Fiche Rayonnements Bordenave PDF

Récap’ Radioactivité Différence Rayons X/Rayons 𝜸 Rayons X Rayons ! Origine Cortège électronique Noyau Par transmission ou Type d’imagerie...

Récap’ Radioactivité Différence Rayons X/Rayons 𝜸 Rayons X Rayons ! Origine Cortège électronique Noyau Par transmission ou Type d’imagerie Par émission atténuation Radiographie Exemples Scintigraphie Scanners Définitions et unités Unité de masse atomique (u.m.a / u) : 1 u correspond à 1/12 de la masse d’1 atome de Carbone12 la masse d’un atome de Carbone12 vaut 12 u. Un joule : C’est le travail produit par une force de 1 Newton dont le point d’application se déplace de 1 mètre dans la direction de la force. C’est aussi l’énergie reçue par une charge éléctrique de 1 Coulomb qui traverse une ddp de 1 Volt. pico nano micro milli kilo Méga Giga Téra Facteur (p) (n) (µ) (m) (k) (M) (G) (T) Symbole 10-12 10-9 10-6 10-3 103 106 109 1012 Utilisations des rayonnements ionisants en médecine ☞ But diagnostique ou thérapeutique : Radiologie, Médecine nucléaire, Radiothérapie, Scanners… ☞ 2 règles pour l’utilisation des RI : ALARA et Justification des doses Rayonnements chargés Rayonnements non chargés ! et " Neutrons (particulaire) et RX, R# (EM) ➠ Directement ionisants ➠ Indirectement ionisants Iso? IsotoPes : même nombre de Protons (Z). IsobAres : même nombre de nucléons (A). IsotoNes : même nombre de neutrons (N). Isomères : noyaux identiques (même A et Z) avec des niveaux d’énergie différents. On parle d’état métastable pour le noyau concerné si le délai de désexcitation est supérieur à 1 ms. Champs nucléaires = Forces/Zones de l’espace où les protons, les neutrons et les électrons interagissent. Ils s’expriment au delà du noyau : les particules y passent et interagissent avec le noyau. Margaux tut’UE3  de l’espace où p, n, e interagissent ▸ Champs nucléaire = forces, zones de l’espace ou les protons, les neutrons et les électrons interagissent. Ils s’expriment au delà du noyau : les particules qui y passent interagissent avec le noyau. Créés ▸ Ces champspar sont l’ensemble desdesnucléons crées par l’ensemble nucléons et:2 sontchamps au nombreconcentriques de 2 concentriques : Champ nucléaire attractif Champ nucléaire attractif ▸ ChampChamp nucléaire nucléaire attractif : électrostatique à distance - courte courte distance Courte distance agit - agit Grande sur surles toutes toute distance particule particules chargéeschargée ou non ou non + Agit sur particules chargées ou non attire p, n, e- → intégration dans le noyau - et Agit uniquement attire p, n, e sur les particules Attire p, n et e- pour les intégrer chargées Champ nucléaire électrostatique : dans le noyau ▸ - Champ nucléaire électrostatique plus étendu - agit uniquement sur les particules chargées : p, α, e- Masse et Energie plus étendu agit uniquement sur les particules chargées : p, , e ☞ Tout variation d’énergie est liée à une variation de masse. 111 Diminution de masse Libération d’énergie Augmentation de masse Gain d’énergie ☞ La formation d’un noyau nécessite de l’énergie qui a été préalablement libérée, donc elle implique une perte de masse : c’est l’Enigme de la masse manquante exprimée par le défaut de masse ∆m. ☞ Energie de liaison : c’est l’équivalent énergétique du niveau de masse (B = ∆m*c2). L’énergie de liaison PAR NUCLÉON B/A permet de mesurer la stabilité des noyaux. Plus B/A est grand (B/A va de 7,5 à 9), plus le noyau est stable. Les éléments légers se stabilisent par fusion (A < 27) : « 2 petits noyaux plus lourds qu’un gros noyau » Les élements lourds se stabilisent par fission (A > 140) : « 2 moyens noyaux moins lourds qu’un petit noyau » Lois de conservation des réactions nucléaires = Conservation de la charge Z = Conservation du nombre de masse A (Attention, la masse totale n’est pas conservée) = Conservation de l’énergie totale Perte/Gain de masse lors d’une réaction nucléaire = Libération/Gain d’énergie Transformations RA Ce sont des réactions nucléaires : Spontanées Exoénergétiques Conservation de la charge, du nombre de masse et de l’énergie totale Margaux tut’UE3  Démonstration (s) : passage de masse du noyau M à masse atomique M IV.1 - Emission α Energie et conditions de Schémas de désintégration α Edispo= dm x c2 = (Mx-(My+Mα)) x c2 Réaction Nature Noyaux instables excédentaires en Origine n et p Energie dispo l émission Spectre β Représentation Particule/Conséquence Puis passer aux masses des atomes M « Pure » ou suivie de γ, convention d écriture Radioactivité particulaire naturelle ou artificielle radioactif radioactif Excès de Excès Edispo= (M x-(M y+ M α)) x c2 Spectre de radioactif A X X X A A-4 n et Z ZX Z-2 Y + 4α 2 neutrons et p+ Dans une émission β pure : leraies bilan i-f est α dm α α Traject rectiligne et court. 𝜶 de protons (positif donc réaction possible) donc une énergie Y Y Vitesse faible. 238 234 4 La masse du doit α 92 U 90 Th + 2 He disponible Eβnoyau - maxpère = Eβ - + Eν γ Très ionisant. être supérieure à la masse du A-4 Y Y a) Emission β 150 Schémas Z-2 de désintégration β Z noyaux fils. Dans une émission β suivie de γ : le bilanétat i-ffondamental est état fondamental état fondamental Noyaux instables excédentaires en n 145 (dm + Eγ), on en déduit Eβ- max : bilan – Eγ« Pure » ou suivie de γ 148 ou artificielle Radioactivité particulaire naturelleExcès Spectre radioactif 1 Mev pénètre jusqu’à 3,3 de Eβ- max = (M X- M Y) x c2 A A A ZX ZX ZX A A 0 0 neutrons Condition: masse atome père >continu masse atome fils β β m. - ZX Z+1 Y + -1 β + 0 ν β 𝜷 Excès n allant de Y Schémas de désintégration β+ Vitesse moyenne. ex :60Co, 131I, 32P (pour traitements) La masse du noyau père doit 158 Energie et conditions de Eß0 à γ β Trajet long et sinueux, moins b) Emission β+ être supérieure à la masse+ du A l émission β « pure » ou Y suivie de γ Y Y Eßmax. Z+1 ionisant que 𝜶. noyaux+ fils. Noyaux instables excédentaires en p Dans une émission β pure : le bilan i-f est dm exemples état : 11C, fondamental 15O, 18F (pour diagnoctic) état fondamental état fondamental Radioactivité particulaire uniquement artificielle l énergie Eβ+ max est : 155 157 Le β+ est appelé positon Eβ+ max = (MX- MY- 2 me) x c2 radioactif Excès de Spectre A Parcours très limité. A A 2 me =1,022 MeV ZX X 0 + protons continu β+ Durée de vie : 109 s. ZX Z-1Y + +1β + ν + + et Eβ max = Eβ + Eν β+ A 0 A 0ν Y* Annihilation avec un position 𝜷+ allant Dans une émission β+ suivie de γ, l énergie Eβ+ de A Z X + -1 e Z-1Y + 0 γ max différence La est : de masse des Z-1Y Y donne deux emissions : 0 Eß0 à β+ idem e +1 Excès p+ atomes diff masses doit atomes-2 supérieure êtrefois à masse de électron-masse Eγ Eßmax. + pure émission β+ - γ E𝜸 = 511 keV Émission β+ possible seulement si diff. de masse pureémission ou suivieβ de γ 1,022 MeV. 167 166 des atomes >1,022 MeV 168 Excès de Compétition avec 𝜷+. Spectre de radioactif Réarrangement du cortège : A A 0 A 0ν Z X X Électron Auger e protons raies CE CE β+ Z X + -1 Z-1Y + 0 CE β+ Y ou Émission photons de Seule possible si : A γ pure ou suivie de γ Edispo < 1,022 MeV Z-1 Y Y fluorescence. état fondamental état fondamental 174 radioactif Les isomères A Nécessité pour le noyau de se désexciter après une Spectre de Très pénétrant. Z X X + CE CE β désintégration. + N et A ne raies Facile à détecter mais difficile β γ Y changent pas. 𝜸 A désexcitation État métastable de s’en protéger. Le noyau Z-1 Y excité peut Y soit passer à un niveau d’énergie A Am état fondamental état fondamental 174 X X Peu d’intéractions avec la Z Z moindre (gamma en cascade), ou retrouver son état Émission γ ou Émission γ ou matière. fondamental. conversion interne conversion interne A A X X Z Z Transfert direct du surplus d’énergie à un électron du Spectre de Réarrangement du cortège : Le plus utilisé en Médecine : Tc (99m, 43) cortège qui va être éjecté (électron de conversion). Cela raies période : 6 h ; énergie : 140 keV, Électron Auger CI émetteur γ (99 %) conduit à un réarrangement du cortège avec emissions de 181 ou Émission photons de rayonnements fluorescents. fluorescence.  radioactifs : $ : constante radioactive Les lois de la RA Constante radioactive $ (en s-1) : C’est la probabilité de désintégration par unité deDécroissance temps. Elle est caractéristique du noyau. radioactive Formulaire À partir de N0 atomes radioactifs au départ (à t0), à l’instant t on aura N atomes Période T radioactifs : Décroissance radioactive C’est le temps au bout :duquel le nombre de noyaux radioactifs Les lois de la RA Les loisdede $ : constante Les lois laest la divisé RA par 2. radioactive RA Elle est spécifique du radioélément et indépendante Les de lois N0, dedePlaetRAde T°. source Constante radioactive Activitéd’une Activité d’une source $ (en s ) : C’est la probabilité de désintégration par unité source -1 PériodedeTtemps. Activité d’une source Elle est caractéristique du noyau. : désintègrent nombre de noyaux Activité quiActivité se AA :: nombre Activité nombre de de noyaux par seconde A : nombre qui quise sedésintègrent (1 Becquerel noyaux de noyaux qui désintègrent se parpar désintègrent par seconde seconde seconde (1(1Becquerel (1 Becquerel Becquerel ntégration par seconde).(Bq) (Bq)==11(Bq) désintégration par seconde). Période T désintégration par seconde). = 1 désintégration par seconde). ActivitéC’est A : le temps au bout duquel le nombre de noyaux radioactifs est divisé par 2. cifique As : activité parElle est spécifique laActivité masse total Activité du radioélément desspécifique atomes spécifique As : présents. activité et indépendante de N0, de P et de T°. par la A : activité masse par totaltotal la masse desdes atomes présents. atomes présents. s Activité spécifique As : activité par la masse total des atomes présents. Activité spécifique : masse RelationRelation de masse de masse atome : Relation de masse Masse d’un atome : Relation Masse de masse d’un: atome : aire M (en g/mol donc on divise par N) Masse molaire M (en g/mol donc on divise par N) Masse Masse d’un la source divisé par le nombre d’atomes atome :(en g/mol donc on divise par N) molaire M MasseNde la source divisé par le nombre d’atomes N Masse Massemolaire M (endivisé de la source g/mol donc par on divise le nombre par N)N d’atomes Masse de la source divisé par le nombre d’atomes N Margaux tut’UE3