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Nature et classificationUn rayonnement ionisant possède suffisamment d’énergie pour arracher des électrons à la matière, créant ainsi des ions. On distingue les rayonnements directement ionisants (particules chargées : alpha, bêta, protons) qui agissent par collisions coulombiennes, et les rayonnements indirectement ionisants (neutrons, photons X et γ) qui transfèrent leur énergie en produisant des particules chargées secondaires. Les photons X proviennent de transitions électroniques, tandis que les photons γ sont émis par le noyau. Les neutrons, non chargés, interagissent par chocs élastiques ou réactions nucléaires. Cette classification est essentielle pour comprendre leurs modes d’interaction avec la matière vivante.
📖 Définition
Rayonnement ionisant : tout rayonnement capable d’ioniser la matière, c’est-à-dire d’arracher un électron à un atome.
📢 Rappel
L’énergie d’ionisation typique d’un atome est de l’ordre de quelques eV à quelques dizaines d’eV.
💡 À retenir : Les rayonnements ionisants sont classés selon leur nature particulaire ou électromagnétique et leur mode d’ionisation direct ou indirect.
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Loi de décroissance exponentielleUn noyau instable se désintègre spontanément en émettant un rayonnement. L’activité A(t), nombre de désintégrations par seconde, suit une loi exponentielle décroissante : A(t) = A₀ e⁻ᵏᵗ, où λ est la constante radioactive. La période (ou demi-vie) T₁/₂ est le temps au bout duquel l’activité est divisée par deux : T₁/₂ = ln 2 / λ. L’unité d’activité est le becquerel (Bq), correspondant à une désintégration par seconde. Cette loi permet de prédire l’évolution d’une source radioactive au cours du temps, notion fondamentale en radioprotection et en médecine nucléaire.
⭐ À retenir
La relation entre période et constante radioactive est T₁/₂ = ln 2 / λ ≈ 0,693 / λ.
🔍 Exemple
L’iode-131 a une période de 8 jours : après 8 jours, son activité est divisée par 2 ; après 16 jours, par 4.
💡 À retenir : L’activité d’une source radioactive décroît exponentiellement avec le temps, selon une constante λ caractéristique du radionucléide.
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Photons dans la matièreLes photons interagissent avec la matière principalement par trois effets. L’effet photoélectrique domine à basse énergie (< 100 keV) : le photon est totalement absorbé et éjecte un électron lié. La diffusion Compton prédomine aux énergies intermédiaires (100 keV – quelques MeV) : le photon cède une partie de son énergie à un électron et est diffusé avec une énergie réduite. La production de paires électron-positon se produit au-delà de 1,022 MeV, le photon disparaissant en créant une paire au voisinage d’un noyau. Ces processus sont à l’origine des dépôts d’énergie dans les tissus biologiques.
📖 Définition
Effet photoélectrique : absorption totale du photon avec éjection d’un électron lié, prépondérant à basse énergie.
📢 Rappel
L’énergie de liaison des électrons de cœur (couche K) est de l’ordre de quelques keV à quelques dizaines de keV selon le numéro atomique.
💡 À retenir : L’effet photoélectrique, la diffusion Compton et la production de paires se succèdent en fonction de l’énergie du photon incident.
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Grandeurs et unitésLa dose absorbée D (en gray, Gy) mesure l’énergie déposée par unité de masse (1 Gy = 1 J/kg). Pour tenir compte de l’efficacité biologique du rayonnement, on définit la dose équivalente H = wR × D (en sievert, Sv), où wR est le facteur de pondération radiologique (1 pour X, γ, β ; 20 pour α). La dose efficace E = Σ wT × HT intègre la radiosensibilité des tissus (wT). On distingue les effets déterministes (obligatoires au-delà d’un seuil) et les effets stochastiques (aléatoires, sans seuil, comme les cancers). La radioprotection vise à maintenir les doses au niveau le plus bas raisonnablement possible.
⭐ À retenir
1 Gy = 1 J/kg ; pour les photons, 1 Gy ≈ 1 Sv car wR = 1.
🔍 Exemple
Un scanner thoracique délivre une dose efficace d’environ 5 à 10 mSv, soit l’équivalent de 2 à 4 ans d’exposition naturelle.
💡 À retenir : La dose efficace E, exprimée en sievert, estime le risque stochastique global d’une exposition aux rayonnements ionisants.