DETECTION DES RAYONNEMENTS IONISANTS

I/ INTRODUCTION : Les détecteurs de particules (matérielles ou photoniques) sont à la base de : L’utilisation diagnostique des rayonnements ionisants. La dosimétrie. Ils utilisent les propriétés d’excitation ou d’ionisation des rayonnements.

Ils sont classés selon : Leur principe physique de fonctionnement : ces détecteurs utilisent soit Les propriétés d’excitation des rayonnements : - Détecteurs à scintillation solide. - Détecteurs à scintillation liquide. Les propriétés d’ionisation des rayonnements : - Détecteurs à gaz. - Détecteurs à semi-conducteurs. - Emulsions photographiques.

Leur mode d’utilisation : Pour la détection individuelle des particules : - Mesurer l’activité des sources radioactives. - Localiser ces sources dans le cas des gamma-caméras. - Principe : scintillation solide ou liquide. Pour la mesure globale de l’énergie cédée à la matière par un nombre important de particules : - Utilisés comme dosimètres ou comme révélateurs de l’image radiante en radiologie.

II/ EMULSIONS PHOTOGRAPHIQUES: (les plus anciens connus) Constituées de : - Micro grains d’halogénure d’argent (sont exp: bromure d’argent); - En suspension dans un film de gélatine. Sont consommables : ne servent qu’une fois. Fonctionnent en 3 étapes : Exposition : - les particules à détecter (RI) arrachement des électrons aux ions bromure; Ces électrons vont neutraliser les ions d’argent formant dans les grains traversés un germe métallique d’argent.

RI Br - Br + e- e- + Ag+ Ag métallique Révélation : - On soumet l’émulsion à l’action d’un réducteur - On interrompt la révélation quand la réduction de l’argent est importante pour les grains sensibilisés alors qu’elle est très réduite pour les grains vierges. Fixation : On élimine les ions Ag+ non réduits sous forme de complexes solubles.

Les émulsions photographiques ont des applications biomédicales très importantes: - Les films radiographiques sensibles aux photons émis par les écrans renforçateurs. - Les films qui visualisent des images analogiques ou numériques (exp scanner, IRM, scintigraphie). - Les films dosimètres (contrôle des travailleurs qui utilisent les rayonnements ionisants) pour les rayonnements X, β, γ.

III/ DETECTEURS A SCINTILLATION SOLIDE : - Intérêt: comptage individuel des particules détectées. - Signal proportionnel à l’énergie de la particule incidente. - Utilisés pour l’imagerie scintigraphique. 1- détecteur : - Utilisé surtout pour la détection des rayonnements γ. Constitué de 4 éléments en série : Le scintillateur Le photomultiplicateur L’amplificateur linéaire Le sélecteur d’amplitude

1- le scintillateur: - Rôle : transformation d’un photon très énergétique, difficile à détecter en un grand nombre de photons moins énergétiques faciles à détecter. - Constitué : d’un cristal d’iodure de sodium (NaI) contenant des traces de thallium. - Mode d’action : Le photon incident ( d’énergie E) interagit avec le cristal → ionisations et excitations en nombre proportionnel à l’énergie transférée. Retour des atomes du détecteur à l’état fondamental → émission de photons de scintillation (λ= 410nm). Une proportion donnée des photons de scintillation atteint le PM.

2- le photomultiplicateur (PM) : - Rôle: transformation de l’énergie des photons de scintillation en un flux d’électrons puis amplification. - Constitué de : Une photocathode : Quand elle est frappée par les photons de scintillation elle émet un nombre proportionnel d’électrons. Les dynodes : Barrettes métallique au nombre de 10 – 12. Portées à des potentiels croissants. Les électrons sont accélérés et frappent la première dynode qui réémet un nombre d’électrons 3 à 6 fois plus élevé. ces électrons frappent la deuxième dynode et ainsi de suite.

L’anode : portée à un potentiel supérieur à celui de la dernière dynode Elle recueille tous les électrons sous forme d’une d’une impulsion électrique. - À chaque photon de scintillation correspond un nombre d’électrons recueillis sur l’anode constant pour un PM donné. Ce nombre est appelé le rendement du PM, peut atteindre 109. 3- l’amplificateur linéaire : Pour chaque décharge d’électrons sur l’anode du PM, il fournit une impulsion de tension amplifiée, d’amplitude proportionnelle au transfert d’énergie initial WT (entre le photon incident et le cristal scintillant).

4- Le sélecteur d’amplitude : Ne prend en compte que les impulsions de tension dont l’amplitude est comprise entre 2 valeurs (min, max) définissant la fenêtre de comptage.

3- sensibilité et spécificité des détecteurs à scintillation solide: La sensibilité augmente avec: L’épaisseur du cristal (probabilité d’interaction élevée, probabilité d’absorption totale élevée). Le nombre de dynodes du PM et leur facteur multiplicatif. La qualité de l’amplificateur final. La fenêtre de comptage : Plus elle est large plus la sensibilité augmente jusqu’à une certaine limite → rayonnements diffusés et artéfacts sont pris en compte →qualité des images scintigraphiques dégradée.

4- Applications des détecteurs à scintillation solide: 3 application très importantes: 1- les compteurs à cristal puits: Déterminent l’activité des RE émetteurs γ in vitro. (RE: radioélements) 2- les sondes de comptage externe: Déterminent l’activité d’un RE émetteur γ dans une région de l’organisme. Exemple: dans la thyroïde, après injection d’iode radioactif. La sonde est munie d’un collimateur →sélection géométrique de la zone anatomique considérée. 3- caméras à scintillation ( gamma caméras): Cristal scintillant de grandes dimensions + une batterie de PM. Détermine le point d’impact du photon incident.

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