RAYONNEMENTS IONISANTS RAPPELS INTERACTIONS

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RAYONNEMENTS IONISANTS RAPPELS INTERACTIONS
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INTERACTIONRAYONNEMENT- MATIÈRE
Transfert Énergie Rayonnement-Matière
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De la Source à ses Effets
Source
radioactivité,  nucléaire , RX, ...
Exposition
exposition externe, contamination
cest la dosimétrie ...
Absorption
Effets
expressions pathologiques
Réglementation
gestion des risques !
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Caractérisation des sources du Nucléaire

• Peu importe la source, naturelle ou artificielle,
  ce qui compte cest lénergie que lon en reçoit
  !
• Les conséquences sur lorganisme dépendent avant
  tout ... de la dose, exprimée en joules/kg, le
  sievert Sv, ( le plus souvent en mSv !) et de son
  débit !

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ORIGINE ET EFFETS DES RAYONNEMENTS IONISANTS
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CONSTITUANTS ÉLÉMENTAIRES DE L ATOME PROTONS,
NEUTRONS ET ELECTRONS
Atomes Stables et Instables
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NOYAUX INSTABLES ÉMETTENT ÉNERGIE
1,7 eV à 3eV
cosmic
g
RF
m
Ondes infrarge visible uv RX
700 à 400 nm
Basse énergie
Haute énergie
ionisant
non-ionisant
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RAYONNEMENTS IONISANTS ET NON IONISANTS
fréquence (Hz)
20
14
10
5
22
10
10
10
10
10
50 Hz
-6
-11
7
10
10
10
énergie des photons (eV)
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RAYONNEMENTS IONISANTS ?
13,6 eV (H, O, C, N)
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RAYONNEMENTS IONISANTS ET NON IONISANTS
hn ?E
H2O 13,6 eV
altérations de l ADN mutations radio-induites
liaisons covalentes 1 eV liaisons de van der
Waals 10-1 eV
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IONISATIONS ET EXCITATIONS

• E moy de liaisons des atomes de la matière
  vivante sont de lordre dune dizaine deV à
  plusieurs milliers deV.
• Dans un milieu aqueux, un rayonnement de 32 keV
  produit en moyenne 1000 ionisations. LE moy pour
  créer une ionisation est donc de 32 eV (E moy par
  ionisation).
• Une particule de 1 MeV (e, photons, X)
  entièrement absorbée produit donc 10 6 / 32
  soient près de 30000 ionisations. Dans le même
  temps se produisent 100000 excitations.

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INDIRECTEMENT DIRECTEMENT
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RAYONNEMENTS IONISANTS transfèrent de lénergie
à la matière.
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RAPPELS DE RADIOACTIVITÉ
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RAPPELS SUR LABSORPTION DES RAYONNEMENTS

• Ionisation
• e-
• cation
• Excitation - Desexcitation
• X, UV, Visible
• g si n
• Matérialisation
• Lumière si Cerenkov
• X freinage
• Activation par neutrons

X,g
X,g,a,p,e,e-
n
e-
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INTRODUCTION Un rayonnement est ionisant
lorsquil est susceptible darracher des e- à la
matière.Des UV C de longueur donde 0,1?m, ont
une E de 12,4 eV suffisante pour ioniser des
milieux biologiques. Les UV A et B, le visible,
les IR et les ondes hertziennes ne sont pas
ionisants.Les rayonnements particulaires sont en
général ionisants.Un rayonnement est directement
ionisant sil est constitué de particules
chargées (e-, p, deutons, Alpha.)Un rayonnement
est indirectement ionisant sil contient des
particules non chargées (UV C, X et Gamma,
Neutrons).
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PARTICULES CHARGEES LEGERES
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INTERACTION AVEC LES e- ATOMIQUES1) Phénomènes
de Collisions Passage dun e- près du cortège
électronique. Sous laction des forces répulsives
(fk e2/ x2), le- est plus ou moins ralenti et
cède son E à le- cible.2) Transfert dE. Plus
il y a dE transférée plus le- est
arrêté.Dépend de lépaisseur x de la cible et de
la vitesse de le- incident - E thermique si Q
ltlt Wn- Excitation si Q lt Wn- Ionisation si Q gt
Wn3) Rayonnement de fluorescence Après
ionisation ou excitation réarrangement
électroniqueavec émission de photons ?. Si la
cible a un Z élevé et lorsque le- a assez dE
pour pouvoir exciter ou ioniser des couches
profondes (K,L..), les photons de fluorescence
sont des X car seuls les phtons gt 1,25 keV
peuvent sortir de la cible. Les X sont appelés X
justement à partir de 1,25 keV.
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Les photons de fluorescence d énergie gt 1,25 KeV
- émis après une excitation, une ionisation ou
une capture électronique sont du domaine des R.X.
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INTERACTION AVEC LES NOYAUX DIFFUSION
INÉLASTIQUERADIATIVE DANS LE CHAMP COULOMBIEN.
RAYONNEMENT X DE FREINAGE RESPONSABLE DE LA
PRODUCTION DES RAYONS X.
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RAYONNEMENT DE FREINAGE OU BREMSSTRAHLUNG

• Action dun e- incident avec le champ coulombien
  du noyau e- plus ou moins ralenti avec perte
  dEc
• (E1-E2). Si toute lE est perdue le photon X a
  pour Energie E1-0 soit E1.

Un électron qui passe près d un noyau est freiné
et un photon de freinage est émis. Seuls les
photons de freinage gt 1,25 KeV sortent de la
cible.
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NATURE DES RAYONS X
Ce sont des PHOTONS d énergie supérieure à 1.25
KeV. Mais contrairement aux PHOTONS ? d origine
intranucléaire, ces photons X prennent naissance
dans le vide du cortège électronique d un atome.
LE DOMAINE DES R.X.
Ce que l on appelle et utilise en médecine sous
le nom de  RAYONS X  est en fait un mélange de
photons dont les mécanismes d émission sont fort
différents. On y trouve des photons de
fluorescence des photons de freinage
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LES RAYONS UTILISÉS EN MÉDECINE
C est l ensemble des photons qui sortent d une
cible en tungstène (W) lorsque cette cible est
bombardée par un faisceau d électrons
accélérés. Mais selon quils sont destinés au
radiodiagnostic ou à la radiothérapie, ils sont
obtenus de façon différente
Les photons X du tube de Coolidge Ils ne sont
pratiquement utilisés qu en radiodiagnostic. Les
R.X. émis ont des énergies qui se répartissent
selon un spectre allant de 1,25 KeV à 120 KeV
environ.
Les photons X de l Accélérateur linéaire Dits
 photons X de haute énergie  Ces photons X ont
des énergies beaucoup plus importantes qui se
répartissent selon un spectre allant de 1,25KeV à
(10-50) MeV. Ils sont réservés à la radiothérapie.
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PARCOURS DES PARTICULES CHARGÉES LÉGÈRES EN
MOYENNE LA LONGUEUR DE TRAJECTOIRE DUN e-
(portée) DE 5 mev DANS LEAU EST DE 4,5 cm ET
SON PARCOURS DE 2,1 cm.
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RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUESLes lois
datténuation dun faisceau de photons X ou Gamma
Caractère aléatoire des interactions
phénomène stochastique. - pas dinteraction -
diffusion sans changement de longueur donde du
photon - déviation avec changement de
trajectoire et modification de
longueur donde. dI -?.I.dx?
coefficient datténuation linéique global.
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EXPRESSION EXPONENTIELLE LA LOI GENERALE
DATTÉNUATION I(x) I(0) . e-?x
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COUCHE DE DEMI-ATTÉNUATION CDA ln2/?.
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LIBRE PARCOURS MOYENL 1 / µL 1,44.CDA
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DIFFÉRENTS MODES DINTERACTION DES PHOTONS AVEC
LA MATIÈRE Tient compte de lE h.c/? h?h
6,624.10-34 J.s
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INTERACTIONS MULTIPLES - Avec noyaux
production de paires, réactions photonucléaires,
diffusion THOMSON- Avec e- Effet
photoélectrique, COMPTON, Dans tous les cas il
existe une E transmise, transférée et diffusée.
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dN -µ. N.dx
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EFFET PHOTOÉLECTRIQUE Ejection dun e- de
son orbite. Sur e- lié.Toute lE du photon E
h? se transmet à le- périphérique sous forme dE
cinétique, lautre E sert à extraire le- hors de
sa couche les photoélectrons ont une E
constantes puisquelle ne dépend que de lE sur
laquelle il se trouve.Le remplacement dun e-
par un autre de la couche supérieure entraîne une
émission de fluorescence. Comparaison avec
leffet Auger.Probabilité dEPE Lorsque EltWk
prop à Z3Lorsque EgtWk proportionnelle à Z5
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EFFET COMPTON OU DIFFUSION NON
COHÉRENTEInteraction avec un e- libre ou peu
lié.Interaction la plus fréquente en RT. On peut
admettre que pour leffet Compton tous les
électrons dun milieu sont libres.Diffusion
inélastique car le photon diffusé a une E
inférieure au Photon incident.E h?Photon
diffusé Eh?Electron de recul Er E - ELes
relations Compton définissent les fractions dE
transférées à le- de recul et au photon
diffusé.La répartition énergétique des e-
Compton se fera selon un spectre continu puisque
les E peuvent varier de 0 à Er max
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MATÉRIALISATION DE LE DU
PHOTON INCIDENT Production de paires
Matérialisation dun photon de haute E en un
positon et un négaton. Il faut donc que lE
incidente soit dau moins 1,022 MeV le surplus
dE est transmise à la paire positon - négaton
sous forme dE cinétique.
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LES EFFETS DES PHOTONS PHOTODÉSINTÉGRATION
Avec un photon de très haute E, expulsion dune
particule du noyau et absorption du photon.
E.P.E dans milieu peu énergétique et Z
élevéCOMPTON dans E intermédiaire,
proportionnelle à la densitéProduction de
PAIRES dans E élevées et milieux denses.
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Deuxième mécanisme de l interaction des photons
avec la matière
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Troisième mécanisme de l interaction des photons
avec la matière
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Importance relative des 3 effets en fonction de
l énergie