Pr. S.SECK –

GASSAMA

GENERALITES SUR LES

RAYONNEMENTS

La terre et les êtres vivants qui la

peuplent sont exposés de façon continue

ou discontinue à différents types de

rayonnements.

Pour comprendre les actions de ces

rayonnements et leurs utilisations, il est

nécessaire d’en connaître la nature et les

propriétés physiques

INTRODUCTION

ORIGINES DE L’IRRADIATION

HUMAINE

Naturelle : 2,4 mSv/an Cosmique et tellurique

Interne ++ (14C,40K,222Rn)

Externe + (238U,232Th,235Ac)

Artificielle : 1,1 mSv/an Médicale

Externe ++ (RX, Rg)

Interne + (med nucléaire)

Autres applications

RADIOACTIVITÉ NATURELLE

238 U

235Ac

232 Th

40K

14C

3H

p, n, g

IRRADIATION ARTIFICIELLE MEDICALE

PANORAMIQUE DENTAIRE

RX POUMONS SCANNER HELICOÏDAL

SCINTIGRAPHIE

THYROIDIENNE

SCINTIGRAPHIE

PULMONAIRE

RADIOTHERAPIE

CUTANEE

AUTRES CAUSES D’IRRADIATION

ARTIFICIELLE

Irradiation alimentaire

IRRADIATEUR GAMMA

AUTRES CAUSES D’IRRADIATION

ARTIFICIELLE

Agriculture et santé animale

Programmes énergétiques Recherche fondamentale

mouche tsé-tsé

Lucilie bouchère

STÉRILISATION

Dispositifs médicaux

Emballage

Équipements de

laboratoire

cosmétiques et

produits

pharmaceutiques

Essais

microbiologiques

APPLICATIONS INDUSTRIELLES

Irradiation des

pierres précieuses

Inspection des

structures en béton,

en métal

Rayonnement :

propagation de l’énergie dans l’espace suivant

un rayon déterminant la direction de

propagation

Présente un double aspect corpusculaire et

ondulatoire

DÉFINITION DES RAYONNEMENTS

Selon la nature physique

Rayonnements électromagnétiques (REM)

Rayonnements particulaires

Selon les effets sur la matière

Rayonnements ionisants (RI)

Rayonnements non ionisants (RNI)

CLASSIFICATION DES RADIATIONS

RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES

(REM)

1- Nature :

Toujours émis à partir de la matière (noyau ou

électrons)

2- Aspect ondulatoire

Onde électromagnétique :

champ électrique

et champ magnétique

perpendiculaires entre eux et perpendiculaires

à la direction de propagation

Caractéristiques de l’onde EM

Fréquence n (Hz) = 1/T

nombre d’oscillations (cycle)/s

Période T(s) : temps d’un cycle

Longueur d’onde l(m) = cT =c/n

distance parcourue pendant 1 cycle

Nombre d’ondes n = 1/l

nb cycles par unité de longueur

Energie E = hn = hc/l (J)

h : cte de Planck = 6,62 10 -34J.s

RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES

(REM)

RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES

(REM)

Spectre EM :

classification en

fonction de E , l ou n

RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES

(REM)

Ondes radio : Faible E, grande l

Ne sont pas des ondes sonores

Micro-ondes

Principe du four

micro-ondes :

Utilisent une fréquence qui fait vibrer les molécules d’eau dans les aliments, et donc les chauffent et les cuisent

RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES

(REM)

Infra-rouges : Émis par les corps chauds

Lumière visible :

rouge, orange, jaune, vert, bleu, violet

Instruments d’optique : lentilles, prismes

Ultra-violets (UV) :

UVA: 320 – 400 nm

UVB: 290 – 320 nm

UVC: <280 nm arrêtés par ozone stratosphérique

RAYONNEMENTS

ELECTROMAGNETIQUES (REM)

Rayons X (RX) :

mode de production usuel : bombardement d’une cible métallique par un fx d’électrons

Radiographies, Tomographies

Rayons g , émis par les noyaux radioactifs, très énergétiques et très pénétrants, utiles en médecine nucléaire et radiothérapie

Rayons cosmiques : très courtes longueurs d’ondes et très grandes énergies

3- Aspect corpusculaire :

échanges d’énergie (absorption, émission) entre rayt et matière par qtés discontinues, multiples d’une qté élémentaire : le quantum

Pour Einstein :

Quantum : grain d’énergie : photon

Corpuscule sans support matériel,

particule immatérielle

Sans existence au repos

Masse dynamique : E = mc2 = hc /l

m = h / lc

RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES

(REM)

RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES

(REM)

1- Nature

Particules matérielles, masse au repos m0 non nulle

2- Aspect corpusculaire

Caractéristiques

m0 (1 uma = 1,66 10 -24g)

Masse en mouvement : m

Particules non relativistes (neutrons, protons …) m = m0

particules relativistes (neutrinos)

m = m0

(1 – v2/c2)1/2

RAYONNEMENTS PARTICULAIRES

2- Aspect corpusculaire

Caractéristiques

Vitesse v

Impulsion (qté de mvt) : p = mv

Charge électrique e (positive, négative ou nulle)

Energie E = E0 + T

E0 : m0c2 (énergie de masse) (1uma : 931,478MeV)

T: énergie cinétique

particules non relativistes T = ½ mv2,

particules relativistes T = mc2 – m0c2

RAYONNEMENTS PARTICULAIRES

Modèle standard :

12 particules élémentaires (fermions)+ 12 antiparticules

4 Interactions fondamentales Gravitationnelle

Électromagnétique

Faible

forte

12 Particules messagères permettant les interactions

.

RAYONNEMENTS PARTICULAIRES

RAYONNEMENTS PARTICULAIRES

FERMIONS

6 Leptons (solitaires)

3 leptons porteurs de charge

3 leptons neutres (neutrinos)

Peuvent exister isolément

6 Quarks : (groupes)

3 paires (Up-Down, Charm-Strange, Top-Bottom)

N’existent qu’en groupe : les hadrons : Baryons (UUD,UDD)

Mésons (quark + antiquark)

INTERACTIONS FONDAMENTALES

faible intensité

longue portée (1/r2)

négligeable à l’échelle atomique

intense (x 1037)

longue portée (1/r2)

intense (x 1025)

courte portée

intense (x 1039)

très courte portée

Modèle standard :

12 bosons élémentaires : particules "de

rayonnement" véhiculant les interactions

fondamentales :

8 GLUONS qui véhiculent l'interaction forte ;

3 BOSONS : W+, W - et Z0 qui véhiculent l'interaction

faible ;

le PHOTON qui véhicule l'interaction

électromagnétique.

RAYONNEMENTS PARTICULAIRES

RAYONNEMENTS PARTICULAIRES

RAYONNEMENTS PARTICULAIRES

Famille de

constituants

3 familles de 4

constituants

Toute la matière

visible dans

l’Univers appartient

à la 1ère famille

RAYONNEMENTS PARTICULAIRES

3- Aspect ondulatoire A toute particule en mouvement est associée une onde

onde de De Broglie l = h/p = h/mv

Équation de Schrödinger :

Probabilité de présence

Vitesse

Position

Énergie Principe d’incertitude d’Heisenberg

Impossibilité de la détermination précise et simultanée de la vitesse et de la position (hibou quantique)

RAYONNEMENTS IONISANTS

Radiations ionisantes

E (> 13,6 eV) suffisante pour créer une ionisation

Directement ionisantes : particules chargées

Indirectement ionisantes : REM, neutrons

Effets biologiques des radiations ionisantes : Radiobiologie

Accidents stochastiques, aléatoires : mutations, cancers

Accidents déterministes, obligatoires

Radiations non ionisantes

E (< 13,6 eV) insuffisante pour provoquer ionisation des atomes d’importance biologique (C,H,O,N),

Ondes radio-électriques, Infra-rouges, Visibles, Ultra-violets

Effets biologiques (Photobiologie)

UV : effets germicides, oculaires, et cutanés

(bronzage -synthèse Vit D, cancer peau), photothérapie

RAYONNEMENTS NON IONISANTS

Effets biologiques (Photobiologie)

Visibles : vision, photosynthèse,

photopériodisme, bioluminescence

Infra-rouges : effets thermiques

RAYONNEMENTS NON IONISANTS