Calculs de doses générées par les rayonnements ionisants
Principes physiques et codes de calcul
Deux types d'utilisations sont prévues :- L'ouvrage papier est vendu avec une clé USB (format carte de crédit) qui contient les différents codes et qui permet de les implémenter sur 2 postes de travail. - La version clé USB [...]
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Auteur : Alain VIVIER , Gérald LOPEZ
Editeur : Edp Sciences
Date parution : 04/2016 (2ème édition)sous 4 à 8 jours
CB Google/Apple Pay, Chèque, Virement
Quel est le sujet du livre "Calculs de doses générées par les rayonnements ionisants"
Deux types d'utilisations sont prévues :
- L'ouvrage papier est vendu avec une clé USB (format carte de crédit) qui contient les différents codes et qui permet de les implémenter sur 2 postes de travail.
- La version clé USB seule comprend l'ouvrage en version numérique ainsi que les codes « flashés » qui peuvent être utilisés sur n'importe quel poste informatique en présence de la clé.
Cet ouvrage et les codes associés s'adressent aux utilisateurs de sources de rayonnements ionisants : techniciens, ingénieurs de sécurité, personnes compétentes en radioprotection, mais aussi médecins, chercheurs, concepteurs, décideurs... Les contraintes croissantes liées à la radioprotection rendent indispensables l'utilisation de codes de calcul permettant d'évaluer les débits de doses générées par ces sources et la façon dont on peut s'en protéger au mieux.
De nombreux codes existent, dont certains restent des références incontournables, mais ils sont relativement complexes à mettre en oeuvre et restent en général réservés aux bureaux d'études. En outre, ces codes sont souvent des « boîtes noires » qui ne permettent pas de comprendre la physique sous-jacente.
L'objectif de cet ouvrage est double :
- Exposer les principes physiques permettant de comprendre les phénomènes à l'oeuvre lorsque la matière est irradiée par des rayonnements ionisants. Il devient alors possible de développer un sens physique pour mieux appréhender ces phénomènes alors que nos propres sens sont impuissants à en percevoir la cause et les effets.
- Donner au lecteur les moyens d'estimer le risque radiologique dans une situation donnée, notamment avec le pack DOSIMEX, ensembles de codes écrits en langage VBA et fonctionnant sous Excel. Ces codes couvrent une large gamme de situations d'exposition radiologique et permettent d'estimer avec une grande fiabilité des débits de doses gamma, X, bêta et neutrons en fonction de la nature et de l'activité des sources, ainsi que des matériaux en présence (matrices sources, écrans ). Nés initialement pour répondre à des besoins pédagogiques, ces outils de calcul créés par des enseignants en radioprotection ont été conçus dans un souci permanent d'une grande simplicité d'utilisation.
Pour cette seconde édition, les codes proposés ont bénéficié, en relation avec les utilisateurs, d'un retour d'expérience considérable ayant permis d'améliorer la qualité des résultats et d'enrichir les options proposées. On peut citer entre autres la possibilité de calculer les débits de doses pour des générateurs X avec Dosimex-G et les débits de doses bêta pour des sources volumiques, seringue, bécher etc., avec Dosimex-B. Ces améliorations se traduisent aussi par des dossiers de validation renforcés et des manuels d'utilisations détaillés pour tous les codes. Deux nouveaux codes font leur apparition, le code TAGE permettant de calculer les courbes de rendement en spectrométrie gamma, avec correction de coïncidence, et le code Co3 permettant de calculer les rendements des contaminamètres. Tous les codes sont désormais accompagnés d'un manuel d'utilisation et d'un dossier de validation.
Auteurs :
Alain Vivier, ingénieur, travaille à l'Institut national des sciences et techniques nucléaires où il a créé la formation sur la dosimétrie des rayonnements ionisants. Gérald Lopez est, quant à lui, enseignant et actuellement responsable du Système de Surveillance Nucléaire Militaire (2SNM) du port de Cherbourg.
En suivant ce lien, retrouvez tous les livres dans la spécialité Physique nucléaire.Sommaire et contenu du livre "Calculs de doses générées par les rayonnements ionisants - Principes physiques et codes de calcul"
ab e des matierContenu du CD.................................................................................... vii
Les auteurs........................................................................................... ix
Préambule. La logique de l'ouvrage ..
Chapitre 1
: Concept de dose absorbée et considérations
physiques générales
1.1.
Approche dimensionnelle simplifiée de la dose absorbée 7
1.2.
Grandeurs caractérisant le champ de rayonnement.............................. 10
1.2.1.
Classifications des particules................... 10
1.2.2.
Particules directement ionisantes 14
1.2.3.
Les particules indirectement ionisantes 15
1.3.
Définition rigoureuse de la fluence particulaire <1>. Conséquences
et difficultés conceptuelles 16
1.3.1.
Définition classique de la fluence ponctuelle: la sphère
incrémentale 16
1.3.2.
Hétérogénéité de la fluence et effets d'échelle 19
1.4.
Grandeurs caractérisant le matériau cible........................................... 23
1.4.1.
Caractéristiques chimiques 23
1.4.2.
Caractéristiques dimensionnelles 23
1.5.
Propriétes élémentaires de la dose absorbée....................................... 26
1.5.1.
Bilan énergétique dans une cible et dose moyenne absorbée.... 26
1.5.2.
Caractère intensif de la dose absorbée et conséquences 28
1.5.3.
Calcul de la dose moyenne à partir d'une distribution de dose.. 33
1.6.
Synthèse: règles élémentaires de gestion des doses absorbées............... 36
1.6.1.
Règle 1 : non-additivité des doses absorbées en des points
différents........................................................................ 36
1.6.2.
Règle 2 : effet de dilution dans une cible épaisse 37
1.6.3.
Règle 3 : indicateurs possibles en cas de distribution de dose
non uniforme................................................................... 38
1.6.4.
Règle 4 : champs complexes et additivité de doses................. 39
1.6.5.
Dégradation et diffusion de l'énergie dans une cible épaisse..... 40
1.7.
Effets des doses. Notion de réponse à la dose absorbée........................ 42
Chapitre 2
: Interaction particules chargées -Matière et dose
associée
2.1.
Caractère obligatoire de l'interaction et conséquences 49
2.1.1.
Approche élémentaire 49
2.1.2.
Du pouvoir d'arrêt collisionnel au coefficient fluence-dose pour
les particules chargées lourdes............................................ 53
2.2.
Particules chargées lourdes.................... 58
2.2.1.
Expression opérationnelle de la formule de Bethe et paramètres
influents.
58
2.2.2.
Applications numériques, propriétés et ordres de grandeur 60
2.2.3.
Mise en œuvre de la formule de Bethe sur le parcours
de la particule et profil de dose........................................... 67
2.2.4.
De l'intérêt majeur de la connaissance du parcours. Quelques
applications variées 71
2.3.
Cas des particules chargées légères (électrons, positons)........................ 74
2.3.1.
Différences et analogies avec les particules chargées lourdes.... 74
2.3.2.
Rayonnement de freinage (Bremsstrahlung) et pouvoir d'arrêt
radiatif........................................................................... 79
2.3.3.
Pouvoirs d'arrêt et coefficients fluence-dose pour les électrons.. 82
2.4.
Présentation de l'outil « IRM et dose particules chargées.xls » 93
2.4.1.
Présentation générale.. 93
2.4.2.
Point particuliers, option du tableur 94
2.4.3.
Présentation des résultats 95
Chapitre 3
: Doses générées par les photons gamma
3.1.
Le caractère indirectement ionisant du photon. Approche simplifiée........ 99
3.1.1.
Caractères « aléatoire» et « indirectement ionisant»
de l'interaction photon-matière 99
3.1.2.
Énergie transférée et concept de kerma 100
3.2.
Concept de coefficient d'atténuation en fluence 101
3.2.1
. Caractère probabi 1iste de l'interaction photon-matière
et coefficient d'attenuation linéique 102
3.2.2.
Cas de la cible épaisse. Interprétations statistique et probabiliste 105
3.2.3.
Taux volumique d'interaction et émergence du coefficient
fluence-kerma............ 117
3.2.4.
Approche dimensionnelle du coefficient de conversion
fluence-kerma.................................................................. 119
3.2.5.
Coefficients d'atténuation massique et sections efficaces
électroniques........................................................ 119
3.3.
Aspects qualitatifs de l'interaction photon-matière............................... 122
3.3.1
. Les trois effets d' interaction photons-matières......................... 122
3.3.2.
Bilans énergétiques et coefficients de transfert en energie......... 126
3.3.3.
Coefficient de conversion fi uence photon-kerma 131
3.3.4.
Notion d'équilibre électronique........................................... 135
3.3.5.
Évolution de dose et de kerma à l'interface de 2 matériaux ...... 140
3.3.6.
Rendement de Conversion fluence photon-fluence électron
à l'equilibre électronique 143
3.3.7.
Composante diffusé et contribution à la dose......................... 144
3.4.
Présentation tableur « IRM photon» 144
Chapitre 4
: Interaction neutron-matière et dose associée
4.1.
Généralités sur l'interaction neutron-matière 153
4.1.1.
Caractère probabiliste de l'interaction neutron-matière............ 153
4.1.2.
Caractère indirectement ionisant 155
4.1.3.
Formalisation du caractère probabiliste et concept de section
efficace macroscopique..................................................... 159
4.1.4.
Prise en compte de diverses réactions nucléaires dans un milieu
composé.
... ..... .. ....... .. 161
4.1.5.
Principe de Determination des coefficients fluence-kerma pour
les neutrons..................................................................... 166
4.2.
Réactions provoquées par les neutrons 167
4.2.1.
Réactions de diffusions et calcul du coefficient fluence-kerma.. 167
4.2.2.
Les réactions d'absorption 178
4.3.
Application: calcul de dose neutron dans un matériau équivalent tissus .. 190
4.3.1.
Réactions neutroniques prépondérantes 190
Chapitre 5
: Effets biologiques, grandeurs de protection et grandeurs
opérationnelles
5.1.
Introduction générale. Effets biologiques des rayonnements ionisants 195
5.2.
Effets déterministes 198
5.2.1.
Mécanismes principaux 198
5.2.2.
Les irradiations globales, echelle des effets 199
5.2.3.
Les irradiations localisées 199
5.3.
Effets stochastiques et concept de détriment radiologique 200
5.3.1.
Effets biologiques à faibles doses 200
5.3.2.
Concept de détriment radiologique.. 202
5.4.
Grandeurs de protection 205
5.4.1.
Du détriment radiologique à la dose efficace 205
5.4.2.
Concept de dose équivalente par organe 205
5.4.3.
Champ d'application de la dose efficace (C1PR 103) et limitations 213
5.4.4.
Limites de dose efficace et de dose équivalente...................... 214
5.5.
Grandeurs opérationnelles. Concept d'équivalent de dose 216
5.5.1.
Objectifs des grandeurs opérationnelles................................ 216
5.5.2.
Determination des coefficients de conversion fluence-équivalent
de dose. 219
5.5.3.
Facteur de qualité Q versus facteur de pondération des
rayonnements WR 226
5.6.
Coefficients fluence-équivalent de dose normalisés 227
5.6.1.
Électron 227
5.6.2.
Photons 230
5.6.3.
Neutrons 235
Chapitre 6
: Relations dose-activité
6.1.
Relation débit de dose gamma-activité 242
6.1.1.
De l'activité vers la dose. Principe 242
6.1.2.
Spectre d'émission gamma d'un radionucléide 243
6.1.3.
Calcul du débit de fluence à une distance donnée (hors
atténuation) 245
6.1.4.
Calcul de débit de dose par mise en œuvre des coefficients
de conversion.................................................................. 246
6.1.5.
Lois en distance. Angle solide. Erreurs d'estimation... 249
6.1.6.
Atténuation en ligne droite et diffusion (build-up) dans les écrans 256
6.1.7.
Présentation du tableur DOSIMEX-G... 265
6.2.
Relation débit de dose bêta-activité 269
6.2.1.
Analogies et différences par rapport au calcul de la dose photon 269
6.2.2.
Caractéristiques essentielles des spectres bêta et électron
de conversion.................................................................. 273
6.2.3.
Calcul de « coin de table» sur un spectre non atténué 274
6.2.4.
Profil de dose bêta 278
6.2.5.
Dose organe peau........................................... 280
6.2.6.
Présentation du tableur DOSIMEX-B 281
6.3.
Relation débit de dose neutron-activité 283
6.3.1.
Principe....... 283
6.3.2.
Le hasard à l'œuvre dans un code Monte-Carlo pour les neutrons 285
6.3.3.
Présentation du tableur DOSIMEX-N et résultats principaux 289
6.3.4.
Validation Code DOSIMEX-N 293
6.4.
Exposition interne 293
6.4.1.
Préambule...................................................................... 293
6.4.2.
L'établissement des facteurs de conversion.... 294
6.4.3.
Utilisation des DPUI et présentation du tableur DOSIMEX-I...... 304
6.4.4.
Exemples d'application et limites d'utilisation 315
6.4.5.
Introduction 325
6.4.6.
Dosimétrie physique......................................................... 326
6.4.7.
Dosimétrie biologique 335
6.4.8
Indicateurs biologiques des dommages radio-induits 336
6.4.9.
La dosimétrie clinique 338
Bibliographie........................................................................................ 343
