|
RAPPELS SURLES RADIATIONSIONISANTES |
|
|
RAPPELS SURLES RADIATIONSIONISANTES |
|
Les rayons X font partie du large spectre des radiations électromagnétiques qui incluent les ultraviolets, la lumière visible, les infrarouges, les ondes radio et électriques. Elles sont constituées de photons, petites particules d'énergie traversant l'espace à la vitesse de la lumière. Deux réactions fondamentales décrivent ces radiations :
C=ln,
où c = vitesse de la lumière, l est la longueur d'onde, et n la fréquence, et
E=ln,
où E = énergie du photon, et h la constante de Planck.
Lorsque l'énergie d'un photon est plus grande que l'énergie de liaison des électrons vis à vis du noyau, l'électron peut être éjecté de son orbite, produisant un cation. L'énergie de liaison des électrons est de l'ordre de 10 eV, et les radiations d'énergie supérieure à 10 eV sont appelées radiations ionisantes.
Processus de déperdition d'énergie
Les mécanismes impliqués dans l'interaction avec les électrons sont de trois types différents selon leur énergie initiale.
Les photons de faible énergie (10 à 100 keV) perdent leur énergie par effet photoélectrique : l'énergie du photon est transféré à un électron d'une orbite interne, qui est expulsé. L'effet biologique est la conséquence du trajet de cet électron.
Entre 100 keV et 10 MeV, les photons perdent leur énergie par effet Compton : le photon incident provoque l'arrachement d'un électron d'une orbite externe, et l'émission d'un photon de moindre énergie pouvant interagir avec les atomes voisins.
Au delà de 1,02 MeV, le photon peut entraîner la production de paires : la collision avec le noyau entraîne l'arrachement d'un électron et d'un positron. Le positron produit deux photons de 0,51MeV, qui se déplacent en sens opposé.
Les accélérateurs et les isotopes radioactifs sont des sources de particules chargées de hautes énergies (électrons) ou de photons. Les particules perdent leur énergie le long de leur trajet, en proportion de leur vitesse, de leur charge et de la densité électronique de leur cible.
 |
| Schéma de l'absorption de l'énergie des rayons X par la matière |
Les neutrons, produits par les réacteurs nucléaires, les accélérateurs de particules, n'ont pas de charge. Mais lors de leur collision avec les atomes d'hydrogène, le noyau emmagasine une grande quantité d'énergie, restituée sous forme de photons de haute énergie, qui peuvent interagir avec les électrons voisins, comme décrits plus hauts. Comme l'effet ionisant est produit près du noyau atteint, les neutrons entraînent des lésions qui peuvent être très localisées.
Transfert linéique d'énergie
Tous les types d'irradiation aboutissent ainsi à une perte d'énergie le long d'un trajet. On définit ainsi un transfert linéique d'énergie qui est la quantité d'énergie perdue par unité de longueur. Le tableau ci-dessous permet de juger des différentes énergies transmises par différents types d'irradiation.Type de radiation |
Transfert linéique d'énergie |
| Photons 60Co (1,2MeV) Rayons X de 200-kEV |
|
| Electrons 1 MeV 100 keV ....10 keV 1 keV |
|
| Particules chargées protons de 2MeV particules alpha de 5MeV carbone de 100 MeV |
|
| Neutrons 2,5 MeV 14 MeV |
|
Plus la perte d'énergie est importante, moins la distance traversée par la particule est grande, et plus la zone traversée va subir d'ionisations. Ainsi, une particule légère très énergétique peut traverser le tissu sans provoquer de collision, et donc sans provoquer d'effet biologique.
Unités de dose d'irradiation
L'unité de dose absorbée est définie par l'énergie perdue par les radiations ionisantes dans une unité de masse de tissu traversé. Ainsi, 1 rad correspond à l'absorption de 100 ergs par gramme. On définit maintenant la dose en gray (Gy) qui correspond à l'absorption d'un joule par kg, et donc à 100 rads. La mesure de la dose absorbée peut s'effectuer par calorimétrie ou dosimétrie de type chimique.
Comme une même dose d'irradiation peut avoir un effet variable selon son coefficient linéique de transfert, on a défini une dose équivalent, qui correspond à la dose absorbée multipliée par un coefficient qualitatif, prenant en compte l'effet plus marqué des rayonnements très énergétiques. L'unité d'irradiation 'équivalent' est le rem (dose exprimée en rads) ou le sievert (dose exprimée en grays). 100 rem font un sievert.
Pour la plupart des énergies habituelles, le coefficient qualitatif est proche de 1, mais pour les énergies à fortes déperditions d'énergie (cf. tableau ci-dessus), le coefficient peut monter jusqu'à 10.
