Biophysique PAES UE3
Rayonnements ionisants Des principes physiques à la médecine nucléaire

Sommaire et contenu du livre "Biophysique PAES UE3 - Rayonnements ionisants Des principes physiques à la médecine nucléaire"

SOMMAIRE

PREFACE 1

SOMMAIRE 3

CONSTANTES 10

1) STRUCTURE DE L'ATOME 11

A
-RAPPELS DE COURS .................................................................•........... Il
1-CONSTITUTION DE L'ATOME Il
II -MODELES DE L'ATOME 12

1) Modèle de Rutherford: énergie de liaison dans la conception classique 12

2) Modèle de Bohr: compléments au modèle planétaire 13

a) Hypothèses de Bohr 13

b) Principe de De Broglie 14

c) Niveaux d'énergie -Energie de liaison 14

d) Constante d'écran 15

III -LUMINESCENCE: Fluorescence -Phosphorescence 16

IV -RELATION MASSE-ENERGIE 17

B -EXERCICES ET PROBLEMES 19

C -QUESTIONNAIRE A CHOIX MULTIPLES 22

D -SOLUTIONS & CORRECTIONS 26

1 -Exercices et problèmes 26

11-QCM 29

II) STRUCTURE DU NOYAU 31

A
-RAPPELS DE COURS ............................................................•.•.•...•........ 31

1-LES PARTiCULES 32

1) Les nucléons, constituants du noyau stable 32

a) Le proton p (JJ p) 32

b) Le neutron n( ~ n) 32

2) Autres particules rencontrées au cours des transformations nucléaires 32

a) Le positon ou positron ~+ (~e) 33

b) L'antiproton p(_: p) 33

c) L 'antineutron ~ ( ~ n) 33

d) Le neutrino gu 33

e) Les mésons 34

j) Les quarks 34

g) Les leptons 34

h) Les fermions 34

II -ISOTOPES, ISOBARES, ISOTONES, rSOMERES 35

1) Isotopes 35

2) Isobares 35

3) Isotones 35

4) Isomères nucléaires 35

III -FORCES ET ENERGIE DE LIAISON 35

1) Interaction forte -Défaut de masse 35

2) Unité de masse atomique 37

3) Diagramme de Segré 38

B -EXERCICES ET PROBLEMES 40

C -QUESTIONNAIRE A CHOIX MULTIPLES 44

D -SOLUTIONS & CORRECTIONS 49

1-Exercices et problèmes 49

II -QCM 54

III) LES RAYONS X 55

A -RAPPELS DE COURS 55

1-MODES DE
PRODUCTION 55

1) Processus physiques 55

2) Tubes, accélérateurs 55

a) Tubes à rayons X: 55

b) Les synchrotrons 56

II -PROPRIETES DES RAYONS x. 57

III -SPECTRE CONTINU, SPECTRE DE RAIES 57

1) Electrons « lents » 58

2) Electrons « rapides » 58

3) Relation de Duane et Hunt.. 59

4) Flux du rayonnement, expression de KIamers 60

B -EXERCICES ET PROBLEMES 62

C -QUESTIONNAIRE A CHOIX MULTIPLES 65

D -SOLUTIONS & CORRECTIONS 70

1-Exercices et problèmes 70

II-QCM 74

IV) LA RADIOACTIVITE 77

A -RAPPELS DE COURS 77

1-DESUl'TEGRATION RADIOACTIVE 77

1) Loi de désintégration radioactive 77

2) Période T 78

3) Durée de vie moyenne T 79

4) Représentation graphique 79

5) Activité A 80

6) Relation masse -activité 80

II -FlUATIONS RADIOACTIVES 81

1) Chaînes de désintégration 81

2) Equilibre séculaire 82

3) Equilibre de régime 83

III -LES TROIS TYPES DE RADIOACTIVITE 83

1) La radioactivité 0. 84

2) La radioactivité fJ 84

a) Radioactivité p-84
b) Radioactivité P 85

3) La radioactivité y 86

B -EXERCICES ET PROBLEMES 88

C -QUESTIONNAIRE A CHOIX MULTIPLES 94

D -SOLUTIONS & CORRECTIONS 101

1-Exercices et problèmes 101

II-QCM 110

V) LES INTERACTIONS RAYONNEMENT -MATIERE 113

A -RAPPELS DE COURS 113

1-PROPRIETES GENERALES 113

1) Pouvoir d'arrêt 113

2) Parcours dans la matière 114

3) Ionisation spécifique -Parcours moyen 114

4) Transfert linéique d'énergie (TLE) Ils

II -INTERACTIONS PARTICULES -MATIERE 115

1) Interaction des particules (J, avec la matière 116

2) Interaction des particules tr avec la matière 117

3) Interaction des neutrons avec la matière 118

III -INTERACTIONS PHOTONS (X ou y) -MATIERE 118

1) Atténuation 119

a) Loi d'atténuation 119

b) Coefficients linéiques d'atténuation 120

2) L'effet photoélectrique 121

a) Principe 121

b) Propriétés 122

3) La di ffusion Compton 122

a) Principe 122

b) Propriétés 123

4) La production de paires 124

a) Principe 124

b) Propriétés 124

5) Importance relative des différentes interactions 125

B -EXERCICES & PROBLEMES 127

C -QUESTIONNAIRES A CHOIX MULTIPLES 131

D -SOLUTIONS & CORRECTIONS 137

1-Exercices et problèmes 137

II-QCM 141

VI) DETECTION DES RAYONNEMENTS 145

A
-RAPPELS DE COURS .•......................................................................... 145

1 -LES DETECTEURS GAZEUX ET LIQUIDES 145

1) La chambre à ionisation -Formule de Bethe 147

2) Le compteur proportionnel. 148

3) Le compteur Geiger-Müller 149

4) Les détecteurs à liquides 150

II -LES DETECTEURS SOLIDES 150

1) Les scintillateurs 151

2) Le photomultiplicateur 153

3) Les détecteurs à semi-conducteurs 154

III -LES EMULSIONS PHOTOGRAPHIQUES 155

B -EXERCICES ET PROBLEMES 156

C -QUESTIONNAIRE A CHOIX MULTIPLES 160

D -SOLUTIONS & CORRECTIONS 165

1-Exercices et problèmes 165

II-QCM 169

VII) DOSIMETRIE 171

A -RAPPELS DE COURS 171

1-DOSIMETRIE 171

1) Définitions 171

2) Grandeurs physiques 172

a) Grandeurs particulaires 172

b) Grandeurs énergétiques 172

3) Transfert d'énergie entre un faisceau de photons et la matière 173

a) Dose absorbée, dose intégrale 173

b) Le KERMA (Kinetic Energy Released per unit MAss) 174

c) Relation entre KERMA et dose absorbée: équilibre électronique 175

d) Efficacité biologique relative (EBR) 175

e) Exposition -Mesure du KERMA 176

j) Débit de dose, débit d'exposition 177

4) Transfert d'énergie dans le cas des particules chargées 177

a) Source externe 178

b) Source interne 178

5) Dose équivalente 179

II -LES DIFFERENTES METHODES DOSIMETRIQUES 180

1) La calorimétrie 180

2) La dosimétrie chimique 180

3) Le dosifilm 180

4) Les chambres à ionisations 181

5) Les dosimètres luminescents 181

B -EXERCICES ET PROBLEMES 182

C -QUESTIONNAIRES A CHOIX MULTIPLES 188

D -SOLUTIONS & CORRECTIONS 193

1-Exercices et problèmes 193

II-QCM 201

VIII) RADIOBIOLOGIE ET RADIOPROTECTION 205

A-RAPPELS DE COURS 205

1-RADIOBIOLOGIE 205

1) Effets déterministes et stochastiques 205

a) Les effets déterministes ou obligatoires 205

b) Les effets stochastiques ou aléatoires 206

2) Effets moléculaires d'une irradiation 206

3) Effets cellulaires d'une irradiation 207

4) Courbes de survie cellulaire 209

5) Effets tissulaires d'une irradiation 211

6) Conséquences globales d'une irradiation sur l'organisme 211

Il -RADIOPROTECTION 212

1) Dose efficace 212

2) Exposition publique, exposition professionnelle 214

a) Exposition publique 214

b) Exposition professionnelle 215

3) Mesures réglementaires 215

4) Mesures de protection 216

a) Locaux 216

b) Matériel de protection personnelle 217

c) Déchets et transports 217

d) Surveillance du personnel 218

B-EXERCICES ET PROBLEMES 219

C-QUESTIONNAIRE A CHOIX MULTIPLES 224

D -SOLUTIONS & CORRECTIONS 232

1-Exercices et problèmes 232

II -QCM 237

IX) MEDECINE NUCLEAIRE 239

A -RAPPELS DE COURS 239

1-UTILISATIONS DES RAYONNEMENTS EN DIAGNOSTIC 240

1) Suivi de traceurs 240

2) Scintigraphie 240

a) Principe 240

b) Les traceurs 241

c) L 'image scintigraphique 241

3) Tomographie à émission de positons (TEP) 242

a) Principe 242

b) Intérêts et inconvénients de la TEP 242

4) Radiographie x. 243

a) Formation de l'image radiante -Image lumineuse 243

b) Notion de contraste 244

c) La radiographie médicale 246

II -UTILISATIONS DES RAYONNEMENTS EN THERAPIE 247

J) Principe et buts 247

2) Radiothérapie externe 248

3) Radiothérapie interne 248

a) Curiethérapie 249

b) Radiothérapie vectorisée 249

4) Effets secondaires 250

B -EXERCICES ET PROBLEMES 251

C -QUESTIONNAIRE A CHOIX MULTIPLES 258

D -SOLUTIONS & CORRECTIONS 263

1-Exercices et problèmes 263

II-QCM 271

INDEX 273

BIBLIOGRAPHIE & REFERENCES 277

A -BIBLIOGRAPHIE 277

1-Ouvrages en français 277

II -Ouvrages en anglais 277

B -REFERENCES 278

1-Sites Internet d'Universités, Facultés 278

II -Sites Internet d'Instituts, Agences, Centres d'Information 279