La Radioactivité - Faculté de Médecine de Mostaganem - 11/10/2024 PDF

1 Faculté de Médecine de Mostaganem LA RADIOACTIVITE Dr NOUAIRI HAFIDA 11/10/2024 ________________________________________________________  2...

1 Faculté de Médecine de Mostaganem LA RADIOACTIVITE Dr NOUAIRI HAFIDA 11/10/2024 ________________________________________________________  2 OBJECTIFS Caractériser les différentes transformations radioactives. Calculer l’activité, période, constante radioactive. Utiliser la loi de décroissance radioactive.  3 PLAN 1. INTRODUCRION 2. DEFDINITION 3. STABILITE ET INSTABILITE NUCLEAIRE 4. DIFFERENTS TYPES DE RADIOACTIVITE 5. DECROISSANCE RADIOACTIVE 6. CONCLUSION  4 1. INTRODUCTION Découverte par hasard en 1896 par Henry Becquerel, suite à ses travaux sur les sels d’Uranium. Très vite confirmée par Marie Curie sur le Radium, elle donna les noms de radioactivité et de radioélément (du latin radius, rayon)..  5 2. DEFINITION Radioactivité est la propriété qu’ont certains noyaux atomiques de se transformer spontanément en rapport avec leur instabilité, en noyaux stables ayant d’autres propriétés. Cette transformation est accompagnée par l’émission de rayonnements particulaires ou électromagnétiques. Exemple :  6 3. STABILITÉ ET INSTABILITÉ NUCLÉAIRE DÉFAUT DE MASSE La mesure de la masse des noyaux a montré qu’elle est toujours inférieure à la somme des masses des nucléons constituant le noyau ; cette différence de masse ΔM s’appelle le défaut de masse, tel que : ΔM = (Nmn + Zmp) - M Avec : M = masse du noyau N = nombre de neutrons de ce noyau mn = masse du neutron Z = nombre de neutron de ce noyau mp = masse du proton  7 ENERGIE DE LIAISON DES NUCLÉONS (B ou ) l’énergie de liaison : est l’énergie associée au défaut de masse ∆m B = ∆m xC2 Est l’énergie qu’il faut fournir à un noyau au repos pour le dissocier en nucléons. Pour juger de la stabilité d’un noyau et pour comparer les différents types de noyaux entre eux, il est nécessaire de considérer l’énergie moyenne de liaison par nucléons, soit : L’ENERGIE DE LIAISON PAR NUCLÉON Courbe d’Aston: l’énergie de liaison par nucléon en fonction de A des différents éléments chimiques = f(A). STABILITÉ ET INSTABILITÉ NUCLÉAIRE Diagramme de Ségré Indique les isotopes stables ou radioactifs et fournit le type d'émission radioactive. Pour Z < 20 : les isotopes stables Les noyaux dont le nombre de protons est trop grand sont du type émetteur bêta plus (β+) Les noyaux dont Z est trop faible sont du type émetteur bêta moins (β-) les noyaux lourds avec un excès de protons et de neutons sont des émetteurs alpha (α)  10 4. DIFFÉRENTS TYPES DE RADIOACTIVITÉ Transformations isobariques Transition isométrique (Désexcitation électromagnétique) Transformations par partition Fusion nucléaire  11 TRANSFORMATIONS ISOBARIQUES Emission β- Excès de neutrons. Le neutron se transforme en proton avec émission de négaton et un antineutrino >0 Condition énergétique : Q β- >0 → ΔM.C2 >0 ΔM ici c’est la masse de l ’atome et non pas la masse du noyau comme le défaut de masse  12 TRANSFORMATIONS ISOBARIQUES Emission β- Schéma de désintégration du 99Mo  13 TRANSFORMATIONS ISOBARIQUES Emission β + Excès de proton. La réaction a lieu dans le noyau par transformation d’un proton en neutron avec émission β+ et un neutrino. Condition énergétique : Q β+ >0 → ΔM.C2 >2meC2 ΔM.C2 >1,022MeV  14 TRANSFORMATIONS ISOBARIQUES Emission β + Les émetteurs β+ sont utilisés en TEP (tomographie par émission de positon) par leur émission γ (2 photons de 0,511 MeV à 180°) résultant de l’annihilation (dématérialisation) du β+. l’annihilation  15 TRANSFORMATIONS ISOBARIQUES Emission β + Schéma de désintégration du 18F  16 TRANSFORMATIONS ISOBARIQUES Capture électronique Excès de proton Le noyau de l’atome attire vers lui un électron de la couche la plus proche.  17 TRANSFORMATIONS ISOBARIQUES Capture électronique 125I Schéma de désintégration du  18 DESEXCITATION ELECTROMAGNETIQUE Emission γ la radioactivité γ survient en général à la suite des types précédents : le noyau est dans un état excité instable (excès d’énergie). Les rayons γ sont peu ionisants et très pénétrant.  19 DESEXCITATION ELECTROMAGNETIQUE Conversion interne (C.I) Un noyau excité va transférer son énergie à un électron atomique qui va être éjecté en dehors de l’atome. La CI se produit souvent sur la couche K. Conversion Interne  20 TRANSFORMATION PAR PARTITION Désintégration α Correspond à l’émission par les noyaux lourds (Z ≥ 82) d’une particule α. Dû à un excès de nucléons protons et/ou neutrons Cette particule est un noyau d’hélium avec deux protons, deux neutrons, et porte une double charge positive. Elles sont très ionisantes et pas pénétrantes.  21 TRANSFORMATION PAR PARTITION Fission Dû à un excès de nucléon, le noyau se scinde en donnant deux ou plusieurs atomes stables ou radioactifs avec libération d’une énergie importante. En exemple : Cette fission est source de radioélément artificiel.  22 FUSION NUCLEAIRE C’est la réunion de deux noyaux légers pour donner autre nouveau noyau avec libération d’énergie  23 RAPPORT D’EMBRANCHEMENT Un noyau radioactif peut se transformer à un autre noyau en empruntant différentes voies de désintégration qui n’ont pas la même probabilité de se réaliser  24 5. DECROISSANCE RADIOACTIVE La radioactivité est un phénomène physique qui suit loi exponentielle décroissante dans le temps, où le nombre de noyaux radioactifs diminue selon la relation : 𝑵𝒕 = 𝑵𝟎 × 𝒆−𝝀𝒕 N0 : Nombre de noyaux radioactifs initiaux Nt : Nombre de noyaux à l’instant t. t : temps de décroissance λ : est la constante radioactive;  25 DECROISSANCE RADIOACTIVE 𝑁𝑡 = 𝑁0 × 𝑒 −𝜆𝑡  26 ACTIVITE C’est le nombre de désintégrations par seconde. On donne 𝐴=𝜆×𝑁 𝜆 : constante radioactive L’unité de l’activité est le Becquerel 1 Bq = 1 dps (désintégration par seconde) L’autre unité anciennement utilisée est le Curie avec 1 Ci = 3,7 1010 Bq = 37 GBq.  27 ACTIVITE L’activité diminue au cours du temps au même niveau que le nombre d’atome : −𝜆 𝑡 𝐴𝑡 = 𝐴0 × 𝑒  28 PERIODE PHYSIQUE Elle correspond au temps au bout duquel la moitié des noyaux radioactifs présent initialement se sont désintégrés. Chaque élément radioactif peut être caractérisé par une période propre qui ne dépend que de sa constante radioactive. 𝐿𝑛 2 0,693 𝑇= = 𝜆 𝜆 Exemples: 131I T= 8 jours, 99m Tc T = 6 h, 125I T = 60 jours, 60 Co T= 5,27 ans  29 PERIODE BIOLOGIQUE C’est le temps au bout duquel la moitié des éléments sont éliminés par l’organisme (salive, urines, selles, sueur…). TB dépend de l’élément radioactifs et de son métabolisme dans l’organisme et l’état fonctionnel de l’organe d’élimination. Exemple: Pour l’iode fixé sur la thyroïde TB = 30 jours  30 PERIODE EFFECTIVE C’est le temps moyens d’élimination de la radioactivité résultant de la période physique et la période biologique. 1 1 1 = + 𝑇𝑒 𝑇𝑃 𝑇𝐵 𝑇𝑃 × 𝑇𝐵 𝑇𝑒 = 𝑇𝑃 + 𝑇𝐵 Exemple: Pour 131 I = 6,33 jours  32 FORMULE ACTIVITE - MASSE Relation entre la radioactivité et la masse de la matière radioactive : 𝑚 × ln 2 × 𝒩𝑎 = 𝑀 × 𝐴 × 𝑇 4,17 × 1023 𝐴 𝐵𝑞 = × 𝑚 (𝑔) 𝑇 𝑠 × 𝑀(𝑔) A : l’activité M : la masse atomique ou nombre de masse ((le A)) T : la période m : la masse.  33 6. CONCLUSION La radioactivité est un paramètre physique mesurable, il est utilisé dans différent domaines : industrie, énergie, guerre et aussi dans le domaine médicale : radiothérapie, médecine nucléaire et radiologie. De la diversité des radioéléments, la médecine choisit avec soin pour des raisons radiobiologiques et de radioprotections le type du radioélément, l’émission qui en décours et surtout l’activité nécessaire pour une utilisation optimale.  34 Bibliographie