Fiche de révision : Radioactivité et rayonnements ionisants

📋 Plan du Cours

1. Rayonnements ionisants et radioactivité
2. Origines et dangers des rayonnements
3. Sources d’exposition aux rayonnements
4. Doses et effets biologiques
5. Applications médicales des RI
6. Imagerie par rayons X et gamma
7. TEP et structure électronique

📖 1. Rayonnements ionisants et radioactivité

🔑 Notions clés & Définitions

• Rayonnement ionisant : Rayonnement dont l’énergie est suffisante pour transformer les atomes traversés en ions, ce qui peut notamment provoquer des ruptures de liaisons dans l’ADN.

★ À maîtriser

• Les principaux rayonnements ionisants particulaires sont:

  • les particules α
  • les ions
  • les neutrons
  • les particules β⁺
  • les protons
  • les particules β⁻

• Lors d’une transformation radioactive, un noyau instable donne naissance à un noyau plus stable en libérant de l’énergie sous forme de rayonnement particulaire, électromagnétique ou des deux.

Compléments

• La transformation du radium-223 en radon-219 s’accompagne de l’émission d’une particule alpha : $^{223}_{88}\mathrm{Ra} \rightarrow ^{219}_{86}\mathrm{Rn} + ^{4}_{2}\alpha$.

💡 Astuce mémo

Particulaire = matière ; électromagnétique = photons

📖 2. Origines et dangers des rayonnements

★ À maîtriser

• La radiosensibilité d’une cellule augmente avec sa capacité de division et diminue avec son degré de différenciation, ce qui rend les cellules souches très radiosensibles.

• L’exposition aux rayonnements ionisants se mesure en sieverts, dont l’unité est notée Sv.

Compléments

• La sensibilité aux rayonnements ionisants varie selon les organismes : les virus sont peu sensibles, tandis que les mammifères sont plus sensibles que les reptiles ou les insectes.

• La formation des planètes, les bombardements météoritiques et l’irradiation cosmique ont contribué à la présence d’éléments ou de noyaux radioactifs sur Terre.

💡 Astuce mémo

Irradiation → lésions de l’ADN → effets biologiques

📖 3. Sources d’exposition aux rayonnements

★ À maîtriser

📌 L’exposition naturelle comprend les rayonnements telluriques, cosmiques et ceux liés à la contamination alimentaire et aérienne, tandis que l’exposition artificielle provient notamment de la médecine, de l’industrie, des centrales, de l’armement et de la recherche.

• L’irradiation cosmique augmente avec l’altitude et elle est plus importante aux pôles qu’à l’équateur en raison du champ magnétique terrestre.

• Le radon provient de la transformation du radium issu de l’uranium, notamment présent dans le granit, et peut être inhalé puis irradier les voies respiratoires lors de sa désintégration.

Compléments

• L’être humain contient en permanence des sources de rayonnements ionisants et a toujours été exposé à la radioactivité naturelle.

💡 Astuce mémo

Tellurique → cosmique → alimentaire et aérienne → artificielle

📖 4. Doses et effets biologiques

★ À maîtriser

• L’exposition moyenne en France est de 4,61 mSv/an, dont 1,61 mSv/an d’origine artificielle et 3 mSv/an d’origine naturelle.

• Dans l’exposition moyenne française, le radon représente 1,50 mSv/an, le rayonnement tellurique 0,63 mSv, le rayonnement cosmique 0,32 mSv/an et l’eau et les aliments 0,55 mSv/an.

📌 À partir de 200 mSv/an, des effets stochastiques peuvent apparaître sans dose seuil, leur probabilité augmentant avec la dose ; ils comprennent notamment les cancers et les anomalies génétiques héréditaires.

📌 À partir de 300 mSv/an, des effets déterministes apparaissent avec une dose seuil et concernent tous les individus exposés, tandis que leur gravité augmente avec la dose.

Compléments

• Une dose de 300 mSv/an peut diminuer transitoirement le nombre de spermatozoïdes, 500 mSv/an peut opacifier le cristallin et 700 mSv/an peut provoquer des effets hématologiques.

💡 Astuce mémo

Stochastique : probabilité accrue ; déterministe : gravité accrue

📖 5. Applications médicales des RI

🔑 Notions clés & Définitions

• Médecine nucléaire : Repose sur l’injection veineuse de noyaux radioactifs associés à une molécule ciblant un organe ou un type cellulaire, afin de réaliser une imagerie ou une thérapie.

📝 Points essentiels

📌 La radiologie utilise une irradiation externe par rayons X pour produire une imagerie anatomique, tandis que la radiothérapie utilise les rayonnements pour détruire une tumeur en préservant les tissus sains.

• En radiologie, les rayons X sont produits artificiellement par un générateur électrique, sans transformation radioactive.

📌 La radiothérapie externe place la source de rayonnement à l’extérieur du corps, tandis que la curiethérapie implante chirurgicalement des sources radioactives dans la tumeur.

💡 Astuce mémo

Imagerie : traverser ; thérapie : interagir

📖 6. Imagerie par rayons X et gamma

★ À maîtriser

📌 La radiologie conventionnelle utilise un générateur externe et un détecteur plan, tandis que le scanner fait tourner le générateur et le récepteur autour du patient pour reconstruire informatiquement des images, éventuellement en 3D.

• Les rayons X permettent une exploration anatomique car ils traversent plus ou moins le corps selon la densité des tissus.

• En scintigraphie, un radiotraceur émettant un photon gamma est injecté, les photons sont détectés par une caméra et leur distribution produit une image fonctionnelle.

Compléments

• L’iode-123 peut être utilisé pour réaliser une imagerie scintigraphique de la thyroïde.

💡 Astuce mémo

Rayons X : générateur externe ; gamma : source interne

📖 7. TEP et structure électronique

🔑 Notions clés & Définitions

• Positon : L’antiparticule de l’électron et correspond à la particule β⁺ émise par certains noyaux radioactifs.

★ À maîtriser

• Lors d’une TEP, l’annihilation d’un positon avec un électron produit deux photons de 511 keV émis dans des directions opposées à 180°, qui peuvent sortir du corps et être détectés pour reconstruire une image.

• La matière est essentiellement constituée de vide ; les électrons occupent le volume de l’atome, tandis que la masse est principalement concentrée dans le noyau.

Compléments

• La TEP utilise généralement le ¹⁸F-FDG, un glucose dans lequel un groupement OH a été substitué par du fluor 18 radioactif.

• La taille d’un noyau est d’environ $10^{-15}\,\mathrm{m}$, tandis que celle d’un atome est d’environ $10^{-10}\,\mathrm{m}$.

• Lorsqu’un électron passe d’un niveau d’énergie supérieur à un niveau inférieur, l’atome émet de l’énergie sous forme d’un photon X ou d’un électron Auger et gagne en stabilité.

💡 Astuce mémo

β⁺ + électron → annihilation → deux photons de 511 keV

📊 Tableaux de synthèse

Principales spécialités utilisant les RI