On donne c = 3,00 108 unité SI ; h = 6,62 10-34 J s ; 1 eV = 1,60 10-19 J ; indice du verre n = 1,50 ; indice de l'air : n = 1,00.
La thermographie.
La thermographie permet de mettre en évidence les différences de
température au niveau de la peau du corps humain. Lors de cet examen,
un rayonnement de fréquence v =3,22 1013 Hz et de longueur d'onde l est émis par le corps humain et capté par le système de détection de l'appareil.
Rappeler
les longueurs d'onde ( en mètre ) qui délimitent le domaine visible par
l'oeil dans le vide. Calculer les fréquences associées.
lviolet = 400 nm = 4,00 10-9 m ; v = 3,00 108 / 4,00 10-9 =7,50 1016 Hz.
lrouge = 800 nm = 8,00 10-9 m ; v = 3,00 108 / 8,00 10-9 =3,75 1016 Hz.
Lors de cet examen, calculer la longueur d'onde l du rayonnement émis. A quel domaine appartient-il ?
l = c / v = 3,00 108 /3,22 1013 =9,32 10-6 m ( domainne IR )
Calculer l'énergie émise en J et en eV.
E = h v = 6,62 10-34 *3,22 1013 =2,14 10-20 J
2,14 10-20 / 1,60 10-19 = 0,133 eV.
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Cette même onde traverse mainteant un bloc de verre.
Déterminer ses nouveaux paramètres dans le verre, fréquence, énergie, célérité et longueur d'onde.
La fréquence et l'énergie ne sont pas modifiées.
Célérité v = c / n = 3,00 108 / 1,5 = 2,00 108 m/s.
Longueur d'onde : l = v / v =2,00 108 / 3,22 1013 =6,21 10-6 m.
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La radiographie.
Lors d'une radiographie, un faisceau de rayons X traverse le corps du
patient. Plus les rayons X impressionnent la plaque photographique
située derrière le patient et plus celle-ci noircira. Sur un cliché
radiographique les os apparaissent en blanc et les poumons apparaissent
en noir. La longueur d'onde l0 dans le vide de ces rayons X est de l'ordre de 3,00 10-2 nm.
Calculer la fréquence associée, puis l'énergie en J et eV.
v = c / l0 = 3,00 108 / 3,00 10-11 =1019 Hz.
E = E = h v = 6,62 10-34 * 1019 ~6,6 10-15 J
6,6 10-15 / 1,60 10-19 = 4 104 eV.
Justifier pourquoi les os apparaissent blanc et les poumons noirs sur le cliché.
Les os absorbent les rayons X, ceux-ci ne peuvent donc pas impressionner la plaque.
Les poumons n'absorbent pas les RX, ces derniers peuvent impressionner la plaque.
La scintigraphie.
On
utilise de l'iode 131 qui par désexcitation émet un rayonnement gamma
qui traverse les tissus et peut donc être détecté à l'extérieur de
l'organisme par une gamma caméra durant plusieurs heures ou plusieurs
jours. On injecte à un patient un échantillon d'iode 131 de temps de
demi-vie égal à 8 jours environ. Ce traceur est choisi parce que son
activité décroît rapidement. L'énergie émise par une onde est de
l'ordre de 10 MeV.
Qu'est ce que la demi-vie radioactive ?
La demi-vie est la durée au bout de laquelle l'activité initiale de l'échantillon est divisée par 2.
Au bout de quelle durée la population initiale sera-t-elle divisée par 8 ?
A chaque demi-vie la population de départ est divisée par 2 ; 8 = 23 ; au bout de 3 demi-vie ( 8*3 = 24 jours ) l'activité initiale sera divisée par 8.
La radiothérapie.
La
radioactivité est utilisée dans le traitement des tumeurs et des
cancers. Le principe consiste à bombarder une tumeur avec le
rayonnement ß- émis par le cobalt 60. Le cobalt 6027Co est émetteur ß- de constante radioactive l = 4,00 10-9 s-1. On donne 25Mn ; 26Fe ; 27Co; 28Ni ; 29Cu.
Ecrire et justifier l'équation de désintégration du cobalt 60. Quelle est la particule émise ?
6027Co ---> AZX + 0-1e.
Conservation de la charge : 27 = Z-1 d'où Z = 28 ( élément nickel )
Conservation du nombre de nucléons : 60 = A +0 d'où A = 60.
6027Co ---> 6028Ni + 0-1e.
Calculer la demi-vie radioactive du cobalt 60.
t½ = ln2 / l = ln2 / 4,00 10-9 = 1,73 108 s.
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Analyse.
De combien d'ordre de grandeur sont séparées les énergies émises lors d'une thermographie et d'une radiothérapie ?
Thermographie : 0,13 eV.
Radiothérapie : 4 104 eV.
4 104 / 0,13 ~ 3 105.
L'énergie émise lors d'une radiographie est 3 105 fois plus grande que celle émise dans un thermographie.
Quelle précaution d'usage faut-il prendre lors d'une radiographie ?
L'opérateur doit se protéger des rayons X. Quelques centimètres de plomb absorbent ce rayonnement.
Quel est le grand avantage de la scintigraphie par rapport à la radiographie lors d'un examen ?
La radiographie ne détecte que les élements"durs" ( les os ), alors que la
scintigraphie permet de visualiser le fonctionnement des organes "mous".
Pourquoi choisi t-on des éléments dont l'activité décroît rapidement lors d'une scintigraphie ?
Un radioélément émet des rayons des rayonnements dangereux pour la
matière vivante. Lorsque l'examen est terminé, l'activité du
radioélément utilisé doit donc décroître rapidement.
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