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Éléments de Biophysique des Radiations Ionisantes

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Éléments de Biophysique des Radiations Ionisantes - PowerPoint PPT Presentation


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Éléments de Biophysique des Radiations Ionisantes. Dr K CHATTI Département de Biophysique Faculté de Médecine de Monastir 2 ème année Médecine Tout corps à une température supérieure à 0°k émet un rayonnement électromagnétique appelé rayonnement thermique .

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Presentation Transcript
l ments de biophysique des radiations ionisantes

Éléments de Biophysique des Radiations Ionisantes

Dr K CHATTI

Département de Biophysique

Faculté de Médecine de Monastir

2ème année Médecine

Tout corps à une température supérieure à 0°k émet un rayonnement électromagnétique appelé rayonnement thermique .

Un corps qui reçoit un rayonnement électromagnétique peut en réfléchir une partie et absorber le reste.

Une particule chargée de forte énergie émet un rayonnement électromagnétique lorsqu’elle est déviée, par un champ magnétique ou coulombien.

Lorsqu'un atome excité revient à son état d'énergie fondamental, il émet un photon dont l'énergie correspond à la différence entre les deux états d'énergie de l'atome.

quatre chapitres
QUATRE CHAPITRES

Matière et énergie

Radioactivité

Interactions des rayonnements avec la matière

Source des rayonnements ionisants utilisés en Médecine

radioactivit
Radioactivité
  • DEFINITION
  • STABILITE DU NOYAU
  • TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES
    • TRANSFORMATION PAR PARTITION
    • TRANSFORMATIONS ISOBARIQUES
    • TRANSFORMATIONS ISOMERIQUES
  • CINETIQUE DES TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES
    • PROBABILITE DE DESINTEGRATION
    • DECROISSANCE RADIOACTIVE ET PERIODE RADIOACTIVE
    • ACTIVITE
    • FILIATION RADIOACTIVE
    • PERIODE EFFECTIVE
radioactivit1
Radioactivité
  • DEFINITION
  • STABILITE DU NOYAU
  • TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES
    • TRANSFORMATION PAR PARTITION
    • TRANSFORMATIONS ISOBARIQUES
    • TRANSFORMATIONS ISOMERIQUES
  • CINETIQUE DES TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES
    • PROBABILITE DE DESINTEGRATION
    • DECROISSANCE RADIOACTIVE ET PERIODE RADIOACTIVE
    • ACTIVITE
    • FILIATION RADIOACTIVE
    • PERIODE EFFECTIVE
slide5

La radioactivité, terme inventé vers 1898 par Marie Curie, est un phénomène physique naturel au cours duquel des noyaux atomiques instables se désintègrent en dégageant de l'énergie sous forme de rayonnements divers, pour se transformer en des noyaux atomiques plus stables.

slide8

Pour quelles raisons certains noyaux sont-ils

  • instables ?
  • Pourquoi émettent-ils un rayonnement plutôt
  • qu’un autre ?
  • A quel rythme se désintègrent-ils et pendant
  • combien de temps ?
  • Comment mesure-t-on leur degré de
  • radioactivité ?
radioactivit2
Radioactivité
  • DEFINITION
  • STABILITE DU NOYAU
  • TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES
    • TRANSFORMATION PAR PARTITION
    • TRANSFORMATIONS ISOBARIQUES
    • TRANSFORMATIONS ISOMERIQUES
  • CINETIQUE DES TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES
    • PROBABILITE DE DESINTEGRATION
    • DECROISSANCE RADIOACTIVE ET PERIODE RADIOACTIVE
    • ACTIVITE
    • FILIATION RADIOACTIVE
    • PERIODE EFFECTIVE
d faut de masse et nergie de liaison

W

W

W/A (MeV/nucléon) 7,075 7,66 8,78 7,91

Défaut de masse et énergie de liaison

W

slide11

W/A

Puisque les éléments tendent à évoluer vers une stabilité plus grande, les éléments légers gagent en stabilité par fusion tandis que les éléments lourds gagnent en stabilité par fission.

relation entre n et z

Zone A

Zone C

Zone B

RELATION ENTRE N ET Z

Vallée de stabilité

slide13

Rouge: les noyaux sont stables.

(vallée de stabilité).

Jaune : radioactivité de type .

Noyaux lourds (N,Z grands et donc A grand)

Bleu: radioactivité de type -.

(excès de neutrons par rapport au noyaux stables de même nombre de masse A)

Vert : radioactivité + .

(excès de protons par rapport au noyaux stables de même nombre de masse A)

modes de d sint gration
Modes de désintégration

Transformation Isomérique : Désexcitation du noyau

 Émission 

 conversion interne

lois de conservation dans une transformation radioactive
Lois de conservation dans une transformation radioactive

+ + 

A = A’ + A’’

Z = Z’ + Z’’

m(X)c² = m(Y)c² + m(a)c² + ½ m(Y)V²(Y) + ½ m(a)V²(a) + h

m (X) = m (Y) + m (a) =

radioactivit3
Radioactivité
  • STABILITE DU NOYAU
  • DEFINITION
  • TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES
    • TRANSFORMATION PAR PARTITION
    • TRANSFORMATIONS ISOBARIQUES
    • TRANSFORMATIONS ISOMERIQUES
  • CINETIQUE DES TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES
    • PROBABILITE DE DESINTEGRATION
    • DECROISSANCE RADIOACTIVE ET PERIODE RADIOACTIVE
    • ACTIVITE
slide18

Excès de nucléons Emission 

Le noyau est trop lourd et l’émission se fait avec une perte de masse maximum

alpha

On remarque le respect du nombre de masse et du nombre de charges

radioactivit4
radioactivité
  • STABILITE DU NOYAU
  • DEFINITION
  • TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES
    • TRANSFORMATION PAR PARTITION
    • TRANSFORMATIONS ISOBARIQUES
    • TRANSFORMATIONS ISOMERIQUES
  • CINETIQUE DES TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES
    • PROBABILITE DE DESINTEGRATION
    • DECROISSANCE RADIOACTIVE ET PERIODE RADIOACTIVE
    • ACTIVITE
    • FILIATION RADIOACTIVE
    • PERIODE EFFECTIVE
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Emission -

Excès de Neutrons

L’atome est plus lourd que l’isotope stable, un neutron se transforme

n  p+ + e-

slide26

Radioactivité -: énergétique de la réaction

  • Conservation de l’énergie
  • Avant la désintégration,
  • Après la désintégration

Energies cinétiques

Energies au repos

Energie totale

slide29

Emission +

Défaut de Neutrons

Défaut de neutrons : L’atome est moins lourd que l’isotope stable, soit le proton se transforme

P+  n+ e+

slide31

Radioactivité +: énergétique de la réaction

  • Conservation de l’énergie
  • Avant la désintégration,
  • Après la désintégration

Energies cinétiques

Energies au repos

Energie totale

Condition énergétique : Qβ+ > 2méc²

radioactivit r sum
Radioactivité  résumé

Exp, radioactivité β- : 131I(Z=53), 99Mo(Z=42)

radioactivité β+ : 18F(Z=9), 15O(Z=8)

slide35

Capture électroniques

C.E.

Défaut de Neutrons

Le noyau absorbe un électron du cortège électronique

P+ + e-  n

slide37

Capture électronique : énergétique de la réaction

  • Conservation de l’énergie
  • Avant la désintégration,
  • Après la désintégration

Energies cinétiques

Energies au repos

Energie totale

radioactivit5
radioactivité

STABILITE DU NOYAU

DEFINITION

TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES

TRANSFORMATION PAR PARTITION

TRANSFORMATIONS ISOBARIQUES

TRANSFORMATIONS ISOMERIQUES

CINETIQUE DES TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES

PROBABILITE DE DESINTEGRATION

DECROISSANCE RADIOACTIVE ET PERIODE RADIOACTIVE

ACTIVITE

FILIATION RADIOACTIVE

PERIODE EFFECTIVE

slide41

Transformation isomérique : désexcitation du noyau

Le noyau passe de l’état fondamental à un état excité, à la suite de - perturbation

- une désintégration radioactive…

Le retour à l’état fondamental libère de l’énergie sous forme

- émission de photon 

- conversion interne

slide44

Onde électromagnétique

Origine : le noyau

  10-10 à 10-13 m

E = k. c /  (Einstein, 1905)

E (eV) = 12400 /  (Å)

Photon

(c = 3.108 m/s)

H = 6.63.10-34 J.s)

E  100 keV à 10 MeV

conversion interne
CONVERSION INTERNE

Transfert de l’énergie libérée par la transition vers le cortège électronique où un électron (K, L ou M…) peut être éjecté.

 - émission d’électron éjectés avec E = E t-El

- émission de rayon X

- émission d’électron s Auger

Réarrangement

du

cortège électronique

Conversion interne : transformation non radiative

noyau ce qu il faut retenir
Noyau : ce qu’il faut retenir

Z protons + N neutrons = A nucléons

W = l’énergie de liaison =  m.c2

Etats excités

- retour à l’état fondamental par émission de rayons  ou d’électrons de conversion interne

Ligne de stabilité

- retour à la stabilité par désintégration radioactive

slide47

- ; +

99Mo  99mTc + β-

18F  18O + β+

99mTc  99Tc + 

radioactivit6
radioactivité

STABILITE DU NOYAU

DEFINITION

TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES

TRANSFORMATION PAR PARTITION

TRANSFORMATIONS ISOBARIQUES

TRANSFORMATIONS ISOMERIQUES

CINETIQUE DES TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES

PROBABILITE DE DESINTEGRATION

DECROISSANCE RADIOACTIVE ET PERIODE RADIOACTIVE

ACTIVITE

FILIATION RADIOACTIVE

PERIODE EFFECTIVE

slide49

T0

t1

t2

ti

dn n dt
dN = -  N dt

N = N0 e-t

Log N = -t + Log N0

radioactivit7
radioactivité

STABILITE DU NOYAU

DEFINITION

TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES

TRANSFORMATION PAR PARTITION

TRANSFORMATIONS ISOBARIQUES

TRANSFORMATIONS ISOMERIQUES

CINETIQUE DES TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES

PROBABILITE DE DESINTEGRATION

DECROISSANCE RADIOACTIVE ET PERIODE RADIOACTIVE

ACTIVITE

FILIATION RADIOACTIVE

PERIODE EFFECTIVE

slide56

L’activité : A

C’est le nombre désintégrations d’une source par unité de temps :

A = +N A = A0 .e-t

Unité : Becquerel =1 désintégration / seconde

Ancienne unité : 1Curie = 3.7.1010 Bq  activité de : 1 g Radium 226

slide57
A=1 Bq 

  • Pour une activité a (Bq)  m (g):
radioactivit8
radioactivité

STABILITE DU NOYAU

DEFINITION

TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES

TRANSFORMATION PAR PARTITION

TRANSFORMATIONS ISOBARIQUES

TRANSFORMATIONS ISOMERIQUES

CINETIQUE DES TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES

PROBABILITE DE DESINTEGRATION

DECROISSANCE RADIOACTIVE ET PERIODE RADIOACTIVE

ACTIVITE

FILIATION RADIOACTIVE

PERIODE EFFECTIVE

exp 99 mo t 1 66h 99m tc t 2 6h
Exp:99Mo (T1=66h) - 99mTc(T2=6h)

On a T1>>T21 << 2

Lorsque t  T2,

Les éléments 1 et 2 sont dits en équilibre de régime

A2(t) tend vers A1(t)

A2(t) =

radioactivit9
radioactivité
  • STABILITE DU NOYAU
  • DEFINITION
  • TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES
    • TRANSFORMATION PAR PARTITION
    • TRANSFORMATIONS ISOBARIQUES
    • TRANSFORMATIONS ISOMERIQUES
  • CINETIQUE DES TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES
    • PROBABILITE DE DESINTEGRATION
    • DECROISSANCE RADIOACTIVE ET PERIODE RADIOACTIVE
    • ACTIVITE
    • FILIATION RADIOACTIVE
    • PERIODE EFFECTIVE
slide63

Période biologique et période effective

  • Un radionucléide  un ou plusieurs organes cibles
  • Élimination de l'activité incorporée par la combinaison
    • de la décroissance radioactive du radionucléide et
    • de l'élimination biologique propre à l'organe cible.

On peut considérer que l'élimination biologique obéit à une loi

exponentielle de période biologique Tb,

  • La loi globale peut alors s'écrire : 

                             Ln 2         Ln 2                         - ( ----------  +  ---------- ) . t A  =  A0  .  exp         T             Tb

 période effective, Te :     

    • 1            1          1     ------  =    ------  +  ------      Te           T         Tb