Transcript Diapositive 1

INTERACTIONS
RAYONNEMENTS
MATIERE
1ère partie
Pr.H.Boulahdour
Année 2007
PENETRATION DES RAYONNEMENTS DANS LA MATIERE
Trajectoires des rayonnements déviés sous l’influence
des champs électriques intra atomiques ou à l’occasion
de collisions avec les particules présentes (e-, noyaux).
Interactions successives  perte d’énergie : Absorption
Rayonnement 
E. De 1 MeV à 10 MeV ( v = 7 000 à 20 000 Km/Sec. Une
particule  de 2 charges électriques est fortement
absorbée. Trajet en ligne droite car particule de masse
élevée (A = 4 et M = 7 000 fois plus que M électrons).
A la surface de la peau, l’énergie est absorbée dans les
cellules les plus superficielles (couche cornée  cellules
mortes). Donc radioprotection simple mais si interne,
irradiation forte de la cellule mais pas des cellules
éloignées.
Rayonnement 
e- ou e+. E. varie de 0 à E max (spectre continu). Ex : 0.018
MeV pour tritium et 6.1 MeV pour fluor.
 une seule charge électrique ; moins rapidement
absorbé ; pénétration plus profonde. Le parcours moyen
d’une fraction de micron à quelques millimètres dans les
tissus (dépend de l’énergie).
La trajectoire est sinueuse surtout en fin de parcours.
A la surface de la peau, pénétration jusqu’aux couches
profondes de l’épiderme où elle délivre une grande partie
de son énergie
Rayonnement gamma (et X)
Radiations électromagnétiques (vitesse de la lumière
dans le vide). Energie sous forme de corpuscule sans
charge et de masse négligeable (photons). Emission
mono-énergétique (Ei – Ef = h) caractéristique du
radioélément émetteur. Ces particules ( et X) non
chargées pénètrent facilement le corps humain.
Plusieurs cm de plomb sont nécessaires pour se
protéger des rayons .
X  Radiodiagnostic ;
  Médecine Nucléaire
Neutrons
Charge nulle donc insensibles aux champs électriques
dans les atomes. Dépôt d’énergie par collision avec les
noyaux.
Les neutrons traversent aisément les métaux les plus
lourds mais sont ralentis par les atomes légers
(hydrogènes) donc par le corps humain.
Bombe à neutrons
Ionisations et excitations des atomes
Ionisation  paire d’ions (e- et ion +).
Excitation  noyau excité, instable
Energie de liaison des atomes de la matière
Pour H  13.6 eV
Pour couche K du Ca  4 083 eV
Dans un milieu aqueux : un rayonnement d’énergie 32000
eV produit en moyenne 1000 ionisations donc l’énergie
moyenne pour provoquer une ionisation est de 32 eV
(énergie moyenne par ionisation).
Ex : une particule de 1 MeV entièrement absorbée produit
106
 30000 ionisations
32
Il se produit dans le même temps 100 000 excitations
Les rayonnements
Directement ionisants : , 
Indirectement ionisants : X, , neutrons (interaction
primaire  ionisations provoquées par la mise en
mouvement de particules ; électrons et protons)
TRANSFERT DE L’ENERGIE AU MILIEU
Interactions successives  ralentissement de la particule
 stabilisation en fin de parcours (E = 0.025 eV).
W partie de l’énergie cédée au milieu.
W entièrement ou partiellement communiquée au milieu.
1. Si W < E liaison de l’e-  soit énergie d’excitation soit
énergie thermique (ici E entièrement absorbée par la
molécule.
2. Si W > E liaison de l’e-  ionisation possible, avec
1
Ec  mv 2  W  E liaison
2
Ec transférée par ionisation, excitation ou transfert
thermique
Si W < 100 eV, Ec absorbée au voisinage immédiat de
l’interaction (grappes d’ionisation)
Si W > 100 eV, Ec transférée à distance. W dépendant de
la distance.
Ces e- éjectés appelés électrons delta forment des
grappes d’ionisation en fin de parcours.
Au terme du parcours de l’é- : la moitié de l’Ec est
transférée sous forme d’ionisations et l’autre moitié sous
forme d’excitations ou transferts thermiques.
ABSORPTION DE L’ENERGIE PAR LE MILIEU :
DISTRIBUTION SPATIALE DE CETTE ENERGIE
Ionisations isolées  répartition
Ionisations groupées  hétérogène
Dépôts d’énergie
Transfert Linéique d’Energie (TLE)
TLE 
E
en KeV par micron
L
Rayonnement alpha
TLE élevé car porteur de 2 charges et donc fortement
ionisant.
Ex : une particule  de 5 MeV du Pu 239 a un trajet en
ligne droite de 40 µm. Densité d’ionisation élevée dans un
cylindre de 40 µm de long et < 1 µm de diamètre
Rayonnement bêta
TLE faible car faiblement ionisant (une seule charge
électrique).
Un e- de 1 MeV a un trajet d’abord rectiligne puis sinueux.
Densité d’ionisation faible sur ce trajet sauf en fin de
parcours où grappes d’ionisation
Rayonnement gamma et X
Directement ionisant
Indirectement ionisant (majorité des ionisations 
électrons éjectés avec une grande énergie cinétique
Absorption
Effet photo - électrique
1
mv2  h  E1
2
Effet Compton
1
h  h  mv 2  E1
2
'
Matérialisation
h  e  e
Donc l’essentiel des ionisations est due aux électrons
secondaires
Un photon de 300 KeV  éjection d’1 e- par effet
Compton avec une Ec de 100 KeV  directement une
ionisation  ≈ 3 000 ionisations sont induites
indirectement par l’e- secondaire
Le TLE de l’ordre de grandeur de celui des e-. Radiations
faiblement ionisantes.
Neutrons
Indirectement ionisants.
Collisions avec les noyaux  90 % sont des collisions
élastiques (pour neutrons rapides de 1 MeV cad 10
Km/sec  neutron dévié, Ec communiquée au noyau 
noyau devient la particule ionisante. Ec perdue est
d’autant plus grande que la masse du noyau est faible
(Hydrogène). Les particules ionisantes sont le plus
souvent des protons (fortement ionisantes).
Le TLE est élevé. Les neutrons peuvent être capturés par
les atomes qui deviennent radioactifs
DOSE ABSORBEE ET DISTRIBUTION
SUBMICROSCOPIQUE DE L’ENERGIE
Dose absorbée (Gray, Gy) 
Distribution microscopique 
Effet biologique
1 Gy = 1 joule / Kg : Energie moyenne absorbée dans un
organe
Limites à l’échelon microscopique
Energie délivrée non pas de façon homogène mais de
façon discontinue par paquets de dimensions
submicroscopiques et de densités variables.
Exemples
-
Un noyau de quelques µm de diamètre dose de 1 Gy
-
2 rayonnements différents de TLE ≠
Un dose de 1 Gy absorbée dans un noyau de 10-10 g 
20 000 ionisations (2 000 affectent la molécule d’ADN)
(ADN = 6 10-12 g).
La répartition est ≠ selon le TLE
Au voisinage immédiat de la trajectoire de la particule
 (TLE élevée) ; densité d’ionisation très élevée.
Ionisations ou excitations très dispersée si TLE faible.
Grappes d’ionisations déposées à la partie terminale
du trajet des e- (dépôts d’énergie de densité élevée
dans des volumes submicroscopiques.