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 externe, contamination
Exposition
cest la dosimétrie ...
Absorption
Effets
expressions pathologiques
gestion des risques !
Réglementation
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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 (MATIERE)
PROTONS, NEUTRONS ET ELECTRONS
Atomes Stables et Instables
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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
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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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(No Transcript)
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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
• ??si n
• - Matérialisation
• - X freinage
• - Activation par neutrons

X,?
X, ????,p,e,e-
n
e-
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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).
INTRODUCTION
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PARTICULES CHARGEES LEGERES
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INTERACTION AVEC LES e- ATOMIQUES 1) Ce sont des
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) Il sagit
dun 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) Accompagné dun
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.
18
(No Transcript)
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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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DIFFUSION INÉLASTIQUERADIATIVE DANS LE CHAMP
COULOMBIEN. RAYONNEMENT X DE FREINAGE
RESPONSABLE DE LA PRODUCTION DES RAYONS X.
INTERACTION AVEC LES NOYAUX
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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.
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.
Les électrons qui sortent de laccélérateur
linéaire sans avoir frappé une cible
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PARCOURS DES PARTICULES CHARGÉES LÉGÈRES
Il sagit de linteraction DES ÉLECTRONS avec la
matière ce qui est tout à fait différent de
laction des photons avec la matière
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RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUESLes lois
datténuation dun faisceau de photons X ou Gamma
Caractère aléatoire des interactions - pas
dinteraction - diffusion sans changement de
longueur donde du photon -
déviation avec changement de trajectoire et
modification de longueur donde.
dN -?.N.dx? coefficient
datténuation linéique global.
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EXPRESSION EXPONENTIELLE LA LOI GENERALE
DATTÉNUATION N(x) N(0) . e-?x
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COUCHE DE DEMI-ATTÉNUATION CDA ln2 / ?
0,693 / ?
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LIBRE PARCOURS MOYENL 1 / µL 1,44 . CDA
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Tient compte de lE h.c/? h?h 6,624 .
10-34 J.s (Constante de Planck)
DIFFÉRENTS MODES DINTERACTION DES PHOTONS AVEC
LA MATIÈRE
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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.
INTERACTIONS MULTIPLES
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dN -µ. N.dx
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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.
EFFET PHOTOÉLECTRIQUE
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EFFET PHOTOELECTRIQUE (Suite)

• Le remplacement dun e- par un autre de la couche
  supérieure entraîne une émission de fluorescence.
  Comparaison avec leffet Auger.

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Interaction 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.
EFFET COMPTON OU DIFFUSION NON COHÉRENTE
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EFFET COMPTON (Suite)

• E h? (Energie du photon incident)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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(No Transcript)
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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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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.
LES EFFETS DES PHOTONS. RESUME DES 3 PRINCIPAUX
EFFETS
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EFFET PHOTOELECTRIQUE
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EFFET COMPTON
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CREATION DE PAIRES
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IMPORTANCE RELATIVE DES 3 EFFETS EN FONCTION DE
L ÉNERGIE