GENERALITES SUR LES RAYONNEMENTS. Pr. S.SECK GASSAMA

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1 GENERALITES SUR LES RAYONNEMENTS Pr. S.SECK GASSAMA

2 INTRODUCTION 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

3 ORIGINES DE L IRRADIATION HUMAINE Naturelle : 2,4 msv/an Cosmique et tellurique Interne ++ ( 14 C, 40 K, 222 Rn) Externe + ( 238 U, 232 Th, 235 Ac) Artificielle : 1,1 msv/an Médicale Externe ++ (RX, Rg) Interne + (med nucléaire) Autres applications

4 RADIOACTIVITÉ NATURELLE p, n, g 238 U 235 Ac 232 Th 40 K 14 C 3 H

5 IRRADIATION ARTIFICIELLE MEDICALE PANORAMIQUE DENTAIRE RX POUMONS SCANNER HELICOÏDAL SCINTIGRAPHIE THYROIDIENNE SCINTIGRAPHIE PULMONAIRE RADIOTHERAPIE CUTANEE

6 AUTRES CAUSES D IRRADIATION ARTIFICIELLE Irradiation alimentaire

7 IRRADIATEUR GAMMA

8 AUTRES CAUSES D IRRADIATION ARTIFICIELLE Agriculture et santé animale Lucilie bouchère mouche tsé-tsé Programmes énergétiques Recherche fondamentale

9 STÉRILISATION Dispositifs médicaux Emballage Équipements de laboratoire cosmétiques et produits pharmaceutiques Essais microbiologiques

10 APPLICATIONS INDUSTRIELLES Irradiation des pierres précieuses Inspection des structures en béton, en métal

11 DÉFINITION DES RAYONNEMENTS Rayonnement : propagation de l énergie dans l espace suivant un rayon déterminant la direction de propagation Présente un double aspect corpusculaire et ondulatoire

12 CLASSIFICATION DES RADIATIONS Selon la nature physique Rayonnements électromagnétiques (REM) Rayonnements particulaires Selon les effets sur la matière Rayonnements ionisants (RI) Rayonnements non ionisants (RNI)

13 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

14 RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES (REM) 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, J.s

15 RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES (REM) Spectre EM : classification en fonction de E, l ou n

16 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

17 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: nm UVB: nm UVC: <280 nm arrêtés par ozone stratosphérique

18 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

19 RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES (REM) 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 = mc 2 = hc /l m = h / lc

20 RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES (REM)

21 RAYONNEMENTS PARTICULAIRES 1- Nature Particules matérielles, masse au repos m 0 non nulle 2- Aspect corpusculaire Caractéristiques m 0 (1 uma = 1, g) Masse en mouvement : m Particules non relativistes (neutrons, protons ) m = m 0 particules relativistes (neutrinos) m = m 0 (1 v 2 /c 2 ) 1/2

22 RAYONNEMENTS PARTICULAIRES 2- Aspect corpusculaire Caractéristiques Vitesse v Impulsion (qté de mvt) : p = mv Charge électrique e (positive, négative ou nulle) Energie E = E 0 + T E 0 : m 0 c 2 (énergie de masse) (1uma : 931,478MeV) T: énergie cinétique particules non relativistes T = ½ mv 2, particules relativistes T = mc 2 m 0 c 2

23 RAYONNEMENTS PARTICULAIRES Modèle standard : 12 particules élémentaires (fermions)+ 12 antiparticules 4 Interactions fondamentales Gravitationnelle Électromagnétique Faible forte 12 Particules messagères permettant les interactions

24 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)

25 INTERACTIONS FONDAMENTALES faible intensité longue portée (1/r 2 ) négligeable à l échelle atomique intense (x ) courte portée intense (x ) longue portée (1/r 2 ) intense (x ) très courte portée

26 RAYONNEMENTS PARTICULAIRES Modèle standard : 12 bosons élémentaires : particules "de rayonnement" véhiculant les interactions fondamentales : 8 GLUONS qui véhiculent l'interaction forte ; 3 BOSONS : W +, W - et Z 0 qui véhiculent l'interaction faible ; le PHOTON qui véhicule l'interaction électromagnétique.

27 RAYONNEMENTS PARTICULAIRES

28 RAYONNEMENTS PARTICULAIRES Famille de constituants 3 familles de 4 constituants Toute la matière visible dans l Univers appartient à la 1 ère famille

29 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)

30 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

31 RAYONNEMENTS NON IONISANTS 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

32 RAYONNEMENTS NON IONISANTS Effets biologiques (Photobiologie) Visibles : vision, photosynthèse, photopériodisme, bioluminescence Infra-rouges : effets thermiques

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