Métrologie :
1 téraoctet vaut 10^12 octets et son symbole est To.
La dimension d’une pression est ML-1T-2 et son unité de référence dans le système international est le pascal.
La dimension d’une énergie est ML2T -2 et son unité de référence dans le système international est le joule.
La dimension d’une charge électrique est I.T
Rayonnement :
L’effet Compton et photoélectrique sont inversement proportionnel a l’énergie donc proportionnel a la longueur d’onde.
L’absorption par matérialisation aboutit à la création de paires e+/e
L'effet photoélectrique est généralement suivi d’une émission de photons X de fluorescence
Lors de l'effet photoélectrique, l'énergie cinétique emportée par le photoélectron est égale à la différence entre l'énergie du photon incident et l'énergie d'ionisation du niveau sur lequel l'e- est arraché.
Métrologie :
L’unité de la vitesse est le m.s-1 donc LT-1 (et surtout pas MT-1 ).
Dans le système d’unité internationale (SI), l’unité de vitesse de référence est le m.s-1
La dimension de la constante de gravitation G est M-1 L 3T -2
Le symbole d’un giga est G et il représente 10^9 unités.
Lors de l’interaction d’un proton avec un électron dans la matière, il se produit généralement :
La production de deux photons gamma 0,511 MeV.
L’apparition d’une annihilation.
L’annihilation du proton et de l’électron.
Métrologie :
La dimension d’une force est : L M T-2
Dans le système international; l’unité de référence pour la force est le newton dont le symbole est N.
En optique l’indice de réfraction est dit « sans dimension ».
L’indice de réfraction n’a pas de dimension, il est égal à 1 et n’a pas non plus d’unité !
1 fmol = 1.10^-15 mol.
Particules élémentaires :
Les bosons ne peuvent pas être mis en évidence directement, mais ont un effet mesurable.
Les bosons n’obéissent pas au principe d’exclusion de Pauli.
Ondes et particules :
La vitesse de propagation d’un rayonnement électromagnétique est indirectement proportionnelle à l’indice de réfraction du milieu.
Dans la déconvolution de Fourier, les ondes périodiques harmoniques ont des longueurs d’onde qui sont multiples entiers de la fréquence de l’onde périodique fondamentale .
Dans le monde sub-atomique, il est impossible de déterminer simultanément la position dans l’espace et la quantité de mouvement d’une particule --> C’est le principe d’indétermination d’Heinsenberg
L’onde électromagnétique correspond à la propagation de 2 vecteurs couplés qui vibrent en phase.
Atomistique :
Selon le modèle atomique classique, la force centrifuge n'est pas directement proportionnelle au rayon de l’orbite de l’électron.
Selon le modèle atomique classique, la force centrifuge est directement proportionnelle au carré de la vitesse de l’électron.
Selon le modèle atomique classique, la force centrifuge n'est pas directement proportionnelle au carré du rayon de l’orbite de l’électron.
Selon le modèle atomique classique, au niveau de l’électron la force centrifuge est en équilibre avec la force d’attraction coulombienne.
Selon le modèle atomique classique, la force d’attraction coulombienne n'est pas directement proportionnelle au carré du rayon de l’orbite de l’électron.
Radiologie :
Pour produire le même effet biologique (mort cellulaire à 90%), la dose d’un rayonnement gamma doit être significativement supérieure à celle d’un rayonnement bêta.
Pour produire le même effet biologique (mort cellulaire à 99,9%), la dose d’un rayonnement gamma doit être significativement supérieure à celle d’un rayonnement bêta.
L’efficacité d’une dose donnée de rayonnement ionisant diminue avec l’augmentation du fractionnement. En effet, les doses sont d’autant moins efficaces qu’elles sont fractionnées et que le débit est faible .
D’après la Loi de Bergonie et Tribondeau, plus une cellule est jeune, plus elle est radioSENSIBLE
D’après la Loi de Bergonie et Tribondeau, plus une cellule est vieille, plus elle est radioRESISTANTE
Radioprotection :
Les effets déterministes sont obligatoires au-dessus d’un seuil de dose reçue.
Les effets stochastiques ne sont pas obligatoires au-dessus d’un seuil de dose reçue.
Les effets déterministes ne sont pas aléatoires
Les effets déterministes nécessitent un protection simple.
Les effets stochastiques sont aléatoires et nécessitent un protection simple.
Applications médicales :
L’émission des rayons X est la conséquence des interactions qui se produisent entre des électrons rapides et les particules de l’anode dans lequel ils pénètrent.
Radioactivité :
La masse en gramme d’une source radioactive est directement proportionnelle au nombre de masse atomique de l’atome radioactif.
La masse en gramme d’une source radioactive est inversement proportionnelle à la constante radioactive de l’atome radioactif.
La masse en gramme d’une source radioactive n'est pas inversement proportionnelle au nombre d’atomes de la source à l’instant t.
L’activité spécifique (ou massique) n'est pas directement proportionnelle au nombre de masse atomique de l’atome radioactif.
Lois de la radioactivité :
Dans le cas de la filiation radioactive à deux corps, la somme de TOUS LES NOYAUX est égale à une constante
Dans le cas de l’équilibre de régime, l’activité du radionucléide fils ne reste pas constante
Dans le cas de l’équilibre de régime, l’activité du radionucléide père décroit dans le temps.
Dans le cas de l’équilibre de régime, l’activité du radionucléide fils ne décroit pas dans le temps.
Dans le cas de l’équilibre séculaire, l’activité du radionucléide père reste pratiquement constante.
Interaction des rayonnements avec la matière :
Pour un parcours de l’ordre des cm, la Densité Linéaire de Ionisation des particules alpha est supérieure à celle des protons.
Le coefficient d’atténuation par effet Compton n'est pas directement proportionnel au nombre atomique de la matière irradiée.
Le déplacement Compton correspond à un décalage dans le spectre de rayonnement de la particule (« changement de couleur » lié à une perte d’énergie)
Le ralentissement des particules bêta est déterminé par la somme des pouvoirs d’arrêt Electronique, Radiatif et Nucléaire.
Métrologie :
La dimension d’une accélération est : 𝑳𝑇 −2
Lla dimension d’une force est : 𝑀𝐿𝑻 −𝟐
La dimension d’une pression est : 𝑀𝐿 −1𝑇 −2
La dimension d’une charge électrique est : 𝐼T
La dimension d’un potentiel électrique est : 𝑀𝐿 2𝑻 −𝟑 𝑰 −1
Particules élémentaires :
Il y a 3 familles de 2 quarks chacune. La plus importante étant celle qui contient le quark Up et le quark Down.
Les quarks sont soumis aux effets des gluons et des bosons intermédiaires. En effet, les bosons intermédiaires agissent sur tous les fermions donc les quarks aussi.
Il n’existe pas de quark neutre. Un neutron est constitué de deux quark down et un quark up.
Les bosons de l’interactions électromagnétique agissant sur des fermions chargés sont électriquement neutres.
Pour des énergies élevée, les bosons intermédiaires auront des propriétés similaires aux photons.
Ondes, particules et atomistique :
Young a été le premier à réaliser l’expérience des fentes d’Young avec une source de photons.
L’effet photoélectrique est à la base de la physiologie de la vision humaine.
L’intensité énergétique d’un rayonnement électromagnétique dépende de l’angle solide du faisceau. En effet, l’intensité énergétique d’un rayonnement électromagnétique est inversement proportionnelle à l’angle solide du faisceau.
L’énergie de liaison du noyau c’est l’énergie qu’il faut fournir pour séparer tous les nucléons.
Suite à une absorption d’énergie, l’électron passe d’une orbitale profonde à une orbitale plus superficielle
Radioactivité :
Le rapport entre le nombre des protons et le nombres des neutrons est proche de 1 pour de faibles masses atomiques
Le rapport entre le nombre de protons et le nombre de neutrons se réduit avec l’augmentation de la masse atomique
a radioactivité béta- c’est l’émission d’un électron et d’un antineutrino. En effet, dans les radioactivités béta il y a obligatoirement émission d’une particule ET d’une ANTIparticule.
Lors de la radioactivité 𝛽 + l’émission du neutrino est indispensable pour expliquer la distribution de l’énergie cinétique avec le positon.
Dans la radioactivité alpha il y a uniquement expulsion d’un noyau d’hélium, pas de neutrino.
Dans la filiation à deux corps, la variation dans le temps du nombre des atomes de l'élément radioactif est directement proportionnelle au nombre des atomes de l’élément radioactif.
Dans la filiation à deux corps, la variation dans le temps du nombre des atomes de l’élément stable est directement proportionnelle au nombre des atomes de l’élément radioactif.
Dans le contexte de l’équilibre séculaire, l’élément “père” à une vie très longue par rapport à l’élément “fils”.
Dans le contexte de l’équilibre séculaire, l’activité du “père” reste pratiquement constante par rapport à l’échelle du temps fils.
Le contexte de l’équilibre séculaire ne rappelle pas la filiation à deux corps.
Interaction des rayonnements avec la matière :
L’interaction des rayonnements ionisants avec la matière peut produire des effets thermiques. En effet, effets thermiques = agitation moléculaire
Le Transfert d’Energie Linéique (TEL) augmente avec l’augmentation de la masse de la particule. En effet, le TEL est directement proportionnel à la masse de la particule
Le TEL augmente avec l’augmentation de la « densité » des électrons du milieu traversé. En effet, le TEL est proportionnel à N qui est le nombre d’électrons du milieu par unité de volume = densité du milieu en électrons
Pour des énergies de l’ordre d’un MeV, les particules alpha ont un pouvoir d’arrêt supérieur aux protons.
Pour des énergies de l’ordre d’un MeV, les protons ont un pouvoir d’arrêt supérieur aux électrons.
Quel que soit la longueur du parcours, la particule alpha (composé d’un noyau d’hélium 2𝐻𝑒 4 2+) a un numéro atomique Z supérieur au proton
Le déplacement Compton est une variation de longueur d’onde.
Le coefficient d’atténuation par effet Compton ne dépend pas du numéro atomique de la matière irradiée.
Le coefficient d’atténuation par effet Compton est inversement proportionnel au variation d'énergie du photon incident.
Radioprotection :
La dose équivalente tient compte le type de tissu et le débit d’irradiation.
La dose équivalente ne tient pas compte du débit de dose.
La dose absorbée ne tient pas compte du type de tissu.
La. Dose létale 50 pour les humains c’est entre 4 et 5 Gray
Le rayonnement gamma et le rayonnement alpha n'ont pas les mêmes facteurs de pondération pour l’estimation de la dose équivalente
Les neutrons et les particules alpha peuvent avoir les mêmes facteurs de pondération pour l’estimation de la dose équivalente.
Applications médicales :
En médecine nucléaire, les radioéléments émetteurs de rayonnement gamma sont utilisés à visée diagnostique in vivo.
En médecine nucléaire, les radioéléments émetteurs de rayonnement beta plus sont utilisés à visée diagnostic in vivo.
En médecine nucléaire, les radioéléments émetteurs de rayonnement beta moins sont utilisés à visée diagnostique in vitro.
En médecine nucléaire, les radioéléments émetteurs de rayonnement alpha sont utilisés à visée thérapeutique. En effet, les particules alpha sont utilisées à visée thérapeutique.
En médecine nucléaire, les radioéléments émetteurs de rayonnement beta moins sont utilisés à visée thérapeutique.
Métrologie :
La dimension d’une puissance est : M.L2 .T-3
L’unité de référence, dans le système international, pour la puissance est le watt.
La dimension de la vitesse est : LT-1
L’unité de référence, dans le système international, pour la vitesse est le m.s-1
La dimension de l’angle plan est égale à 1.
Particules élémentaires :
Les neutrinos partagent avec la famille des quarks le principe d’exclusion de Pauli.
Les leptons partagent avec la famille des quarks le principe d’exclusion de Pauli.
Les bosons permettent un échange d’énergie entre deux particules chargées.
Le gluon agit entre quarks qui sont des particules chargées (+2/3 et -1/3).
Le photon agit uniquement entre particules chargées électriquement.
Les bosons intermédiaires agissent sur tous les fermions (quarks chargés et leptons neutres et chargés) donc peuvent agir également sur des particules non chargées, pas uniquement chargées.
Le graviton agit sur toutes les particules chargées et non chargées.
Ondes et particules :
La vision en couleur n'est pas une conséquence directe du principe mis en évidence par les fentes d’Young.
La vision en couleur est une conséquence directe de l’interaction de la lumière avec la matière à travers les quanta. En effet, les quanta sont synonymes de photons. On fait référence ici à l’effet photoélectrique.
Lors de l’expérience de De Broglie la longueur de l’onde est indirectement proportionnelle avec la vitesse des électrons.
L’effet photoélectrique est le témoin de l’aspect corpusculaire de la lumière, la réfraction et les interférences de son aspect ondulatoire. L’un ne peut pas expliquer l’autre. En effet, il est juste témoin.
L’intensité énergétique d’un rayonnement électromagnétique est indirectement proportionnelle à l’angle solide du faisceau.
Atomistique :
Pour un atome donné, selon le modèle atomique classique, la vitesse de l’électron dépend exclusivement de son rayon d’orbite. En effet, dans le modèle atomique classique, on a 2 formules : celle de la force d’attraction coulombienne (Fc) et la force centrifuge (F0). La vitesse est stable lorsque ces 2 forces sont à l’équilibre : la vitesse v ne dépend que du rayon.
Selon le modèle atomique classique, le carré de la vitesse de l’électron est indirectement proportionnel au rayon de l’orbite.
Radioactivité :
Le phénomène de capture électronique est en compétition avec le rayonnement beta+ pour le noyau trop riche en protons.
Le phénomène de capture électronique n’est pas en compétition avec le rayonnement beta- mais uniquement avec le rayonnement beta+.
Le spectre énergétique de la radioactivité alpha est un spectre de raie (donc discontinu)
Le spectre énergétique de la radioactivité beta- est un spectre continu
Le spectre énergétique de la capture électronique est un spectre de raies.
Le spectre énergétique de la radioactivité beta+ est un spectre continu.
La constante radioactive est égale à l’inverse de la vie moyenne.
Interaction des rayonnements ionisants :
Les particules, lors d’une interaction, peuvent ioniser la matière directement ou indirectement. En effet, elles peuvent être chargées (auquel cas elles sont directement ionisantes), ou bien non chargées (auquel cas elles sont indirectement ionisantes).
Les photons (Rayonnements électromagnétiques) sont indirectement ionisants donc ionisent la matière uniquement indirectement
Pour une particule donnée, le transfert linéaire d’énergie est indirectement proportionnel au carré de sa vitesse
Le coefficient massique d’atténuation par diffusion élastique est indirectement proportionnel au carré de l’énergie des photons incidents.
Le coefficient massique d’atténuation par effet Compton est inversement proportionnel au cube de l’énergie des photons incidents.
En radiologie les photons de basse énergie permettent un meilleur contraste entre les différents tissus au prix d’une augmentation de la dose livrée au patient.
Applications médicales :
Suite à irradiation neutronique dans un réacteur nucléaire on pourra constater l’émission d’un photon gamma.
Suite à irradiation neutronique dans un réacteur nucléaire on pourra constater l’émission d’un proton.
Suite à irradiation neutronique dans un réacteur nucléaire on pourra constater l’émission d’une particule alpha.
Suite à une irradiation protonique dans un cyclotron on pourra constater l’émission d’un neutron
Suite à une irradiation protonique dans un cyclotron on pourra constater l’émission d’une particule alpha.
Radiobiologie :
Suite à l’irradiation des tissus compartimentaux par une dose modérée on pourra constater une aplasie après une période de latence
Suite à l’irradiation des tissus non compartimentaux par une dose intense on pourra constater des nécroses d’expression tardive
Les effets stochastiques produits par une irradiation des tissus biologiques sont toujours tardifs et irréversibles. Ces effets intéressent tous les tissus.
Pour une irradiation donnée des tissus biologiques, les cassures mono-brin sont plus fréquentes que les double brin, jusqu’à 1000 par Gy
Un des effets du retard des mitoses produit par l’irradiation des tissus biologiques c’est la synchronisation partielle de mitoses.
Radioprotection :
Les effets déterministes provoqués par les irradiations de tissus biologiques produisent toujours des symptômes bien définis.
Les effets déterministes souffrent d’une protection plus simple par rapport aux effets stochastiques.
D’un point de vue de la population la plus grande partie de la radioexposition est due à la radioactivité d’origine naturelle. En effet, la radioactivité naturelle représente 2/3 de l’exposition.
Du point de vue de la population, la plus grande partie de la radioexposition naturelle est due au Radon.
Le principe de justification se décline sur 3 niveaux : - justification primaire, générique et individuelle.
Radioactivité :
Suite à irradiation neutronique dans un réacteur nucléaire on pourra constater l’émission d’un photon gamma.
Suite à irradiation neutronique dans un réacteur nucléaire on pourra constater l’émission d’un proton.
Suite à irradiation neutronique dans un réacteur nucléaire on pourra constater l’émission d’une particule alpha.
Suite à irradiation protonique dans un cyclotron on ne pourra pas contester l’émission d’un neutron.
Suite à irradiation protonique dans un cyclotron on pourra contester l’émission d’une particule alpha.
Atomistique :
Selon le modèle atomique classique, le carré de la vitesse de l’électron est indirectement proportionnel au carré du rayon de l’orbite.
Selon le modèle atomique classique, la vitesse de l’électron est indirectement proportionnelle au rayon de l’orbite.
Radioactivité :
Dans le contexte de l’équilibre séculaire, l’élément « père » a une vie très longue par rapport à l’élément « fils ».
Dans le contexte de l’équilibre séculaire, l’activité du « père » reste pratiquement constante par rapport à l’échelle de temps du « fils ».
Le contexte de l’équilibre séculaire rappelle la filiation à deux corps.
Interaction des rayonnements avec la matière :
Pour un parcours de l’ordre du cm, la Densité Linaire de Ionisation des particules alpha est supérieure à celle des protons. En effet, les particules alpha sont arrêtées très rapidement. Elles produisent donc toutes leurs ionisations sur une courte distance, et la densité linéique est ainsi élevée.
On appelle déplacement Compton le mouvement de l’électron suite à l’interaction avec le photon.
Radioprotection :
Les 3 principes fondamentaux sont : la justification, l’optimisation et la limitation.
La justification est constituée de 3 niveaux : primaire, générique et individuelle
Phénomènes de capillarité :
La longueur capillaire est égale à 7 mm donc la forme de la goutte est due à la gravité. La forme de la goutte n'est donc pas due aux phénomènes de capillarité.
Radioactivité :
La masse en gramme d’une source radioactive est directement proportionnelle au nombre de masse atomique de l’atome radioactif.
La masse en gramme d’une source radioactive est inversement proportionnelle à la constante radioactive de l’atome radioactif
La masse en gramme d’une source radioactive est directement proportionnelle au nombre d’atomes de la source à l’instant t.
L’activité spécifique (ou massique) est inversement proportionnelle au nombre de masse atomique de l’atome radioactif.
Particules élémentaires :
Les bosons ne peuvent pas être mis en évidence directement, mais ont un effet mesurable.
Les fermions peuvent être proches sans s’effondrer dans un état de densité infinie.
Les bosons n’obéissent pas au principe d’exclusion de Pauli.
Atomistique :
Selon le modèle atomique classique, la force centrifuge est inversement proportionnelle au rayon de l’orbite de l’électron.
Selon le modèle atomique classique, la force centrifuge est directement proportionnelle au carré de la vitesse de l’électron.
Selon le modèle atomique classique, la force centrifuge n'est pas directement proportionnelle au carré du rayon de l’orbite de l’électron.
Selon le modèle atomique classique, au niveau de l’électron la force centrifuge est en équilibre avec la force d’attraction coulombienne.
Selon le modèle atomique classique, la force d’attraction coulombienne est inversement proportionnelle au carré du rayon de l’orbite de l’électron.
Interaction avec la matière :
Le coefficient d’atténuation Compton est indépendant du numéro atomique de la cible irradiée.
Le coefficient d’atténuation Compton dépend de l’énergie du photon incident. En effet, il décroît lorsque l’énergie du photon incident E(0) augmente.
Le coefficient d’atténuation photo-électrique est dépendant du numéro atomique de la cible irradiée.
Le coefficient d’atténuation photo-électrique dépend de l’énergie du photon incident.
Le Transfert d’Energie Linéique (TEL) est directement proportionnel à la masse de la particule
Le Transfert d’Energie Linéique (TEL) est inversement proportionnel à l’énergie de la particule
Le Transfert d’Energie Linéique (TEL) est inversement proportionnel au carré de la vitesse de la particule.
Le Transfert d’Energie Linéique (TEL) est directement proportionnel au numéro atomique de la matière traversée.
Le Transfert d’Energie Linéique (TEL) est directement proportionnel au nombre d’atomes par unité de volume de la matière traversée.
Applications médicales :
Lors du tube à rayons X, la quantité d’énergie transportée par le faisceau X est directement proportionnelle à l’intensité du courant électrique.
Lors du tube à rayons X, la quantité d’énergie transportée par le faisceau X est directement proportionnelle au numéro atomique de l’anode (et non de la cathode)
Lors du tube à rayons X, la quantité d’énergie transportée par le faisceau X dépend de la tension d’accélération.
Lors du tube à rayons X, la quantité d’énergie transportée par le faisceau X est modifiée par l’interposition d’un filtre. En effet, l’interposition d’un filtre permet d’absorber la partie la moins énergétique du spectre, ce qui entraîne une diminution du flux et un durcissement du faisceau.
Radiobiologie :
Les retards de mitose induits par les rayonnements ionisants sur les cellules susceptibles de se diviser sont dus au blocage temporaire du cycle cellulaire en phase G2
Les retards de mitose induits par les rayonnements ionisants sur les cellules susceptibles de se diviser provoquent une synchronisation partielle des mitoses.
Ondes et particules :
L’intensité diminue lorsque l’angle solide augmente. Logiquement lorsque la surface éclairée (angle solide) augmente l’intensité lumineuse en chaque point de la surface est moins forte.
La vitesse de propagation d’un rayonnement électromagnétique est inversement proportionnelle à l’indice de réfraction du milieu.
Fourier dit que toute onde périodique complexe peut être décomposée en une somme d’ondes sinusoïdales simples (déconvolution = décomposition) : plusieurs harmoniques et une onde fondamentale. Les harmoniques ont des fréquences qui sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale.
Radioactivité :
Dans le cas général de la filiation radioactive à trois corps,au bout d'un certain temps (et non à tout instant), le nombre des noyaux du radionucléide père est supérieur au nombre des noyaux du radionucléide fils et au nombre du radionucléide petit-fils.
Dans le cas général de la filiation radioactive à trois corps, à tout instant, la somme de tous les noyaux présents dans la source reste constante. En effet, il n’y a pas de noyau qui disparaisse les N1 se transforment en N2 qui se transforment en N3 donc à tout instant N1+ N2 + N3 = N0 (le nombre de noyaux initial).
Dans le cas de l’équilibre de régime, l’élément père à une demi-vie supérieure à celle de l’élément fils mais son nombre de noyau et son activité diminuent quand même. En fait l’activité A1 décroit moins rapidement que A2. En conséquence, A1 et A2 seront presque égales à partir d’un certain moment, c’est pourquoi on parle d’équilibre.
Dans le cas de l’équilibre séculaire l’activité du radionucléide père reste pratiquement constante. En effet, dans le cas d’un équilibre séculaire, l’élément père a une demi-vie beaucoup, beaucoup plus longue que l’élément fils. Au final, à l’échelle de la vie de l’élément fils (très courte) l’activité de l’élément père semble rester constante.
Dans le cas de l’équilibre de régime au bout d’un certain temps les activités père et fils décroissent à la même vitesse. L’élément fils à une demi-vie faible donc son activité augmente très rapidement pour ensuite rejoindre l’activité de l’élément père et décroitre au même rythme que lui.
Le principe de la capture électronique c’est la transformation d’un proton en neutron par capture d’un électron des couches internes et émission d’un neutrino. En effet, lorsque qu’un noyau est trop riche en protons, il se désintègre soit par émission B+ , soit par capture électronique. Comme son nom l’indique, la capture électronique correspond à la capture d’un électron d’une couche interne de l’atome instable par le noyau. L’électron va apporter l’énergie nécessaire à la transformation d’un proton (les protons sont en excès) en neutron.
La seule réaction dans laquelle on perd un neutron c’est l’émission béta-, où le neutron se transforme en proton + positron + antineutrino
La capture électronique et la conversion interne (on ne parle jamais de conversion électronique!!!) sont suivies de réarrangements électroniques « en cascade » puisque dans les deux cas on a perdu un électron de la couche interne, il faut donc combler la lacune.
Le principe du rayonnement gamma c’est la désexcitation électromagnétique par l’émission d’un photon depuis un noyau dans un état excité. En effet, la réaction gamma est isomérique c’est-à-dire que seul l’état énergétique change entre l’élément père et l’élément fils --> On part d’un élément excité ou métastatique et on obtient le même élément mais dans son état fondamental.
Physiquement les rayons X et gamma sont identiques, ce sont tous les deux des photons. C’est leur énergie et leur origine qui diffèrent. Les rayons gamma sont généralement plus énergétiques que les rayons X. Et les rayons gamma proviennent du noyau tandis que les rayons X sont émis par les électrons.
Détection :
Le pic de l’effet photoélectrique se constate à un niveau d’énergie supérieur à celui du front Compton. En effet, l'effet photoélectrique est caractérisé par la transmission de l’intégralité de l’énergie de la particule incidente à l’électron (photoélectron) alors qu’en cas d’effet Compton seule une partie de l’énergie est transmise. Les photons éligibles à l'effet photoélectrique sont plus énergétiques.
Le pic de rétrodiffusion se constate à un niveau d’énergie inférieur au front Compton (photon INCIDENT permettant un choc frontal = énergie maximale).
Le pic de coïncidence correspond simplement à la détection de deux photons d'énergies différentes au même moment → un seul pic.
Applications médicales :
Un accélérateur linéaire sert à produire un faisceau de rayons X (photons) à haute énergie à partir de particules radioactives. Il n'est donc pas composé d'une source de photon
Un accélérateur linéaire est composé d’une source d’électrons.
Les rayons X ont une origine électronique contrairement aux rayons gamma qui ont une origine nucléaire.
Un accélérateur linéaire n'est pas composé d’une source de quarks.
Un accélérateur linéaire est composé d’une tension alternative à haute fréquence. C'est ce qui va permettre d’exciter les électrons et de les accélérer.
Radiobiologie :
Les milieux biologiques sont constitués à 80 % d’eau ce qui implique que la cellule est en fait une solution aqueuse de macromolécules (très diluée). Comme les molécules sont entourées d’eau, les rayonnements ionisants vont toucher majoritairement l’eau (radiolyse). Les lésions sont donc principalement par attaque indirecte des molécules.
Les rayonnement ionisants à FAIBLE T.L.E. entraînent des aberrations liées à des dommages de bases.
Les rayonnements ionisants à fort T.L.E. entraînent des aberrations liées à des cassures double brin. En effet, pour faire des cassures double brin il faut plus d’énergie donc un TLE plus fort
Radioprotection :
L’utilisation des filtres fait partie des mesures de protection des rayonnements. En effet, les mesures de protection qui permettent de limiter la dose reçue sont le temps, la distance et les barrières. Les filtres ou écrans de protection correspondent bien à cette dernière mesure
Le temps fait partie des mesures de protection des rayonnements. En effet, on limite le temps d’exposition au rayonnement
Si on ne fait que réduire la dose d’irradiation on risque de perdre l’utilité du traitement et alors on aura irradié le patient pour rien. C’est le principe d’optimisation de la dose. On ne peut donc pas dire que la réduction de la dose est une mesure de protection.
La dose équivalente tient compte de l’énergie des rayonnements, mais pas du débit de dose. En effet, la dose équivalente tient compte du type de rayonnement contrairement à la dose absorbée moyenne. Cependant ni la dose absorbée moyenne, ni la dose équivalente, ni la dose efficace ne tiennent compte du débit de dose ou de l’âge
La justification fait partie des principes fondamentaux de la radioprotection. En effet, la justification, l’optimisation et la limitation sont les principes fondamentaux de la radio vigilance.
Interactions des rayonnements avec la matière :
Les rayonnements électromagnétiques (photons) sont tous du même type : les rayons X, gamma, ou visibles sont tous composés de photons (dont les énergies sont différentes) et ils ont des mêmes propriétés (même vitesse dans le vide). Par contre on peut voir ces rayonnements sous deux aspects différents : ondulatoire et corpusculaire. L’aspect ondulatoire d’une OEM est caractérisé par la fréquence et la longueur d’onde tandis que la particule photonique est caractérisée par son énergie.
Un rayonnement directement ionisant doit détenir une énergie suffisante pour arracher des électrons aux atomes du milieu qu’il traverse. L’hydrogène est l’élément dont l’énergie de première ionisation est la plus haute (13.6) car il ne possède qu’un électron (donc l’atome ne veut pas le laisser partir). Si on prend des noyaux plus lourds comme le Potassium l’énergie d’ionisation n’est plus que de 4,34 eV, c’est donc suffisant pour qu’un rayonnement soit directement ionisant.
Les rayonnements indirectement ionisants provoquent des interactions déterminées par le hasard de rencontre entre la particule incidente et le milieu, aucun transfert d’énergie n’est donc obligatoire. Si la particule formant le rayonnement rencontre un atome du milieu elle va lui transmettre de l’énergie et l’atome passera dans un état excité. Mais le rayonnement peut tout aussi bien traverser la matière sans interagir (du fait de la grande proportion de vide). Les rayonnement directement ionisants eux, sont tous composés de particules chargées, celles vont donc obligatoirement interagir avec le milieu (attirée sous l’effet des forces électrostatiques). Elles transfèrent alors aux milieu une partie ou la totalité de leur énergie cinétique.
Une « collision » correspond à une interaction de la particule chargée incidente avec un électron de l’atome cible. On l’appelle aussi interaction coulombienne. Comme les particules chargées sont directement ionisantes elles vont beaucoup interagir avec les électrons et cela va les ralentir, il est donc quasi impossible que la particule chargée arrive à entrer en collision avec le noyau. Par contre si la particule arrive à proximité du noyau elle va interagir avec son champ coulombien et produire un rayonnement de freinage ou Bremsstrahlung
Mécanismes physiques d’interaction des rayonnements ionisants :
La trajectoire et le parcours des rayons alpha sont confondus. En effet, es particules alpha sont des particules chargées lourdes. Les transferts d’énergie vont donc moins influencer leurs trajectoires (une grosse particule bouge moins quand on a la pousse qu’une particule toute légère). Les trajectoires des particules chargées lourdes sont rectilignes et leur parcours moyen peu variable. Trajectoires et parcours sont donc confondus.
les rayons gamma sont plus pénétrants que les rayons bêta à énergie égale. Le parcours dépend du type de particule, de son énergie initiale et du matériau traversé. Les rayons gamma sont constitués de photons et les béta sont composés d’électrons (ou de positions).
Les particules chargées légères (positons et électrons), la trajectoire n’est pas rectiligne. Il y a des changements de direction importants dus aux nombreux transferts d’énergie élevée (par collision ou freinage), avec possibilité de rétrodiffusion. Cela donne un aspect de lignes brisées.
plus le milieu traversé a un Z élevé (et plus l’énergie initiale est grande), plus la particule produira des rayonnements (d’origine nucléaire) plutôt que des ionisations (origine électronique). Dans l’eau une particule de 1 MeV ne produit que 1% de son TEL par rayonnements
Plus la particule chargée est lente, plus elle provoquera d’ionisation. C’est le cas des particules chargées lourdes, elles ont des DLI et TEL importants car elles sont lentes (si tu traverses lentement une foule, tu as plus de change d’interagir avec des gens). Le nombre de ionisations provoquées par la particule est exprimé par le DLI. Celui-ci est proportionnel au TLE, qui lui est inversement proportionnel à la vitesse au carré.
Interaction des rayonnements ionisants :
Le TLE mesure l’énergie cédée par la particule au milieu. Il dépend notamment de la particule incidente. Les particules beta – et beta + dont l’électron et le positon, elles ont la même masse et le même nombre de charges. Leurs TLE sont donc identiques à énergie égale, c’est pour cela que dans ce cours on parle des rayons beta sans préciser + ou -.
la perte d’énergie de la particule incidente est caractérisée par le pouvoir d’arrêt. Au fur et à mesure de son parcours, la particule interagit avec la matière, et de ce fait elle perd de l’énergie (et donc de la vitesse). La particule est alors plus lente et interagit donc de plus en plus. La perte d’énergie n’est donc pas régulière mais plutôt exponentielle. Surtout dans le cas des particules alpha (chargées lourdes) pour lesquelles on décrit un phénomène d’augmentation des ionisations en fin de parcours → pic de Bragg. Cette notion est très importante car elle est utilisée en radiothérapie pour cibler précisément les tumeurs.
L’atténuation par effet Compton décroit avec la réduction de l’énergie du photon incident. En effet, le coefficient d’atténuation Compton est inversement proportionnel à l’énergie du photon incident E0. Lorsqu’on diminue l’énergie, c’est l’effet photoélectrique qui prédomine.
Le coefficient d’atténuation linéique µ dépend de la masse volumique du matériau, de la longueur d’onde du rayonnement incident et du numéro atomique du milieu traversé.
Le coefficient d’atténuation linéique par effet Compton est indépendant de Z (nature de la matière irradiée), il dépend uniquement de l’énergie du photon incident E0.
Particules élémentaires :
La charge électrique d’un quark est de +2/3 pour le quark u et -1/3 pour le quark d donc non entière (fractionaire).
La charge électrique d’un photon est nulle.
La masse au repos d’un photon est nulle.
La charge électrique d’un graviton est nulle
La charge électrique d’un boson intermédiaire est entière, comme celle de tout les bosons
La charge électrique d’un électron est entière, elle vaut -e (avec e la charge élémentaire)
Radioactivité :
Le principe des émissions radioactives, c’est la transformation d’un noyau instable de niveau d’énergie élevé/qui sont trop lourds vers un noyau stable, d’énergie plus basse. Le but principal d’une particule est d’abaisser son énergie pour gagner en stabilité.
Lorsqu’on a une émission radioactive, soit le noyau père est instable naturellement , soit il est stable et son instabilité est alors induite par le milieu extérieur (par une particules incidente).
Détection :
Les rayonnements seront détectés seulement s’ils interagissent avec le détecteur (transmission d’énergie) ! un rayonnement c’est de l’énergie, ça ne se voit pas. Si le rayonnement traverse le détecteur sans transmettre aucune énergie à la matière, il ne sera pas compté. (C’est comme si tu traversais une boite une boite de nuit bondée d’une traite sans parler à personne : personne ne te remarque).
La détection des rayonnements en médecine est indispensable pour la quantification de la radioactivité -> cela fait partie des 3 buts de la détection.
La détection des rayonnements permet de reproduire la biodistribution d’une source radioactive dans le corps humain, et c’est même un des buts principaux de la détection. C’est grâce à cela qu’on a développé la radiothérapie et l’imagerie médicale.
Le nombre de particules détectées par un détecteur dépend du détecteur et de la particule
Applications médicales :
Le principe du tube à rayons X c’est de bombarder l’anode (plaque de métal) avec des électrons très rapides, ce qui va produire des photons X de freinage.
On utilise des électrons pour créer des faisceaux de photon.
En pratique, on chauffe (excitation) un filament métallique (cathode) afin qu’elle s’ionise et produise ainsi des électrons. Ce sont ces électrons qui vont ensuite interagir avec l’anode.
L’émission des rayons X est la conséquence des interactions qui se produisent entre les électrons rapides et les particules de l’anode dans lequel ils pénètrent. En effet, entre la cathode et l’anode, toutes les conditions sont mises en place pour accélérer les électrons (augmenter leur énergie). D’abord le milieu : un vide poussé (pour éviter de les ralentir) puis la tension électrique qui court entre le filament et la plaque métallique
Le tube à rayons X permet de produire un faisceau très énergétique et cible de rayons X de freinage. Cela signifie qu’ils sont issus de l’interaction des électrons incidents avec le noyau de la cible (Bremsstrahlung).
Radioprotection :
Effets déterministes = effets obligatoires dont on peut prévoir l’apparition. Ils sont précoces et réversibles.
Les effets stochastiques impliquent des conséquences tardives et irréversibles. En effet, stochastiques = aléatoires, dont on ne peut pas prévoir la survenue.
La gravité des effets déterministes croit avec la dose totale reçue. En effet, la gravité des effets déterministes est effectivement proportionnelle à la dose reçue. Elle dépend aussi de l’organe touché (et du stade de développement pour les effets tératogènes).
Pour les effets aléatoires, la gravité est indépendante de la dose reçue. Elle varie en fonction des individus et de la période de latence.
Le risque des effets aléatoires sur une population donnée augmente avec la dose. Attention de ne pas mélanger le risque avec la gravité ! si on largues plus de bombes dans une bataille, il va y avoir plus d’individus. Mais ceux qui sont touchés ne seront pas forcément plus gravement blessés.
Métrologie :
Dimension d’un volume = L3 (et non M3!! faire très attention)
Dimension d’une force = M.L.T-2
Dimension d’un angle solide = 1 --> il s’exprime en radian et est sans dimension (donc dimension = 1)
L’angle plan n’a pas de dimension.
La dimension d’une vitesse est L.T-1 .
Dimension de la charge électrique = I.T
La dimension de l’énergie est ML2T -2 .
La dimension du potentiel électrique est ML2 I -1T -3 .
Radioactivité :
Il s’agit d’une désintégration spontanée. En effet, cela concerne les noyaux instables qui se désintègrent spontanément pour gagner en stabilité.
Ce sont des phénomènes physiques, mais qui vont modifier les caractéristiques chimiques de l’élément dans un second temps. Les propriétés chimiques d’un éléments proviennent de son cortège électronique, or lors d’une réaction radioactive ce sont les noyaux qui se désintègrent.
Il s’agit d’une désintégration physique (et non chimique) de la matière. En effet, la composition physique du noyau (nombre et qualité des nucléons) est modifié e lors d’une réaction radioactive
Il s’agit de la désintégration d’un noyau père en un noyau fils avec émission d’une particule. Pour chaque réaction on a une particule plus importante que l’autre qui est émise : la particule alpha correspond au noyau d’Hélium, la particule béta- est l’électron et la particule béta+ est le positron.
2 noyaux isotopes possèdent le même Z (assimilable au nombre de proton) mais pas le même A (nombre de nucléons) donc ils diffèrent par leur nombre de neutrons N.
Deux noyaux isotopes ne possèdent pas le même nombre d’électrons. En effet, un noyau ne possède pas d’électrons.
Dans une transformation nucléaire il n y a jamais conservation de la masse totale. --> La différence de masse observée entre l’élément père et l’élément fils est due au principe du défaut de masse (masse du noyau < somme des masses des nucléons) et permet d’évaluer l’énergie Q dégagée par la réaction.
Dans une transformation nucléaire il y a toujours conservation de l’énergie. En effet, il y a conservation de l’énergie totale, l’énergie de désexcitation de l’atome se convertit en énergie cinétique partagée entre les particules éjectées.
Dans une transformation nucléaire il n y a jamais conservation de la température. En effet, les réactions radioactives sont souvent exothermiques.
Applications médicales des rayonnements ionisants -> Concernant la radiothérapie :
La radiothérapie n’est pas une méthode d’imagerie.
On peut utiliser des accélérateurs linéaires de particules.
On peut utiliser des leptons.
On ne peut pas utiliser de photons UV car ceux-ci ne sont pas assez puissant.
une tension se mesure en Volt et pas en Ampère.
