La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

1 Radiobiologie L3 IUP Ingéniérie de la Santé 2009.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "1 Radiobiologie L3 IUP Ingéniérie de la Santé 2009."— Transcription de la présentation:

1 1 Radiobiologie L3 IUP Ingéniérie de la Santé 2009

2 2 I.Rappels sur la physique des rayonnements ionisants II.Interaction des rayonnements ionisants avec la matière et notion de dose III.Radiobiologie et radiopathologie IV.Radioprotection

3 3 Rappels sur la physique des rayonnements ionisants 1- Structure de la matière Atome Electrons Nucléons : protons et neutrons Leptons Baryons 3 Quarks Neutrinos

4 4 2-Les particules élémentaires et les différentes interactions a)Particules élémentaires : 6 leptons et 6 quarks Ils portent une charge. A chaque particule correspond son antiparticule (antimatière) de charge opposée.

5 5 b)Les différentes interactions Interactions par lintermédiaire de vecteurs GravitationElectroma gnétique FaibleForte VecteurGravitonPhotonBosons W+, W-, Z° Gluons Agit surToutes les particules Partic Chargées Leptons nucléons Quarks, nucléons Importance relative PortéeInfinieInfinie en théorie < m Électro-faible

6 6 3- Equivalance masse : énergie A toute particule correspond une énergie de masse au repos Eo Eo = moC 2 (Particules en mouvement E = moC2 + Ec) Pour lélectron mo = 0,5486 uma Eo=0,511Mev 1uma = Kg / N (nombre dAvogadro)

7 7 4- Le cortège électronique de latome 4-a) Les électrons, particules élémentaires Lélectron porte une charge négative (-1, C) égale en valeur absolue à celle du proton qui porte une charge positive Les électrons décrivent autour du noyau des orbitales dont les niveaux énergétiques sont quantifiés. Chaque orbitale occupe un niveau discret caractérisé par le nombre quantique principal: n, le nombre quantique du moment angulaire: l, le nombre quantique magnétique: m et le nombre quantique de spin: s (+ ou -1/2 ) Energie de liaison d1 électron :

8 8 4- Le cortège électronique de latome 4-b) Absorption et émission dénergie par le nuage électronique de latome 4 mécanismes déchanges énergétiques au niveau de la structure électronique de latome 1) absorption dénergie : ionisation excitation 2) émission dénergie : fluorescence et émission de RX émission délectrons Auger

9 9 4-b-1 Absorption dénergie Excitation Ionisation è (Ec) h è h W l initiale > W l finale

10 10 4-b-2- Emission dénergie : fluorescence et effet Auger Fluorescence Un atome excité se trouve dans un état instable. Le retour à létat fondamental stable se fait en émettant de lénergie (restitution de lénergie absorbée antérieurement). h = E 1 - E 2 E1 E2

11 11 4-b-2 Emission dénergie Transitions électroniques, RX Ionisation sur une couche électronique profonde retour à létat fondamental par une cascades de transitions électroniques. Une série de photons sont émis : les RX. Seules certaines transitions électroniques sont permises. Les RX émis sont caractéristiques de latome. Effet Auger, électrons Auger après ionisation sur une couche profonde. Lénergie émise lors du retour à létat stable va être directement communiquée à un électron lié par une énergie inférieure à celle de la transition; cet électron est alors éjecté = électron Auger.

12 12 4-b-2 Emission dénergie h =RX Vacance délec Élect Auger Émission de RX Seules certaines transitions sont permises Émission délectron Auger Pas dinterdiction

13 13 4-b-2 Emission dénergie Rendement de fluorescence : Z w

14 14 5- Le Noyau Structure Constitué de nucléons. Nucléons = protons et neutrons (dimension de lordre de m.) Protons Masse = 938,36Mev/C 2 3quarks : u, u, d Charge = +1 Stable isolé Neutrons Masse = 939,55Mev/C 2 3 quarks : u, d, d Charge = 0 Instable : 1 0 n 1 1 H + -1 è AZXNAZXN

15 Energie de liaison nucléaire La cohésion du noyau est due principalement à linteraction forte (portée m, entre nucléons, indépendamment de la charge) Linteraction EM diminue la cohésion, sensible pour les noyaux lourds Linteraction faible est de faible importance. Elle explique certaines désintégration radioactives

16 Energie de liaison nucléaire Défaut de masse: B = énergie de liaison des nucléons entre eux. B=[ masse des protons + masse des neutrons] - [Masse Noyau] *C 2 Énergie de liaison par nucléon : B/A ( de 1 à 8,5Mev). Plus B/A est élevée, plus le noyau est stable.

17 B/A (Mev) 4 8 Énergie de liaison par nucléon B/A des noyaux de la nature Allure de la courbe, qui passe par un maximum pour les noyaux intermédiaires, noyaux les plus stables (les plus liés) A 4 4

18 18 6- Les Isotopes Dans la nature : 90 éléments 81 sont stables de 1 H à 83 Bi au milieu 2 sont artificiels, 43 Tc et 61 Pm 9 sont des radioéléments naturels de 84 Po à 92 U le 92 U est le dernier élément naturel Éléments artificiels : les transuraniens (~~19) + 43 Tc et 61 Pm

19 19 7- Stabilité et instabilité nucléaire Les noyaux instables = noyaux radioactifs ou radionucléides Désintégration = transformation nucléaire où le Z change, donc la nature chimique de lélément fils est différente de celle du père. Transition nucléaire = seule la nature énergétique du noyau varie, la nature chimique nest pas modifiée. Le noyau résultant dune désintégration ou dune transition nucléaire peut être stable ou radioactif.

20 20 7- Stabilité et instabilité nucléaire Les noyaux stables se répartissent sur « la vallée de stabilité » de la courbe N (nombre de neutrons) = f(Z, nombre de charges). Les noyaux trop lourds, Z > 82 sont instables et se désintègrent en émettant une particule (noyau de 4 He). Les noyaux qui ont trop de neutrons se désintègrent par émission - Les noyaux qui ont trop de protons se désintègrent par émission +

21 21 Z N 25 Diagramme N=f(Z) des nucléides stable (« vallée de stabilité ») Émission + Émission - Émission

22 22 8-Radioactivité naturelle Due aux 3 familles de radionucléides naturels. Ces familles radioactives étaient présentent au moment de la formation de la terre Les chefs de file de chaque famille donnent leur nom à leur famille. Ce sont : 238 U (T 1/2 : 4, ans); 235 U (T 1/2 : ans) et 232 Th (T 1/2 : ans). Ces 3 radionucléides donnent les 3 familles radioactives qui aboutissent comme derniers descendants aux isotopes du Pb respectivement : 206-Pb, 207-Pb et 208-Pb.

23 23 9- Radioactivité artificielle Tous les éléments après 92 U sont artificiels auxquels sajoutent le 43 Tc et le 61 Pm. Actuellement un grand nombre de radionucléides peuvent être produits soit à des fins de recherches soit à des fins médicales. Les radioéléments artificiels ou les radionucléides artificiels sont produits dans des réacteurs nucléaire (fission), dans des accélérateurs ou dans des cyclotrons; ils sont le produit dune réaction nucléaire provoquée entre un noyau cible et un rayonnement projectile.

24 24 8-Radioactivité naturelle Éléments naturels hors familles : Radionucléides isolés et dactivité très faible, principalement: Le 40 K très répandu en faible teneur (0.0119% du K naturel), émetteur - et, période de ans. Le 87 Rb (rubidium) abondant dans certains minéraux (27,85% dans le Rb naturel), émetteur -, période de ans.

25 Les Différents Modes de Transformations Nucléaires Désintégration - Noyaux trop riches en neutrons Un neutron se transforme en proton et un électron et un anti- neutrino sont éjectés. Le rayonnement - est constitué de fait dun électron et dun antineutrino de lélectron pour chaque désintégration. Le spectre dénergie de lélectron émis est continu (lénergie de la transformation se distribuant entre lélectron et son anti-neutrino). Équation de désintégration : A Z X A Z+1 Y + -1 è + e 60 Co Ni + -1 è + e

26 Les Différents Modes de Transformations Nucléaires Désintégration Un proton se transforme en neutron et un positon (anti-électron) et un neutrino de lélectron sont émis. Rayonnement + = positon + neutrino de lélectron. Le positon est une antiparticule, lorsquil rencontre un électron de la matière, il se produit une réaction dannihilation qui donne 2 photons de 0.511Mev à 180°. Équation de désintégration: A Z X A Z-1 Y + +1 è + e Ex: 18 9 F 18 8 O + +1 è + e

27 Les Différents Modes de Transformations Nucléaires Capture électronique Avec les noyaux lourds Lorsque la désintégration + est impossible (pas assez dénergie). Un électron dune couche profonde (K le plus souvent) est capturé par le noyau; lélectron capturé donne avec un proton un neutron. Il en découle une vacance sur la couche K comblée par les électrons des couches supérieures donc une émission de RX (caractéristiques de lélément fils) et délectrons Auger. RX et électrons Auger sont les seuls rayonnement résultants dune désintégration par capture électronique. Équation : (A, Z)X + è(A, Z-1)Y + RX +è Auger

28 Les Différents Modes de Transformations Nucléaires Désintégration La particule émise est un noyau dhélium : (4, 2)He Lémission a ne sobserve que pour les noyaux lourds (Z> 82) Équation : (A, Z)X (A-4, Z-2)Y + (4, 2)He Ex : (238, 92)U(234, 90)Th + (4, 2)He La particule est émise le plus souvent avec une énergie élevée (un à plusieurs Mev )

29 Les Différents Modes de Transformations Nucléaires Emission et Conversion Interne Isomères = 2 noyaux de même A et même Z qui ne diffèrent que par leur état énergétique. Transition isomérique = le noyau passe dun état instable à un état plus stable en émettant de lénergie ( photon ou électron). La transition isomérique, émission gamma ou conversion interne, se produit après une désintégration ou capture électronique. On note létat excité : A Z X*

30 Les Différents Modes de Transformations Nucléaires Emission et Conversion Interne Émission gamma : en se désexcitant, le noyau émet un photon = rayon gamma dénergie : E = Ei – Ef Ex : (111, 49) In (2,8j) (111, 48)Cd* Capt ele(99%) :172Kev, 247Kev (111, 48)Cd

31 31 * è : Ec = (Ei-Ef) -El + RX + è Auger Conversion Interne Lénergie de désexcitation est transmise directement à un électron des couches profondes, K ou L, qui est éjecté La conséquence est une vacance dans le nuage électronique profond et donc lémission de RX et délectrons Auger

32 Activité dune source radioactive La transformation nucléaire est un phénomène aléatoire : probabilité démission. La constante radioactive caractérise la probabilité démission en s -1 dN noyaux se transforment pendant dt dans une source de N noyaux : dN = - Ndt Donc nombre de noyaux à linstant t: N (t) =N 0 exp -( * t) à t=o N = N o

33 Activité dune source radioactive Source de N noyaux Activité = transformations par seconde Et A = N A t = No exp - t Ao = No A t = Ao exp - t

34 Activité dune source radioactive Unités Le Becquerel : Bq = 1 transformation nucléaire/seconde Ancienne unité : le Curie : Ci 1Ci = Bq 1mCi = 37MBq

35 Activité dune source radioactive Période radioactive Appelée aussi période physique ou demi-vie radioactive : T 1/2 Pour t = T 1/2 Remarque : après t = + 10 * T1/2 N~ No / 1000

36 Activité dune source radioactive Calcul de la masse de radionucléide correspondant à une activité Nombre de noyaux Et masse recherchée Exemple : L exploration thyroïdienne avec 1,85MBq de 131 I (1 31 I-iodure de Na) : lactivité injectée correspond à 0.4ng diode injectée.


Télécharger ppt "1 Radiobiologie L3 IUP Ingéniérie de la Santé 2009."

Présentations similaires


Annonces Google