 1901. Ces 2
expériences marquent le début de la radiobiologie
6
Un peu dhistoire

• 1895 découverte des RX par Roentgen
• 1896 découverte de la radioactivité par
  Becquerel dans un minerai duranium
• 1898 Extraction du Po et Ra du minerai duranium
  (P. et M.Curie)
• ? 1920 conscientisation du danger dune
  exposition et esquisse dune réglementation
• 1932 découverte de la radioactivité artificielle
  par I. et F. Joliot-Curie
• 1942 mise en marche de la pile atomique par Fermi
• 1945 Bombe atomique sur Hiroshima et Nagasaki

Prudence!

• Le Nucléaire fait peur ? Instauration dun climat
  de confiance
• Protection efficace ? Limiter la probabilité
  dun accident et si cela arrive..
• rapidité et efficacité des secours

7
LES RAYONNEMENTS IONISANTS ?, ?, ?, X, n
Tout système instable tend vers la stabilité La
transformation du noyau entraine lémission dun
rayonnement Décroissance radioactive
1. Rayonnement ?
Quelques cm dans lair (quelques MeV)
?
Parcours rectiligne
241Am ? 237Np ?
8
LES RAYONNEMENTS IONISANTS ?, ?, ?, X, n
2. Rayonnement ? (e-, e)
Energie quelques keV à x MeV
Parcours sinueux, quelques m dans lair (qq mm
dans les tissus vivants)
32P ? 32S e-
9
LES RAYONNEMENTS IONISANTS ?, ?, ?, X, n
Tout système instable tend vers la stabilité La
transformation du noyau entraine lémission dun
rayonnement Décroissance radioactive
1. Rayonnement ?
2. Rayonnement ? (e-, e)
Rayonnement ionisant
Energie qq MeV Parcours rectiligne, qq cm dans
lair, qq dizaines de µ dans les tissus vivants
Energie qq keV à qq MeV Parcours sineux, qq m
dans lair qq mm dans les tissus vivants
10
LES RAYONNEMENTS IONISANTS ?, ?, ?, X, n
4. neutrons
Suivant leur énergie, neutrons thermiques (0,025
eV), lents (lt 1 keV), intermédiaires, Rapides
(15 MeV)
Les neutrons agissent par chocs
Capturé par les noyaux
Noyau excité Désexcitation par émission ?, ?, ?

• Parcours
• Neutron thermique (quelques dizaines de m)
• Neutron rapide (quelques centaines de m)

11
LES RAYONNEMENTS IONISANTS ?, ?, ?, X, n
3. Rayonnement électromagnétique (? et RX) se
différenciant en fonction de leur origine

• Rayt ? changement dans les niveaux dE du noyau
  (quantifié)
• Rayt de freinage ralentissement des e- dans la
  matière
• Rayt X changement dans les niveaux dE des e- de
  latome

Rayonnement ?
Désexcitation du noyau après émission ? ou
? Propagation en ligne droite, Très pénétrant
(peu dinteraction) quelques centaines de m (E
1 Mev)
60Co ? 60Ni ? ? (E? 1,17 et 1,33 MeV)
Pour arrêter un ? de E 1MeV (ex 60Co) 200 à
300 m dair
12
LES RAYONNEMENTS IONISANTS ?, ?, ?, X, n
Rayonnement X ? réarrangement délectrons (cas
des isotopes)
125I ? 125Te X ?
13
En résumé.

• Ces rayonnements sont des désintégrations
  nucléaires (E de la particule émise ou du
  rayonnement caractéristique de lélément
  considéré)
• 3 caractéristiques dun élément radioactif
• nom de la particule ou rayonnement (?, ?, ?, X,
  n)
• E de lémission (eV keV, MeV)
• intensité (cadence de désintégrations nbre de
  désintégrations par unité de temps)

14
Générateur de rayonnements ionisants

• Tube à rayons X
• Accélérateurs linéaires (gt 500 kV) pour obtenir
  des E élevées
• Radiothérapie, stérilisation, polymérisation
• Champ électrique de haute fréquence qui accélère
  les électrons (RX avec E entre 4 et 25 MeV, flux
  de neutrons si cible, flux délectrons)

Interaction électron-noyau
Interaction électron-électron
15
Générateur de Rayons X

• Mécanisme à lorigine des RX
• collisions (électrons des atomes de lanode)
• freinage (noyaux des atomes de lanode)

Interaction e- - e-
Interaction e- - noyau
16
Phénomène physique de la production de RX Les
collisions

• Ejection dun électron (ionisation)
• Excitation dun électron
• Réaménagement électronique
• Déplacement des électrons
• Excédent dE rayonné sous forme de ? fluorescence

Absorption dE ? Etat dE supérieur ? Retour vers
létat fondamental
E (? Fluorescence) différence dE entre 2
couches électroniques (valeur caractéristique)
Spectre caractéristique
17
Phénomène physique de la production de RX Le
rayonnement de freinage

• Electron subissant la force dattraction dun
  noyau atomique
• Ralentissement
• Déviation
• Perte dE sous forme de photons (? de freinage
  dE entre 0 et E)
• Spectre continu
• Plus lE de lélectron augmente et plus Z est
  grand, plus le phénomène sera important

Ce phénomène est celui qui est utilisé dans les
générateurs à RX
18
Interaction des rayonnements ionisants avec la
matière

• Les rayonnements perdent leur énergie en
  traversant la matière
• Action directe sur les électrons par les ? et ?
• Excitation et ionisation des atomes par les ?
• Excitation des noyaux par les n
• Rayonnement directement ionisant (? et ?)
• Interaction avec les électrons périphériques
• Expulsion de lélectron ionisation nbre de
  paires dions
• Déplacement dun électron sur une autre couche
  excitation de latome et émission de
  photons X

Ionisation de la matière
?
7300 x plus lourd que e- Trajectoire
rectiligne Très ionisantes (milliers
datomes dans cellule)
e-
Trajectoire sinueuse Faiblement ionisant (petit
nbre datomes dans cellule)
19
Interaction des rayonnements ionisants avec la
matière

• Rayonnement indirectement ionisant (X et ?)
• Expulsion des électrons des atomes

Effet photoélectrique
Effet Compton
Production de paires
Toute lE du photon cédée à le- sous forme dE
cinétique
Partie de lE du photon cédée à le- Photon de
moindre E
Photon dE gt 1.02 MeV Noyau avec Z élevé
?-
?
?1
?-
E 0.511 MeV
Photons E lt 50 keV
?2
E entre 50 keV et 20 MeV
E gt 20 MeV
Ee h? - EK
Ec h?O - h?
Erésiduelle h? - 2mOc2
20
Interaction des ? avec la matière Effet
photoélectrique

• Totalité de lE? transférée à un e- de latome
• Seulement si lE? gt EK
• Eliaison avec Z et proximité du noyau
• Coefficient dabsorption photo-électrique
• µphoto-électrique 8 Z3/E3
• En pratique
• Pb bon matériau pour les écrans de protection
  contre les RX (permet larrêt des RX de faible E
  et un bon des autres)
• Bon contraste de limage radio
• Effet principal dans la matière organique (Effet
  majeur pour V gt 70kV) car arrêt du RX de faible E
  et production dun ?électron pouvant être
  biologiquement néfaste

Ee h? - EK
Effet important pour les photons de faible E et
dans les matériaux lourds
21
Interaction des ? avec la matière Effet compton

• Partie de lE du ? transmise à le-
• Distribution angulaire en énergie
• Pour ? élevé, E? diffusé fort réduite
• Conséquence dégradation importante
  du
  spectre dE des ?
• Détecteur sensible sur un domaine étendu dE
  de ? avec un
  certaine réponse angulaire
• Le diffusé est multidirectionnel
• Peu dinfluence de Z masse de matière
  présente!
• Efficacité de lécran de protection ne dépendant
  du matériau choisi
• En pratique
• Diffusé encore assez énergétique pour avoir des
  effets sur image radio (voile) et constituer un
  danger pour le personnel qui doit se protéger
• provient du patient. Diffusé avec lE des RX et
  du volume irradié

Ec
Ec h?O - h?
h?O
h?
22
Atténuation globale dun faisceau de photons
I IO e-µx

• µ dépend de lE des ? incidents et de la nature
  du matériau absorbant (masse volumique, numéro
  atomique)

Domaine prépondérant dinteraction en fonction de
lE des rayonnements et du Z du matériau absorbant
23
Domaine prépondérant dinteraction en fonction de
lE des rayonnements et du Z du matériau
absorbant
24
Lois de la radioactivité période radioactive (T)
T loi physique caractéristique de chaque
élément radioactif (temps nécessaire pour que la
moitié des atomes présents se soit désintégrée
spontanément) Au départ N0 noyaux 1T ½ N0 2T
¼ N0 3T 1/8 N0 10 T un millième
Exemple Ra 226 1600 ans C 14 5730 ans Tc 99m 6
heures I 131 8 jours Th 224 1 seconde
25
Activité du radioélément et exposition aux
rayonnements

• Une source est caractérisée par lactivité
  quelle contient (nombre de noyaux se
  transformant spontanément par unité de temps),
  activité variant selon la décroissance
  radioactive.
• Importance de la dose dirradiation (activité et
  modalités de lexposition)
• Irradiation externe
• Irradiation interne
• Contamination externe

Unité légale Becquerel (1 Bq 1 désintégration
par seconde)
1 kBq 1000 Bq 1MBq 1000 000 Bq 1 GBq 1000
000 000 Bq
Attention pas de lien direct entre lactivité
dune source et la dose que celle-ci va
engendrer!!
Ancienne unité Curie (1 Ci 37 milliards de Bq)
26
Période effective et biologique

• En cas de pénétration dans lorganisme
• Décroissance physique suivant T
• Élimination biologique (organe cible,
  concentration) ? TB
• Loi exponentielle dans les deux cas

Période Effective (TE)
1/TE 1/TR 1/TB
TE toujours plus petite que la plus petite des 2
autres !