Radioactivité et applications médicales

Un noyau radioactif se désintègre de façon aléatoire, mais à l'échelle d'un grand nombre de noyaux, la loi est exponentielle. On note N(t) le nombre de noyaux restants à l'instant t, N0 le nombre initial et λ la constante radioactive. La demi-vie T1/2 est le temps au bout duquel la moitié des noyaux initiaux ont disparu. Cette grandeur est caractéristique de chaque radionucléide et permet de choisir un traceur adapté à l'examen.

Les désintégrations émettent des particules alpha (noyaux d'hélium), des électrons bêta ou des photons gamma. Ces rayonnements sont ionisants car ils arrachent des électrons aux atomes du milieu, ce qui peut endommager l'ADN. Leur pouvoir de pénétration varie : les alpha sont arrêtés par une feuille de papier, les bêta par quelques millimètres d'aluminium, les gamma nécessitent du plomb ou du béton. En médecine, on choisit le rayonnement selon la cible et la profondeur à atteindre.

En diagnostic, on injecte un radiotraceur qui se concentre dans un organe et on détecte les photons émis : c'est la scintigraphie ou la TEP. En thérapie, on utilise des rayonnements plus énergétiques pour détruire les cellules tumorales, par radiothérapie externe ou curiethérapie. La radiothérapie interne vectorisée associe un vecteur biologique à un radionucléide. Le choix du radionucléide dépend de sa demi-vie, de son énergie et de sa biodistribution.

Toute exposition médicale doit être justifiée et optimisée : c'est le principe ALARA. On réduit la dose en agissant sur le temps d'exposition, la distance à la source et le blindage. Les travailleurs exposés portent un dosimètre et respectent des limites réglementaires. Pour le patient, le bénéfice diagnostique ou thérapeutique doit dépasser le risque lié aux rayonnements.