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UE6 Physique Physiologie > Interactions des RI particulaires avec la matière > Flashcards

Interactions des RI particulaires avec la matière Flashcards

1
Q

A quoi correspond une interaction ?

A

A un transfert d’énergie

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Q

Que sont les rayonnements ionisants ?

A

Particules chargées ou non, responsables d’ionisations

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3
Q

Qu’est-ce que la matière ?

A

Noyaux positifs et électrons négatifs

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4
Q

Que sont les rayonnements directement ionisant ?

A

=> particules chargées

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Q

Caractéristiques associées au rayonnements directement ionisants ?

A
  • forces coulombiennes
  • interactions obligatoires
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6
Q

Que sont les rayonnements indirectement ionisant ?

A

=> particules non chargées : neutrons, X, γ

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7
Q

Caractéristiques associées au rayonnements indirectement ionisants ?

A
  • interactions aléatoires (stochastiques)
  • ionisations indirectes par l’intermédiaire de particules secondaires chargées mises en mouvement
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8
Q

Quels sont les différents types de rayonnement ionisants ?

A

=> Particules chargées
=> Particules non chargées

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9
Q

Quels sont les rayonnements ionisants à particules chargées ?

A
  • Rayonnements α
  • Rayonnements β
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10
Q

Caractéristiques des rayonnement β ?

A
  • électrons (β-) et positons (β+)
  • énergie très variable (de 0 à plusieurs Mev)
  • pouvoir ionisant intermédiaire
  • pouvoir de pénétration faible : qq mètres dans l’air, qq mm dans l’eau et les tissus mous,
  • stoppés par un obstacle mince (ex: feuille d’alu de qq millièmes à qq mm)
  • trajectoire sinueuse (masse légère)
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11
Q

Caractéristiques des rayonnements α ?

A
  • noyau d’hélium (2 neutrons et 2 protons)
  • très énergétiques (plusieurs Mev)
  • fort pouvoir ionisant
  • pouvoir de pénétration très faible : qq cm dans l’air, qq dizaines de mm dans l’eau ou les tissus mous
  • stoppés par une feuille de papier
  • trajectoire linéaire car masse importante (7000 x plus lourde qu’un électron)
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12
Q

Quels sont les différents rayons ionisants à particules non chargées ?

A
  • Rayonnements électromagnétiques X et γ
  • Rayonnements neutroniques (neutrons)
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13
Q

Caractéristiques des rayonnements électromagnétiques X et γ ?

A
  • radiations électromagnétiques d’origine atomique (X) ou nucléaire (γ)
  • énergie variable (qq Kev à qq Mev, X souvent < à γ),
  • pouvoir ionisant faible
  • ionisations indirectes,
  • pouvoir de pénétration très important : plusieurs centaines de mètres dans l’air, traversent facilement l’organisme
  • stoppés par qq mm de plomb pour les X et
    jusqu’à plusieurs cm de plomb pour les γ
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14
Q

Caractéristiques des Rayonnements neutroniques ?

A
  • énergie élevée
  • pouvoir ionisant fort mais ionisations indirectes (collisions avec les noyaux)
  • pouvoir de pénétration très important : pratiquement pas ralentis par l’air, pénètrent profondément dans l’organisme puis absorption importante par les tissus
    mous
  • traversent les blindages
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15
Q

Intérêt(s) des rayonnements ionisants particulaires ?

A

Intérêt double : diagnostique et thérapeutique

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16
Q

Intérêt diagnostique des rayonnements ionisants particulaire ?

A
  • Radiographie
  • scanner X
  • scintigraphie (gamma et TEP)
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17
Q

Intérêt thérapeutique des rayonnements ionisants particulaire ?

A

-radiothérapie externe
- radiothérapie interne :
o curithérapie sources scellées
o curithérapie métabolique (sources non scellées)

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18
Q

Fonctionnement du scanner ?

A

Utilisation des rayons X pour réaliser cartographie des coefficients d’atténuation de l’organisme

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19
Q

Fonctionnement de la scintigraphie ?

A

Utilisation des rayons γ pour étudier une fonction de l’organisme

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20
Q

Fonctionnement de la radiothérapie métabolique ?

A

Utilisation des rayonnements β-

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21
Q

Que mettent en jeu les interactions des particules chargés avec la matière ?

A
  • Elles mettent en jeu des particules légères (e-, e+) ou lourdes (protons, particules a++)
  • Interactions obligatoires, secondaires aux forces coulombiennes : s’exercent entre ces particules chargées et la matière : F= k qq’/x2
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22
Q

Influence de la force secondaire aux forces coulombienne sur la particule cible ?

A

La particule cible est projetée dans une direction ϕ et acquière une énergie Q prélevée à l’énergie cinétique T de la particule incidente

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23
Q

Influence de la force secondaire aux forces coulombienne sur la particule incidente ?

A

La particule incidente est déviée d’un angle θ et son énergie résiduelle après interaction est : T - Q

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24
Q

Avec quoi peuvent avoir lieu des interactions ?

A
  • Electrons
  • Noyaux
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25
Q

Caractéristiques des interaction particules-électrons ?

A

=> Collisions :
Entraînent un transfert d’énergie à la matière responsable des effets produits sur le milieu

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26
Q

Caractéristiques des interactions particules-noyaux ?

A

=> Freinage :
Responsables de la production de rayons X de freinage qui peuvent soit être diffusés soit interagir à leur tour avec la matière

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27
Q

Que produit une interaction avec un électron de l’atome cible ?

A
  • Ionisation
  • Excitation
  • TEL
  • DLI
28
Q

Que se passe-t-il au niveau énergétique lors d’n interaction avec un électron de l’atome cible ?

A

L’énergie cédée E par la particule incidente est cédée à un électron
d’énergie de liaison El, trois cas peuvent se rencontrer :
- ∆E ≥ El => ionisation
- ∆E < El => excitation
- si ∆E est très faible => dissipation thermique (énergie de translation, rotation ou vibration des molécules)

29
Q

Déroulé de l’ionisation d’un atome ?

A
  • l’e- est éjecté de son orbite avec une énergie cinétique ΔE – El : se produit une ionisation et la création d’une paire d’ions
  • e- éjecté peut créer d’autres ionisations secondaires si son NRJ est suffisante
  • L’ionisation : suivie d’un réarrangement du cortège électronique avec émission de fluorescence X
30
Q

Qu’est-ce qu’un ionisation ?

A

Mécanisme fondamental pour les effets biologiques des rayonnements

31
Q

Que se passe-t-il lors du réarrangement du cortège électronique ?

A
  • Création d’une place vacante
  • Comblement par un électron périphérique ou extérieur d’énergie de liaison Elc
32
Q

Déroulé du réarrangement du cortège électronique ?

A

1) Emission d’une énergie E= El- Elc :
- diffusée, photon de fluorescence
- transmise à un électron périphérique d’énergie de liaison < (El – Elc), qui est expulsé = Effet Auger
- compétition entre les deux effets (fluorescence et Auger),
* noyaux lourds : fluorescence dominante
* noyaux légers : Auger dominant
2) nouvelle création de vacance électronique, nouveau réarrangement électronique…

33
Q

Déroulé de l’excitation d’un atome ?

A
  • l’énergie transférée à l’électron est insuffisante pour l’expulser mais peut porter l’électron à un niveau énergétique supérieur : il
    y a excitation de l’atome cible puis
  • retour à l’état fondamental par émission de rayons de fluorescence
34
Q

Relation entre la fréquence d’ionisation et d’excitation en fonction de la vitesse des particules ionisantes ?

A

Quand la vitesse est plus faible, l’interaction est plus forte => il y a plus d’ionisations (- d’exitation)

35
Q

Qu’est-ce que le TEL ?

A

=> Transfert d’énergie linéique
* La quantité d’énergie transférée au milieu cible par la particule incidente par unité de longueur de trajectoire
* Unité : keV mm-1

36
Q

Calcul du TEL ?

A

TEL = Kq²n*Z/v²

37
Q

Qu’advient il de la particule lors de chaque interaction ?

A

La particule transfère une partie de son énergie au milieu jusqu’à ce que sa vitesse soit nulle
=> une particule chargée donnée d’énergie donnée peut être totalement arrêtée par un écran de nature et d’épaisseur donnée

38
Q

En quoi consiste l’interaction avec le noyau Bremsstrahlung ?

A

Lorsqu’une particule chargée passe à proximité d’un noyau elle est :
* attirée ou repoussée par le noyau
* sa trajectoire est déviée
* ralentissement de cette particule

39
Q

De quoi est responsable le ralentissement d’une particule lors d’une interaction avec le noyau Bremsstrahlung ?

A

Responsable d’une diminution de l’énergie cinétique de la particule
=> émise sous la forme d’un rayonnement dit de freinage ou rayonnement de Bremsstrahlung

40
Q

Caractéristique du spectre d’énergie du rayonnement de freinage ?

A

Spectre continu : absorption par la cible des photons les moins énergétiques

41
Q

Que se passe-t-il si la particule passe loin du noyau ?

A
  • Peu déviée,
  • Ralentissement faible
  • Rayonnement de freinage de faible énergie
42
Q

Que se passe-t-il si la particule passe très près du noyau ?

A
  • Fortement déviée
  • Fortement freinée
  • Le photon de freinage a une énergie élevée
43
Q

Importance des électrons ?

A
  • Interactions entre les électrons et la matière responsables de l’énergie absorbée par la matière (effets biologiques)
  • rayonnement primaire (émission β-)
  • rayonnement secondaire (aux interactions entres les rayons X et γ avec la matière)
44
Q

Point commun entre les électrons et les positons ?

A
  • Vitesse de propagation élevée
  • Interaction pouvant se rencontrer du même type
  • Dans l’eau le TEL est relativement faible pour des énergies supérieures à 1 Mev et augmente fortement si l’énergie diminue
  • Les trajectoires des particules sont des lignes brisées
45
Q

Longueur totale de la trajectoire des électrons/positons dans l’eau ?

A

Longueur (cm)= énergie initiale (Mev)/2

46
Q

Longueur totale de la trajectoire des électrons/positons dans un milieu de masse volumique ρ ?

A

Longueur (cm)= énergie initiale (Mev)/2ρ
=> ρ en g/cm3

47
Q

Qu’est-ce que la profondeur de pénétration moyenne ?

A

La distance séparant le point d’entrée de la particule et son point terminal
=> Parcours moyen R

48
Q

Evolution d’un faisceau mono-énergétique d’électron ?

A
  • La profondeur de pénétration moyenne R est relativement variable
  • Un faisceau est totalement arrêté par une épaisseur suffisante d’écran
49
Q

Différence importante entre le positon et l’électron ?

A

Le positon va être responsable d’une réaction
d’annihilation

50
Q

En quoi consiste la réaction d’annihilation ?

A

Energie cinétique du positon proche de zéro : le positon interagit avec un électron, les deux particules disparaissent en donnant naissance à l’émission de 2 photons gamma, émis à 180° l’un de l’autre

51
Q

Définition de l’annihilation des positons ?

A

Interaction fondamentale permettant de réaliser un type particulier de scintigraphie : la tomographie d’émission de positons

52
Q

Fonctionnement de la tomographie d’émission de positons ?

A

=> TEP
- utilisation d’un analogue du sucre marqué au fluor 18
- Captation par les cellules tumorales

53
Q

Caractéristiques des interaction des particules lourdes avec la matière ?

A
  • TEL et la DLI des particules sont importants :
  • Pour une énergie cinétique = , leur vitesse est faible
  • Les trajectoires sont quasi rectilignes
54
Q

Qu’est-ce que la courbe de Bragg ?

A

=> Dans l’air
Evolution de l’ionisation spécifique en fonction du parcours des particules lourdes

55
Q

Parcours moyen R des particules lourdes dans l’air ?

A

R (cm)= 0.31*E^3/2
E = énergie cinétique en MeV

56
Q

Parcours moyen R des particules lourdes dans un matériau de masse volumique ρ(mat) ?

A

Rmat = Rair ρair/ρmat
Où ρ est en g/cm^3

57
Q

Profondeur de pénétration moyenne des particules lourdes ?

A

=> Sensiblement égale à la trajectoire :
* qq cm dans l’air
* qq dizaines de mm dans les tissus mous
- Elles sont totalement arrêtées par une feuille de papier et la couche cornée

58
Q

Evolution d’un faisceau mono-énergétique de particules α++ (lourdes) ?

A

La profondeur de pénétration moyenne R est presque constante, un faisceau est totalement arrêté par une épaisseur suffisante d’écran

59
Q

Caractéristiques des interaction des neutrons avec la matière ?

A
  • Se font entre les neutrons et les noyaux, les interactions neutrons-électrons sont négligeables
  • La probabilité d’interaction est faible
60
Q

Quels sont les différents types de neutron interagissant avec la matière ?

A
  • Neutrons rapides
  • Neutrons Lent
61
Q

Caractéristiques des neutrons rapides ?

A
  • Energie cinétique > 1keV
  • Choc élastique : le neutron est dévié et cède une partie de son énergie au noyau
  • L’énergie cédée au noyau diminue quand le nombre de masse de la cible augmente
  • Les neutrons rapides sont très pénétrants
62
Q

Caractéristiques des neutrons lents ?

A
  • Energie cinétique < 1keV
  • Neutron absorbé par le noyau: capture radiative
  • Noyau formé est instable et retourne à l’état fondamental en émettant un rayonnement g
    => Cette réaction est très utilisée pour la production de radioéléments artificiels
63
Q

Ecriture de la réaction de capture radiative ?

A

(A/Z)X + (1/0)n → (A+1/Z)X + (0/0)γ

64
Q

Que sont les noyaux de recul ?

A

Ce sont les noyaux mis en mouvement

65
Q

Caractéristiques des noyaux de reculs ?

A

Epuisent leur énergie cinétique par ionisations et excitations avec un TEL et une DLI élevés responsables des effets biologiques des neutrons

UE6 Physique Physiologie (16 decks)

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