Interaction des rayonnements ionisants avec la matière Flashcards
Quel est le double intérêt en médecine de l’interaction rayonnements / matière ?
Double intérêt en médecine :
– Imagerie (radiologie conventionnelle, scanner, médecine nucléaire) = détection des rayonnements
– Effets biologiques = radiobiologie / radioprotection / radiothérapie
Quels sont les différents types de rayonnements ?
Rayonnements :
– Électromagnétiques : photons
- X, γ, freinage, annihilation
– Particulaires :
- Chargés : α, β-, β+, protons
- Neutres : neutrons
Quelle est la partcularité énergétique d’un rayonnement ionisant ?
Après le seuil de 13,6 eV
Quels sont les différents types de rayonnements ionisants ?
Quelles sont les paramètres de la répartition spatiale de l’énergie rayonnée (d’une source ponctuelle) ?
- flux énergétique
- intensité
- fluence énergétique
Qu’est-ce que le flux énergétique ?
C’est la quantité d’énergie émise par unité de temps (puissance)
Qu’est-ce que l’intensité ?
C’est le flux d’énergie dans un angle solide Ω
Qu’est-ce qu’un angle solide Ω ?
C’est un angle solide exprimé en stéradian (sr), correspondant au rapport entre la surface de la calotte sphérique S et le carré du rayon où S = R²Ω
Qu’est-ce que la fluence énergétique ?
C’est la quantité d’énergie par unité de surface
Que vaut le rapport de la fluence énergétique dans cette situation
Comment évolue la fluence énergétique dans le vide ?
Elle décroit comme le carré de la distance à la source dans le vide
Quels sont les différents éléments avec quoi les photons interagissent et donc les différents phénomènes avec chaque élément ?
Quel est le mécanisme de l’effet photoélectrique ?
L’interaction d’un photon incident avec un électron atomique d’une couche profonde
Quelles sont les étapes de l’effet photoélectrique ?
– Éjection de l’électron du cortège électronique, qui devient un photoélectron (ionisation)
– Transfert de la totalité de l’énergie du photon au photoélectron
– Absorption totale du photon (disparition)
Quelles sont les conséquences de l’effet photoélectrique ?
Comment évolue la probabilité d’interaction par effet photoélectrique tau ?
– Augmente avec le numéro atomique Z du milieu
– Diminue lorsque l’énergie du rayonnement augmente
– Est proportionnelle à la masse volumique du milieu
Quelle est la formule de la probabilité d’interaction par effet photoélectrique tau ?
Quelle est l’allure de la représentation graphique de la valeur de tau en fonction de l’énergie du faisceau incident ?
Quel est le mécanisme de l’effet Compton ?
C’est l’interaction d’un photon incident avec un électron peu lié ou libre
Quelles sont les étapes de l’effet Compton ?
– Le photon incident est diffusé dans une direction différente de la direction initiale et avec une énergie inférieure à l’énergie initiale
– Le transfert d’énergie est partiel, et variable
– L’électron est chassé de son orbite (électron Compton ou électron de recul)
Quelle relation permet d’être déterminer dans l’effet Compton ?
m0c² : masse/énergie de l’électron au repos (511 keV)
θ : angle séparant la direction du photon incident et celle du photon diffusé
Comment varie la direction du photon diffusé ?
Plus l’énergie du photon incident augmente, plus le photon diffusé sera dirigé vers l’avant (c’est montré dans la formule quand le cosinus se rapproche de 0 et que l’angle aussi)
Que vaut l’énergie du photon diffusé de l’effet Compton ?
Que vaut l’énergie de l’électron Compton ?
Décrivez le cas particulier de l’effet Compton du choc tangentiel
Décrivez le cas particulier de l’effet Compton du choc frontal
Energie cinétique alors maximale
Quelles sont les conséquences de l’effet Compton ?
Comment évolue la probabilité d’interaction par effet Compton σ ?
Quelle est la formule de la probabilité d’interaction par effet Compton σ ?
Que vaut l’atténuation d’un faisceau de photons par effet Compton ?
Quelle est l’allure de la représentation graphique de la valeur de σ en fonction de l’énergie du faisceau incident ?
Quel est le mécanisme de la création de paires ?
C’est l’interaction d’un photon avec le champ électrostatique d’un noyau, aboutissant à sa matérialisation en 1 électron + 1 positon
Quel est le seuil que doit atteindre l’énergie du photon incident pour engendrer la création de paires ?
L’énergie du photon incident doit être au moins équivalente à la masse au repos de 2 électrons (1,022 MeV)
Comment est partagé l’excédent d’énergie dans la création de paires ?
Il est partagé entre l’électron et le positon sous forme d’énergie cinétique
Quelles sont les conséquences de la création de paires ?
En quoi consiste la réaction d’annihilation ?
C’est une émission à 180° de 2 photons d’annihilation (511 keV = masse au repos des 2 particules) lorsque l’énergie cinétique du positon tend vers 0
Comment évolue la probabilité d’interaction par création de paires π ?
Quelle est la formule de la probabilité d’interaction par création de paires π ?
Que vaut l’atténuation d’un faisceau de photons par création de paires ?
Quelle est l’allure de la représentation graphique de la valeur de π en fonction de l’énergie du faisceau incident ?
Quel est l’effet qui prédomine en fonction de Z et de l’énergie du rayonnement ?
Quels effets prédominent dans la médecine nucléaire ?
Une fraction est de l’effet photoélectrique et une plus petite fraction est de l’effet Compton
Dans quoi est prédominant l’effet photoélectrique ?
Dans les systèmes de détection des photons (Z élevé)
De quoi est responsable l’effet photoélectrique ?
Du contraste des images radiographiques scintigraphiques
Dans quoi est prédominant l’effet Compton et quelle est sa conséquence ?
Dans l’eau et les tissus biologiques, il dégrade la qualité des images “flou” et on va donc essayer de minimiser cet effet dans la radiologie et l’imagerie
Dans quoi est prédominant l’effet de création de paires ?
Il est marginal car il nécessite des énergies qui ne sont que rarement utilisées dans le domaine de l’imagerie
Expliquez ce qu’est l’atténuation d’un faisceau de photons avec des variables
Lorsque N0 faisceaux de photons traversent une épaisseur dx de matière, seulement N faisceaux de photons seront transmis suite à dN interactions
Quelle est la formule du coefficient linéique d’atténuation (µ, en cm^(-1)) ?
A quoi correspond le coefficient linéique d’atténuation ?
Il correspond à la probabilité d’interaction d’un photon par unité de longueur
De quoi dépend le coefficient linéique d’atténuation ?
En pratique, que vaut la probabilité d’interaction d’un photon par unité de longueur et quelle est sa conséquence au niveau de la formule Nx ?
Que vaut la fraction d’énergie absorbée par le milieu ?
Que vaut la fraction d’énergie diffusée ?
Quelle est l’unité du coefficient massique d’atténuation et quelle en est sa formule ?
Comment évolue la formule de la décroissance de l’intensité d’un faisceau de photons ?
Comment évolue le coefficient massique d’atténuation en fonction de l’énergie du rayonnement pour le plomb et pour l’eau ?
Qu’est-ce que la couche de demi-atténuation (CDA) ?
C’est l’épaisseur de matériau nécessaire pour atténuer la moitié des photons incidents (N/N0 = 1/2) en m ou cm
Quelle est la formule de CDA ?
Quelle est l’allure de la représentation graphique du nombre de photons transmis en fonction de l’épaisseur du milieu et que valent les épaisseurs en fonction de CDA pour atténuer les 3 quarts ou encore les 7 huitièmes des photons incidents ?
Que vaut N lorsque x = n (entier) CDA ?
Que faut-il interposer une épaisseur du milieu pour atténuer un faisceau d’un facteur 1000 ?
Il faut interposer une épaisseur du milieu correspondant à 10 CDA
Quel est le principe de la scintigraphie, de l’imagerie ?
Pour être détectés, les photons doivent interagir avec le milieu de détection justifiant l’usage de cristal à Z élevé
A quoi correspond le cristal scintillant ?
C’est un milieu capable d’émettre un rayonnement de fluorescence après interaction avec un photon incident
En quelles étapes consiste le principe de la détection avec un cristal ?
Que permet le dispositif du photomultiplicateur ?
Il convertit le signal lumineux provenant du cristal en un signal électrique proportionnel mais amplifié où l’électron formé va être accéléré
Comment isoler l’effet photoélectrique par rapport à la diffusion Compton ?
Il suffit de poser une fenêtre d’acceptation pour enlever tout le spectre constant de la diffusion Compton
