La dosimétrie. Dosimétrie interne. Principales grandeurs dosimétriques Dosimétrie externe. Les dosimètres. I. Les différentes expositions II. III. IV.

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1 La dosimétrie I. Les différentes expositions II. III. IV. Principales grandeurs dosimétriques Dosimétrie externe Dosimétrie interne V. Mesure des doses de rayonnements Les dosimètres

2 III - Dosimétrie externe Mesure de la dose absorbée D Rayonnements particulaires directement ionisants : Particules a, électrons Rayonnements indirectement ionisants: Rayons X et g neutrons

3 1 - Rayonnements particulaires directement ionisants Particules chargées Les interactions: Interaction par collision avec les électrons de la matière ionisations des atomes. La densité d énergie déposée est maximale sur la fin de leur parcours Interaction par freinage avec le champ coulombien du noyau Cas des particules légères de haute énergie (e -, b - ) dans des milieux à Z élevé.

4 Particules chargées légères e -, b - Le transfert linéique d énergie (TLE) Energie moyenne transférée par les électrons à la matière par unité de longueur de la trajectoire parcourue Le parcours Longueur réelle de la trajectoire de l électron La portée Profondeur maximale atteinte par les électrons dans un milieu considéré

5 parcours faisceau d électrons portée Formule empirique de la portée (Katz et Penfold): n 0,412 E R avec n = 1,265 0,0954 ln E R = portée en cm E = énergie des électrons en MeV = masse volumique du matériau en g.cm -3

6 Exemple : électrons ayant une énergie de 1,7 MeV Portée n = 1,265-0,0954 ln 1,7 = 1,214 Dans l air ( = 1, g.cm -3 ) R air = 0,412 x 1,7 1,214 / 1, = 604 cm Dans l eau ( = 1 g.cm -3 ) R eau = 0,412 x 1,7 1,214 / 1 = 0,78 cm Parcours dans l eau: TLE = 1,75 MeV.cm -1 Parcours moyen p = E / TLE = 1,7 / 1,75 = 0,97 cm

7 Particules chargées lourdes: rayonnements a Trajectoire rectiligne et très courte portée = parcours Radionucléide 232 Th 210 Po 218 Po 212 Po E a (MeV) 4,2 5,3 6 8,8 R (cm) dans l air 2,6 3,8 4,6 8,6 R (mm) dans l eau Dans l air : R 0,32.E 3/2 E en MeV et R en cm

8 2 - Rayonnements indirectement ionisants a) Les rayons X et g Atténuation dans la matière d un flux de photons: = 0 e -mx

9 L énergie absorbée E a responsable des effets biologiques est l énergie cédée à la matière par les électrons secondaires le long de leur trajectoire hn diffusé hn P électron secondaire Transfert d énergie Absorption d énergie par la matière E a E (hn)

10 Photons X et g Energie absorbée et Energie diffusée dans les tissus en exposition externe

11 E a et E d lors des 3 effets - Effet photoélectrique hn E c (e - ) + (hn) F E a hn - Effet Compton hn E c (e - ) + hn absorbé diffusé - Effet de matérialisation hn E c (e - ) + E c (e + ) + 2 x 0,511 MeV absorbé 2 photons diffusé

12 2 - Rayonnements indirectement ionisants b) Particules non chargées: les neutrons La dosimétrie des neutrons est difficile en raison de la diversité de leurs interactions selon leur énergie et selon le milieu. Les neutrons interagissent avec les noyaux: diffusion élastique protons de recul (H) inélastique capture Rn (n, g) : capture radiative Rn (n, p) ou Rn (n, a) Fission nucléaire

13 III - Dosimétrie interne Pas de mesure directe calcul Organes cibles critiques : Iode thyroïde Durée de l irradiation : T e = période effective T 1 e T 1 T 1 ph bio Dose reçue par un organe fonction de T e, de l activité, de la nature et l énergie des rayonnements émis

14 IV- Mesure des doses de rayonnements Permet d apprécier le dommage Les Dosimètres Surveillance de l exposition externe Dosimètres passifs Dosimètres actifs Calcul de la dose engagée En cas de contamination interne Ensemble des doses au tissus jusqu à leur élimination complète

15 Dosimètres passifs Lecture différée Film dosimètre (photographique) Détecteur à luminescence stimulée Dosimètre thermoluminescent (TLD) Dosimètre à luminescence par stimulation optique (OSL) Dosimétrie individuelle

16 Film dosimètre Dosimétrie individuelle Rayonnements détectés: b E > 100 kev RX, Rg E > 20 kev

17 Les détecteurs à luminescence retardée bande de conduction bande interdite e - DE + DE e - émission lumineuse irradiation bande de valence excitation lecture luminescence Lecture par : - chauffage thermoluminescent (TLD) - impulsion IR stimulation optique (OSL)

18 Dosimètre thermoluminescent (TLD) Luminescence stimulée optiquement (OSL) Le plus utilisé: LiF Bague dosimètre Rayonnements détectés: b, RX, Rg E > 20 kev Rayonnements détectés: b E > 150 kev RX, Rg E > 5 kev

19 Dosimètres actifs Lecture directe de la dose reçue Dosimètre à gaz : chambre d ionisation dosimètre d ambiance Dosimètre à semi-conducteurs dosimètre individuelle opérationnelle Détecteur à scintillation

20 Détecteurs à gaz L amplitude du signal dépend de l énergie du rayonnement absorbée. Rayonnements détectés: b, RX, Rg chambre d ionisation E X,g > quelques kev

21 dosimètre d ambiance dosimètre à la sortie d un tube de RX

22 Les dosimètres à semi-conducteurs semi-conducteur élément détecteur + mémoire morte Système de lecture + Télétransmission Dosimétrie opérationnelle

23 Dosimétrie opérationnelle dosimétrie individuelle

24 La Radioprotection Protection des effets néfastes des rayonnements ionisants I. Les différentes expositions humaines II. III. Protection contre l exposition externe La contamination

25 I Exposition humaine Exposition naturelle Exposition artificielle d origine humaine

26 Exposition naturelle Rayonnement cosmique primaire secondaire Rayonnement terrestre (tellurique) Irradiation externe : 0,46 msv/an 238 U 232 Th 235 U Irradiation interne Inhalation : Radon Ingestion ( 40 K) 0,39 msv/an 1,3 msv/an 0,23 msv/an Au total en France : - Dose efficace: 2,5 msv/an - Débit faible : 0,25 msv/h

27 Cause Total annuel (msv) Montagne (3 500 m) altitude 4,0 Personnel navigant altitude 4,0 Régions à forte radioactivité tellurique Bretagne, massif central, Vosges granite 3,0 Inde, Kerala phosphates 10 Brésil (Espirito Santo) thorium 30 Iran uranium, thorium 100 Valeurs d irradiation annuelle de populations fortement exposées

28 Exposition artificielle Activité nucléaire : négligeable 0,001 msv/an : dose moyenne évaluée due aux rejets réels de l activité nucléaire Activités diverses: Vol long courrier : 5 msv/h 1 semaine à la montagne à 1500 m : 0,01 msv Médecine : Supplément d irradiation de l ordre de 50 % 1,1 msv/an

29 LES COMPOSANTES DE L EXPOSITION HUMAINE Radon : 1,3 msv 37% Rayonnements telluriques : 0,46 msv 13,2 % Autres: 0,01 msv 0,3 % Applications médicales : 1,1 msv 31,3 % Radionucléides de l'organisme : 0,23 msv - 6,5 % Rayonnements cosmiques : 0,39 msv 11,7 %

30 Radioexposition d origine médicale

31 II Protection contre l exposition externe 1. Minimiser le temps d exposition 2. Augmenter la distance avec la source 3. Protection par les écrans

32 1. Minimiser le temps d exposition Le niveau d exposition est directement proportionnel au temps passé près d une source d irradiation. - Optimisation des gestes - Etude préalable à toute intervention.

33 2. La distance rayonnement Trajectoire (maximum) Pouvoir pénétrant Risque externe alpha Air: quelques cm 239 Pu: 5 cm Eau: quelques mm 239 Pu: 5 mm Très faible Limité à la couche morte de la peau béta Air: quelques m 3 H: 5 mm et 32 P: 6 m Eau: quelques mm Limité 3 H: 6mm et 32 P: 8mm Organes superficiels (peau,œil) gamma et X Air: plusieurs dizaines de mètres. Elevé +++ Tissus, organes Organisme entier

34 Protection par la distance Pour les rayonnements directement ionisants (a, b): Parcours fini dans l air Distance supérieure au parcours Pour les rayonnements indirectement ionisants (X, g, n): Peu d atténuation dans l air

35 La distance Cas des photons X et g A partir d une source ponctuelle émettrice de photons X ou g, la dose reçue varie comme l inverse du carré de la distance 1 D 1 proportionnelle à 2 d 1 S D 1 d 1 D 2 d 2 1 D 2 proportionnelle à 2 D1 D 2 d d d 2 D d1 D2.d2

36 3. Les écrans a) Rayonnements X et g Loi d atténuation : D = D 0 e -mx L atténuation par un écran dépend: - de l épaisseur de l écran - de la nature de l écran - de l énergie du rayonnement Utilisation de matériaux de numéro atomique élevé.

37 Le plomb en Radioprotection Coefficient d atténuation m élevé Les photons sont arrêtés en quasi-totalité (effet photoélectrique)

38 Le plomb en Radioprotection E (MeV) Effet prédominant Conséquence hn < 1 Photoélectrique Photon disparaît 1 < hn < 2 Compton hn < 1 MeV photoélectrique Diffusé (hn ) disparaît hn > 2 Matérialisation 2 photons de 0,511 MeV photoélectrique Les 2 photons disparaissent

39 b) Particules b - Facilement arrêtés Attention au rayonnement de freinage: Interaction des b - énergétiques avec un écran de numéro atomique Z élevé. Ecrans : matériau de faible numéro atomique plexiglas, verre, aluminium,.. Pour les émetteurs (b -,g) Protection surtout contre les g A titre d exemple: 1 cm de plexiglas arrête tous les b - d énergie < 2 MeV

40 c) Particules b + Emission secondaire de photons Une source d émetteurs b + se comporte comme une source de photons de 0,511 MeV Protection contre les g

41 Ralentissement d) Les neutrons Chocs élastiques avec noyaux légers (H) neutrons thermiques. Ecrans : H 2 O, paraffine. Atténuation Capture radiative : Rn (n,g) Ecrans : bore, cadnium. émission de photons g radioprotection des g

42 III. La Contamination La contamination corporelle externe La contamination corporelle interne ou exposition interne

43 Interactions des rayonnements ionisants avec un milieu biologique

44 Contamination externe a, b peau g tissus et organes

45 Contamination interne Irradiation interne Rayonnement Exposition externe Exposition interne a inoffensif Le plus nocif b peau Organe cible g Organisme entier Organisme entier

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