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Radioprotection.
L'un
des principes fondamentaux de la radioprotection,liés à la source et
quelle que soit la situation, est la justification : les sources de
rayonnements ionisants ne doivent pas être utilisées s'ils existe
d'autres alternatives ( par exemple, pas de radiographie si des
résultats similaires sont obtenus par échographie ) ; de plus les
sources radioactives sont maintenant interdites dans les produits de la
vie courante. Dans le cas des analyses médicales, c'est au médecin de
faire la balance entre le bénéfice et le risque : le bénéfice que le
patient retire de l'examen doit être supérieur au risque
radiologique.
La radioactivité a est généralement interdite en médecine. Les radioactivités ß- et ß+ avec émission g sont utilisés soit à des fins de diagnostic, soit de thérapie.
On utilise le phosphore 32 comme traceur radioactif ß- dans la détection de certaines tumeurs. Son temps de demi-vie est t½=
14,2 jours. La désintégration du phosphore 32 laisse le noyau fils dans
un état excité, qui retourne à l'état fondamental en émettant un photon
gamma d'une énergie de 142,7 keV. Les préparations cellulaires marquées
au phosphore 32 ont une activité initiale de 5,92 1010 Bq.
Quels sont les noms, les formules et les risques associés des radioactivités a, ß- et ß+ ?
a : noyau d'hélium 42He, assez massive, elle pénètre peu la matière mais très ionisant du fait de sa charge.
ß- : électron : 0-1e, beaucoup plus pénétrant que les rayons alpha.
ß- : positon : 01e, beaucoup plus pénétrant que les rayons alpha.
Ecrire l'équation nucléaire associée au retour à l'état fondamental du noyau fils. Justifier.
3215P* ---> 3215P +00g.
La charge et le nombre de nucléons sont conservés.
Rappeler l'expression de l'énergie de rayonnement et en déduire la fréquence de ce rayonnement.
E = h v ; v = E/ h = 142,7 103 *1,6 10-19 / (6,62 10-34)=3,45 1019 Hz.
On ne laisse sortir un patient irradié par du phosphore 32 que lorsque son activité est égale à 1 % de sa valeur initiale. Estimer la durée d'hospitalisation.
A = 0,01 A0 = A0 exp (-l t) avec l = ln 2 / t½ =ln2 / 14,2 =4,8813 10-2 j-1.
ln 0,01 = -l t = -4,8813 10-2 t ; t ~94 j.
Il faut une couche de plomb d'épaisseur e = 4 mm pour diminuer de moitié le rayonnement g produit. Le patient est placé dans une enceinte de plomb d'épaisseur 4 cm.
Calculer le pourcentage de rayonnement transmis à l'extérieur et susceptible d'irradier l'examinateur.
Loi de l'atténuation d'un faisceau
monochromatique par un objet de densité
uniforme :
I = I0 exp
(-µL)
I0 : flux de rayons X incident ; I
:flux de rayons X sortant ; µ : coefficient
d'atténuation linéique du milieu ; L
: épaisseur du milieu traversé.
0,5I0 = I0 exp(-µ*4) ; ln 0,5 = -4 µ ; µ = 0,173 mm-1.
I = I0 exp(-0,173 *40) =9,77 10-4 I0 ; I / I0 = 9,77 10-4 ( ~0,1 % )
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Echographie.
On
utilise une sonde qui fait en même temps office d'émetteur et de
récepteurs d'ultrasons. On admet que les dimensions des détails
observés en échographie sont de l'ordre de grandeur de la longueur
d'onde des ultrasons utilisés. Les gammes de fréquences possibles sont
f1 : autour de 2,0 MHz pour les organes profonds. ( On prendra f1 = 2,0 MHz).
f2 : autour de 6,0 MHz pour les petits organes et la pédiatrie. ( On prendra f2 = 6,0 MHz).
f3 : autour de 15 MHz pour l'ophtalmologie. ( On prendra f3 = 15 MHz).
Les célérités des ondes ultrasonores sont de 340 m/s dans l'air et 1500 m/s dans le corps humain.
Pour les trois fréquences, calculer les longueurs d'onde dans le corps humain. En déduire les dimensions respectives d1, d2 et d3 des détails que l'on peut observer.
l1 =d1= v / f1 =1500 / (2,0 106)=7,5 10-4 m = 0,75 mm.
l2 =d2= v / f2 =1500 / (6,0 106)=2,5 10-4 m = 0,25 mm.
l3 =d3= v / f3 =1500 / (15 106)=1,0 10-4 m = 0,10 mm.
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La
limite de l'observation se produit lorsque l'intensité ultrasonore
reçue après réflexion, est la moitié de l'intensité émise. Soit D la
distance parcourue par l'onde lorsque l'intensité de l'onde ultrasonore
reçue est la moitié de l'intensité de l'onde émise. Par ailleurs si on
multiplie la fréquence f utilisée par un nombre k, la distance
parcourue est divisée par k2. Pour f1 on a D1 = 6,0 m.
Quelle est la profondeur sondée, notée h1 pour la fréquence f1 ?
h1 =½D1 = 3,0 m.
Quelle sont les profondeurs sondées pour les fréquence f2 et f3 ?
h2 = h1 / 32 =0,33m = 33 cm.
h3 = h1 / 7,52 =0,053 m ~ 5,3 cm.
Expliquer pourquoi f3 ne convient pas pour l'observation d'un organe profond.
Un organe profond est situé à une distance supérieure à 5,3 cm de la sonde. On ne pourra donc pas en observer les détails.
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