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Paces 1er quad 2020 > Biophy - Chap 1 > Flashcards

Biophy - Chap 1 Flashcards

1
Q

Rayonnements ionisants

A
  • Tout rayonnement (particules ou photons) dont l’énergie est supérieure à l’énergie de liaison des électrons les moins liés des atomes constituant la matière vivante : C , H , O , N
  • On a choisi l’énergie nécessaire pour ioniser l’atome d’H = 13,6 eV (autres ≃ 12,4 eV)
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Q

Rayonnements non ionisants mais excitants, électromagnétiques (photons) avec hν < 13,6 eV

A
  • UV (même si > 13,6 !)
  • Visible
  • IR
  • µ ondes
  • Ondes radio
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Q

Rayonnements ionisants, électromagnétiques (photons) avec hν > 13,6 eV

A
  • Photons X

- Photons 𝛾

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Q

Rayonnements ionisants, particules avec E > 13,6 eV

A
  • Non chargées : neutrons

- Chargées : 𝛃+, 𝛃- (légères) et ⍺, p+ (lourdes)

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5
Q

Nature et origine des rayons X

A

Rayonnements électromagnétiques ionisants, d’origine purement électronique

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6
Q

1ère origine : collision électron-électron : les raies X

A
  • Raies X possèdent une énergie bien définie (et toujours > 1,25 keV sinon ne sort pas de la cible = auto-absorption)
  • Émission isotrope = dans toutes les directions de l’espace
    • le nombre de protons (et donc d’électrons) de la cible est grand, + on trouvera de raies énergétiques
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7
Q

2e origine : le bremsstrahlung, rayonnement de freinage

A
  • Possibilité d’arrêt complet de l’électron s’il libère la totalité de son énergie cinétique
  • Tous les degrés de freinage sont possibles mais rayons X de freinage vont de 1,25 keV (si < → auto-absorption) jusqu’à la valeur de l’énergie cinétique de l’électron
  • Émission non isotrope
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8
Q

Spectre lors de la collision électron-électron

A

Spectre de raie

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9
Q

Spectre lors du bremsstrahlung

A
  • Fond continu
  • Forme du spectre d’émission dépend du nombre de protons de la cible ( Z ↗︎ alors nb de photons émis ↗︎) et de paramètres réglables avec tube de Coolidge
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10
Q

Le tube de Coolidge

A
  • Radiodiagnostic surtout mais aussi radiothérapie pour tumeurs superficielles
  • Produit des rayons X d’énergie relativement faible : 1,25 à 220 keV
  • Il faut que l’ensemble du système soit dans une ampoule sous vide
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11
Q

THT du tube de Coolidge

A
  • THT accélère les électrons

- THT augmente donc le nb de rayons X et leur énergie max

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12
Q

THT du tube de Coolidge : Si ΔV = 150 000 V alors Ec = ?

A

150 000 eV max soit 150 keV

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13
Q

Basse tension du tube de Coolidge

A
  • Augmente le nb d’électrons disponibles pour être accélérés

- Augmente donc le nb de rayons X produits

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14
Q

Filtres du tube de Coolidge

A

En sortie du faisceau de RX, pour éliminer les RX “mous” 
dangereux pour la peau)

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15
Q

Résistance du tube de Coolidge

A

Où passe un courant

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16
Q

Diaphragme du tube de Coolidge

A

Règle l’ouverture du faisceau (collimation) afin de limiter l’exposition inutile

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17
Q

Anode en tungstène du tube de Coolidge

A

Cible tournante

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18
Q

Accélérateurs linéaires

A
  • Radiothérapie
  • Produit des rayons X de forte énergie : 1 à 25-30 MeV
  • e- sont accélérés par une série d’électrodes portées à des potentiels croissants
  • Rayons X produits par «paquets» : ils sortent de façon discontinue car les électrodes sont soumises à une tension alternative
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19
Q

Que représente A ?

A

Nombre de masse / nucléons / nb baryonique

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20
Q

Que représente Z ?

A

Numéro atomique / nombre de protons, électrons, charge

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21
Q

Que représente N ?

A

= A-Z = nombre de neutrons

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22
Q

Élément chimique

A

Ensemble des particules (atomes, ions) ayant le même Z et donc le même X

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23
Q

Isotopes

A

Même Z

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24
Q

Isotones

A

Même N

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25
Q

Isobares

A

Même A

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26
Q

Isomères

A
  • Même Z, A et N mais niveau d’énergie interne ≠
    → noyau excité (État fondamental ≠ État isomérique, excité à durée de vie courte ; «métastables» si durée de vie longue)
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27
Q

Interaction forte

A
  • Force nucléaire forte : attraction entre nucléons
  • Cohésion du noyau
  • À très courte distance (diamètre noyau)
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28
Q

Interaction électromagnétique

A
  • 2 formes (électrique et magnétique)
  • Fait s’attirer ou repousser deux charges et tend ainsi à déstabiliser la cohésion du noyau
  • Portée à l’infini mais 4 fois plus faible à distance double
  • 100 à 1000 x plus faible qu’interaction forte mais + importantes lorsque le nb de protons augmente
  • Sous-tend les propriétés chimiques des atomes (cortèges électroniques)
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29
Q

Interaction faible

A
  • 100 000 x plus faible qu’interaction forte
  • Portée extrêmement faible (qq centièmes de la taille d’un nucléon)
  • Responsables des désintégrations β
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30
Q

Interaction gravitationnelle

A

Peu d’importance en physique nucléaire

31
Q

Stabilité des noyaux

A

Résulte de la compétition entre interaction forte attractive (entre nucléons) et interaction électromagnétique répulsive (entre protons)

32
Q

Noyau stable

A

Z et N invariables dans le temps

33
Q

Noyau instable = radioactifs

A

Z et N se modifie(nt) dans le temps + émission de particules ⍺, β et/ou de photons

34
Q

Si Z > 82

A

Noyaux émetteurs de particules ⍺

35
Q

Si trop de protons ou trop de neutrons

A

Noyaux potentiellement émetteurs de particules β

36
Q

Unités utilisées en radioactivité

A
  • Joule inadapté → on utilise l’électronvolt

- Kilogramme inadapté → on utilise l’unité de masse atomique (uma) ou MeV/c^2

37
Q

Électronvolt

A
  • Énergie d’un électron accéléré par une ddp de 1 volt

- 1 eV = 1,60.10-19 J

38
Q

Unité de masse atomique

A
  • 1 uma = 1,7.10^-27 kg

- 1 uma = 931,5 MeV/c^2

39
Q

Masse électron

A
  • &laquo_space;1 uma

- ≃ 0,511 MeV/c2

40
Q

Masse proton et neutron

A
  • Masse proton ≃ 1 uma

- Masse proton < masse neutron

41
Q

Le défaut de masse Δm

A
  • Tout atome, composé de plusieurs nucléons liés, possède une masse inférieure à celle de ses nucléons à l’état libre
  • La formation du noyau implique donc une perte de masse transformée en énergie de liaison
42
Q

Formule du défaut de masse Δm

A

Δm = Z.mP + N.mN - mNOYAU

43
Q

Formules de l’énergie de liaison

A
  • EL (en J) = Δm (en kg). c2 (m.s^-2)

- EL (MeV) = Δm (en uma) x 931,5

44
Q

Mesure de la stabilité des noyaux

A
  • On s’intéresse au rapport EL / A
  • Pour libérer de l’énergie et gagner en stabilité il faut donc :
    → fusion d’éléments légers
    → fission d’éléments lourds
45
Q

Origine de la radioactivité

A

Triple origine : naturelle, cosmique et humaine

46
Q

Applications de la radioactivité

A

Applications médicales +++ avec 32,7% alors que centrale nucléaire 0,3%

47
Q

La désintégration radioactive est :

A
  • Aléatoire
  • Spontanée
  • Inéluctable
  • Indépendante de la combinaison chimique dont le noyau radioactif fait partie (si U est radioactif alors UO2 aussi)
  • Indépendante de l’état physique de la substance, de la température et de la pression
48
Q

Lois respectées lors d’une réaction nucléaire :

A

Conservation :

  • de la charge
  • du nb de nucléons = nb baryonique
  • de la quantité de mouvement
  • de l’énergie
  • du nb leptonique (expliquant l’apparition anti-neutrino et neutrino)
  • du moment cinétique
49
Q

Radioactivité ⍺

A
  • Noyau lourd éjecte un noyau d’hélium pour gagner en stabilité
  • Transformation ni isotopique, ni isobarique, ni isotonique («ni ni ni»)
  • Particules ⍺ éjectées du noyau à vitesse modeste : 20 000 km/s
  • Valeur de l’énergie transmise pour un radio-isotope donné (et pour un type de désintégration donné) sera invariable > raies caractéristiques entre 4 et 8 MeV
50
Q

3 cas possibles pour la radioactivité ⍺

A

1) X → Y
2) X → Y* → Y (+ photon)
3) X → Y → Z

51
Q

Radioactivité β-

A
  • Concerne les noyaux en excès de neutrons : transforme neutron en proton
  • Transformation isobarique
  • Énergie libérée partagée sous forme Ec entre β- et anti-neutrino (= particule neutre, de masse nulle et qui n’interagit pas avec la matière)
  • Spectre d’émission énergétique de β- continu
52
Q

Ne concerne que les noyaux artificiels rendus instables à cause d’un excès de protons : transforme proton en neutron

A
  • Radioactivité β+

- Capture électronique

53
Q

Radioactivité β+

A
  • Transformation isobarique
  • Spectre d’émission énergétique de β+ est continu
  • Ensuite positon épuise son Ec par collisions successives, s’associe avec un électron → réaction d’annihilation → e+ et e- se dématérialisent en émettant 2 photons de 511keV partant chacun à 180°
54
Q

Capture électronique

A
  • Capture d’un électron d’une couche profonde par un proton du noyau pour se transformer en neutron
  • Émission d’un neutrino sans positon
  • Émission de raies X lors du réarrangement du cortège électronique
  • Transformation isobarique en compétition avec l’émission β+
55
Q

Émission 𝛾

A
  • Passage d’un état isomérique à l’état fondamental d’un noyau en libérant son excès d’énergie par l’émission d’un photon 𝛾 dont l’origine est strictement nucléaire
  • Émission monophotonique ou pls émissions photoniques selon transitions possibles
  • Spectre d’émission de raies
  • Rayons 𝛾 utilisés en médecine nucléaire
56
Q

Conversion interne

A
  • Électron de la couche K capte le photon 𝛾 émit par le noyau et se retrouve éjecté du cortège électronique (électron de conversion)
  • Ece- = E𝛾 - ELIAISON
  • Lacune → réarrangement électronique → émission de raies X
  • Atome est ionisé
57
Q

Réactions nucléaires (radioactivité artificielle)

A
  • Noyau cible X sur lequel on envoie une particule incidente a, ce qui permet d’aboutir à un noyau final Y et une nouvelle particule b
  • Y peut être instable
58
Q

Lois de conservation des réactions nucléaires (radioactivité artificielle)

A

Conservation :

  • de la charge Z
  • du nombre de masse A
  • de l’énergie totale ET
59
Q

Projectiles (radioactivité artificielle) peuvent être :

A
  • des neutrons
  • des protons
  • des deutons
  • des particules ⍺
  • des noyaux
  • des photons
60
Q

Quels projectiles sont issus de réacteurs nucléaires ?

A

Neutrons

61
Q

Quels projectiles sont issus d’accélérateur circulaire comme cyclotron ?

A
  • Protons

- Deutons

62
Q

Quels projectiles sont issus d’accélérateur linéaires pour RX ?

A

Photons (= réaction photonucléaire)

63
Q

Chaleur libérée lors de la réaction

A

Q

64
Q

Q & réaction exoénergétique

A
  • Q > 0
  • Énergie libérée
  • Possible même si l’Ec du projectile est proche de 0
65
Q

Q & réaction endoénergétique

A
  • Q < 0
  • Il faut fournir de l’énergie
  • Un seuil (=Q) d’Ec en dessous duquel la réaction ne peut pas avoir lieu
66
Q

Expérience d’Irène et Frédéric Joliot Curie

A
  • Réaction de type Rn (⍺, n)
    1) (4)He + (27)Al = (30)P + (1)n
    2) (30)P = (30)Si + (0)𝛃+ + neutrino
67
Q

Lois de décroissance radioactive : formule de N(t)

A

N(t) = N(t=0) . exp(-λ.t)

68
Q

Lois de décroissance radioactive : formule de A(t)

A

A(t) = λ . N(t) = λ . N(t=0) . exp(-λ.t)

69
Q

Lois de décroissance radioactive : formule de T1/2

A

T1/2 = 𝜏 . ln(2) = ln(2) / λ

70
Q

Lois de décroissance radioactive : au bout 6,6 T et au bout de 10 T

A

Au bout de 6,6 T il reste 1 % des noyaux radioactifs

Au bout de 10 T, il reste 0,1% des noyaux radioactifs

71
Q

Lois de décroissance radioactive : principe général

A

Au bout de «n» périodes (n x T), il reste environ N0 / 2n noyaux radioactifs

72
Q

Notion de filiation radioactive

A

Le but d’un générateur est de favoriser la formation d’un élément fils (émetteur 𝛾) à partir d’un noyau radioactif père afin de pouvoir l’utiliser notamment en Médecine Nucléaire

73
Q

Filiation radioactive : exemple du 99mTc

A

Production quotidienne de 99mTc dans un «générateur Molybdène - Technétium»
m = métastable = durée de vie anormalement longue

Paces 1er quad 2020 (16 decks)

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