Chapitre I
Interaction rayonnements matière,
grandeurs
et unités dosimétriques des
rayonnements
I.1. Rappel sur les rayonnements ionisants :
I.1.1. Introduction :
L'homme est exposé aux rayonnements depuis son
apparition sur terre. Il est exposé à la lumière visible
provenant du Soleil, laquelle s'accompagne de rayonnements invisibles connus
sous le nom de rayonnements ultraviolets et infrarouges. Ces rayonnements sont
des ondes électromagnétiques comm
les rayons X et les rayons gamma [1].
En médecine et en biologie, les rayonnements ionisants
rencontrés sont principalement
Constitués soit par des particules matérielles
chargées (électrons, protons, deut ions...) ou neutres
(neutrons), soit par des photons (essentiellement les rayons x et ã)
[2].
I.1.2. Définition et classification :
On appelle rayonnement ou radiation le processus
d'émission ou de transmission d'énergie sous la forme d'ondes
électromagnétiques ou de particules [3].
0 ,Rayonnement ionisant : Un rayonnement est dit ionisant quand
il est susc
d'arracher des électrons à la matière.
0 ,Rayonnement non-ionisant : l'énergie est insuffisante
pour ioniser l'atome [4].
Tout particules ou photons dont l'énergie est
supérieure à l'énergie de liaison des électrons les
moins liés des atomes constituant la matière vivante ERI=12.4 eV
[1].
Un rayonnement ionisant est un transport d'énergie sous
la forme de particules ou d'ondes électromagnétiques d'une
longueur d'ondes inférieure ou égale à 100
nanomètres, soit d'une fréquence supérieure ou
égale à 3 ×1015 hertz, pouvant produire des ions directement
ou indirectement.
Ces définitions réglementaires, assez ardue de
prime abord, laisse transparaitre deux termes
importants :
'une façon bien
caractéristique [3]. :
On peut classer les rayonnements selon leur façon de
produire des ionisations dans la matière en utilisant leur propre
pouvoir d'ionisation :
Figure 1.1. Classification des rayonnements
> Radiations directement ionisantes :
comme les électrons, particules á, positrons, protons,
deutons...
> Radiations indirectement ionisantes
: comme les neutrons, rayons X, rayons ã.
· Les particules ou rayonnements particulaires
: qui ont une masse au repos. L'énergie totale de ces
particules est donnée par la relation d'Einstein :
E (1.1)
Ou est la masse et c la vitesse de la lumière (3.108
ms.-1) [1].
* 1 p p 1 eu 1 (noyaux de deutérium)
Cette énergie totale peut elle-même être
décomposée de la façon suivante :
E = mc2= T +
+moc2 (1.2)
Ou T est l'énergie cinétique de la particule et
noc2 l'énergie équivalent a la masse au repos de cette
même particule [3].
· les rayonnements
électromagnétiques : qui sont constitues par un flux de
photons et donc n'ont pas de masse.
On emploie parfois à leur égard le terme <<
énergie qui se déplace >>. Cette énergie est
donnée par la relation :
E = hv = h (1.3)
Ou h est la constante de Planck (6,6.10-34 J.s) et ~ la
fréquence du rayonnement (en s-1) égale au rapport entre c et la
longueur d'onde a du rayonnement (en m)
[1].
Selon la définition précédente, un
rayonnement non ionisant aura une énergie insuffisante pour ioniser la
matière.
D'après la figure 1.1, on s'aperçoit que ce type de
rayonnement est constitue essentiellement de rayonnements
électromagnétiques de longueur d'onde supérieure a 100
nm.
Par opposition, un rayonnement ionisant aura une énergie
insuffisante pour ioniser la matière et une longueur d'onde
inférieure à 100 nm.
Les rayons ã et X entrent dans cette catégorie.
L'équivalent en énergie de la valeur de longueur d'onde 100 nm
est égal a 12,4 eV.
Pour en savoir plus on peut connaitre l'énergie minimale
en électron-volt susceptible de provoquer l'ionisation de la
matière, il suffit d'appliquer la formule :
Longueur d'onde correspondante (100nm). Application
numérique :
E = hc = 6 6 10- 34 x 3.
, . 1
100.
|
-9 = 1, 9 8.10- 18J (1.4)
|
Soit en électronvolt :
1' 9 8.10- 18J
E = = 12,4 e V (1.5)
1,6. 10- 19
I .2. Interactions des particules avec la matière
:
Les rayonnements rencontrés en médecine et en
biologie sont constitués, soit par des particules matérielles,
chargées (électrons, positons, deutons et alphas), ou neutres
(neutrons), soit par des photons (rayonnement y et X). Les électrons,
positons et particules alpha sont des produits de désintégration
des sources radioactives.
Les accélérateurs de particules produisent
également des protons, des deutons et des alphas de grande vitesse,
ainsi que des électrons accélérés. Ces particules
traversent la matière cèdent leur énergie cinétique
par suite de collisions (excitation et ionisation) avec les atomes de la
matière.
Les particules sous-atomiques impliquées dans la
physique des noyaux et des particules sont trop petites pour être
observées visuellement. La détection de ces particules est
basée plutôt sur leurs interactions avec la matière,
où, en général une partie de l'énergie d'une
particule est déposée, signalant sa présence [5].
L'énergie en excès contenue dans le noyau des
isotopes radioactifs, était libérée sous la forme de
rayonnements ionisants, d'énergies et de natures différentes.
La nature de ces Rayonnements dépend à la fois
de la quantité d'énergie en excès contenue dans le noyau
Instable et de la structure de ce dernier (noyaux, lourds de fort numéro
atomique Z, noyau avec un excès de protons ou un excès de
neutrons).
Ces rayonnements pourvus d'énergie vont interagir avec
les structures constitutives de la matière c'est-a-dire essentiellement
les électrons et les noyaux des atomes. En interagissant, le rayonnement
va céder tout ou une partie de cette énergie à la
matière.
En contrepartie, cette dernière subit des modifications du
fait de cette interaction [3].
Notre objectif est de décrire le comportement des
rayonnements ionisants après leur formation suite à une
désintégration ou une désexcitation d'un noyau radioactif
[3] :
On peut citer trois tirées de l'importance de cette
étude :
> L'interaction entre un rayonnement et la matière se
traduit par un transfert d'énergie.
> Une interaction est nécessaire pour détecter
un rayonnement, d'où l'importance de cette notion en imagerie
diagnostique.
> De mrme, un transfert d'énergie est la
première étape de l'action biologique des rayonnements.
Nous étudierons successivement le cas des particules
chargées, des photons, puis des neutrons [1].
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