Curs de interacțiune cu materii de radiații ionizante Radioactivitate Predarea cercetării biochimiei
I. Particule încărcate cu lumină: electroni (negatoni - pozitroni)
1. Ionizare și excitație
2. Radiații de frânare
3. Caz special de pozitroni
II. Particule încărcate greu: particule α
III. Transfer liniar de energie: T.L.E.
IV. Traiectoria și cursul particulelor încărcate în materie
1. particule β-
2. Particulele α
3. Concluzie asupra traseului particulelor încărcate
B. Radiația electromagnetică X și γ
I. Cele 3 efecte principale
1. Efectul fotoelectric
2. Efectul sau difuzia Compton
3. Producția de perechi
4. Zona de preponderență a fiecăruia dintre aceste efecte
II. Atenuarea radiațiilor electromagnetice
1. Legea atenuării
2. Stratul de semi-atenuare
3. Tabel rezumat
A. Particule încărcate.
I. Particule încărcate cu lumină: electroni (negatoni sau pozitroni)
| provin din emisiile β-, β + din nucleele radioactive | provin din ionizarea sau excitarea nucleelor țintă |
| sunt electroni pusi in miscare de un accelerator de particule | provin din interacțiunea fotonilor X sau γ cu materia |
1. Ionizare și excitație
Electronii interacționează într-un mod preponderent cu electronii atomilor care constituie mediul încrucișat.
Dacă energia transferată de electronul incident este mai mare decât energia de legare (E> 30 eV) a unui electron din atomul țintă, acesta este expulzat din procesiune și există ionizarea atomului. Electronii atomici în cauză sunt electronii puternic legați ai carcasei K. .
Dacă energia transferată de electronul incident este exact egală cu diferența dintre energiile de legare a 2 straturi electronice ale atomului țintă, un electron al acestui atom sare pe un strat mai puțin legat și există excitație. Electronii atomici în cauză sunt electronii slab legați ai straturilor exterioare.
Ionizările și excitațiile sunt la originea leziunilor biologice radioinduse .
2. Radiații de frânare
Mai rar, electronii interacționează cu nucleii atomilor care constituie mediul traversat.
Electronul incident este deviat în câmpul Coulomb al atomului țintă și această modificare a traiectoriei este însoțită de emisia de radiații X numită radiație de frânare. Acest fenomen se referă doar la electronii cu energii foarte mari (mai mulți MeV) și care trec, de asemenea, printr-un mediu format din atomi grei, adică un mediu dens.
Exemplu: pentru un radionucleid care emite doar β - cum ar fi 32 15P (Eβ- Max = 1,7 MeV), ecranele de plumb trebuie interzise pentru a le proteja împotriva lor.
Deoarece plumbul este extrem de dens, radiația de frânare este crescută. Dimpotrivă, este necesar să se utilizeze un material ușor precum plexiglasul.
3. Caz special de pozitroni
Când pozitronul incident este în repaus, adică când și-a pierdut toată energia inițială, se asociază cu un negaton și aceste 2 particule sunt dematerializate. Aceasta se numește anihilare .
Cu toate acestea, legile conservării energiei arată că acest fenomen de anihilare are ca rezultat 2 raze gamma (2 fotoni γ) emise în direcții opuse și fiecare cu o energie de 511 keV.
Energia echivalentă cu masa de repaus a electronului este: Eelectron = m. c 2
Masa electronului = 0,9 10 -27 g = 0,9 10 -30 kg și c = 3 10 8 m.s -1
prin urmare: Eelectron = 8,1 10 -14 J = 511 keV (din moment ce: 1 eV = 1,6 10 -19 J)
Deoarece un electron original este un negaton și celălalt un pozitron avem o emisie de 2 radiații de energie 511 keV.
Se găsește în unele cărți că anihilarea dă naștere doar unui singur foton gamma .
II. Particule încărcate greu: particule α
Aceștia interacționează în principal cu electronii atomilor țintă, provocând ionizare sau excitație (electronii puși în mișcare se numesc raze δ).
Interacțiunile cu nucleii sunt secundare.
Α particulele au o masă de 4 x 1800 ori mai mare decât cea a electronilor. Ca urmare, fiind mult mai grele, nu sunt supuse radiațiilor de frânare.
III. Transfer liniar de energie (T.L.E.)
Indiferent de mecanismul de interacțiune dintre electronii incidenți și materie, există un transfer de energie de la electron la materie și electronul este încetinit. Experiența arată că transferurile reduse de energie sunt foarte favorizate. Prin urmare, electronul incident trebuie să sufere un număr foarte mare de interacțiuni înainte de a fi oprit.
Această încetinire treptată și continuă se caracterizează printr-o cantitate numită transfer liniar de energie sau T.L.E.: T.L.E. = dE/dx
care traduce energia medie transferată către mediu de către particula (dE) pe unitate de lungime a traseului parcurs (concept dezvoltat cu cel al traseului).
Această definiție indică faptul că cu cât T.L.E. este mare, cu atât mai multă energie este eliberată pe o distanță mică (sau grosimea țesutului).
În țesuturile biologice, deteriorarea este cu atât mai importantă cu cât energia cedată local de particula incidentă este mare.
T.L.E. prin urmare, reflectă direct neplăcerile biologice ale unei radiații date.
IV. Traiectoria și cursul particulelor încărcate în materie
1. particule β -
Traiectoria unui electron într-un mediu dat poate fi foarte sinuoasă, deoarece electronii pot suferi abateri de 180 ° în cazul dispersării înapoi. Ca rezultat, adâncimea maximă atinsă de un electron în direcția inițială a incidentului este mai mică decât lungimea traiectoriei sale.
Această adâncime maximă este ceea ce se numește curs (sau adâncimea de penetrare sau interval). Calea unui electron într-un mediu dat este o funcție a energiei sale și această cale poate fi estimată prin următoarea relație empirică: