QCM : Rayonnements ionisants — 35 questions

Explication

La production des rayons X suit trois étapes : émission des électrons, accélération électrique et interaction avec une cible. La production de photons avant l’accélération ne correspond pas au fonctionnement historique décrit.

Explication

Les électrons qui atteignent la paroi fluorescente y provoquent une émission lumineuse par fluorescence. La cathode est la source des électrons, tandis que l’anode les attire et ne correspond donc pas au rôle attribué à la paroi.

Explication

En 1895, Röntgen observa qu’un écran fluorescent continuait de s’illuminer à distance du tube alors que la matière arrêtait rapidement les rayons cathodiques. L’impression d’une plaque par des sels d’uranium relève de la découverte de Becquerel, en 1896.

Explication

La radioactivité naturelle est une transformation spontanée d’un noyau atomique instable en un autre noyau, accompagnée d’émissions de particules et d’énergie. La fluorescence implique une stimulation externe et ne constitue pas une transformation nucléaire spontanée.

Explication

En 1896, Becquerel constata que des sels d’uranium impressionnaient une plaque photographique même sans lumière solaire. L’illumination d’un écran près d’un tube correspond à l’observation de Röntgen sur les rayons X.

Explication

Le becquerel mesure une activité radioactive égale au nombre de désintégrations nucléaires par seconde. La durée de réduction de moitié correspond à la demi-vie, tandis que l’énergie d’arrachement concerne l’ionisation.

Explication

Un rayonnement correspond à l’émission ou à la transmission d’énergie sous forme de particules ou d’ondes. La transformation d’un noyau instable décrit la radioactivité, tandis que l’émission lumineuse stimulée renvoie à la fluorescence.

Explication

Un rayonnement ionisant possède une énergie suffisante pour arracher un électron à un atome et former un ion. Une fluorescence sans modification de la structure électronique ne constitue pas une ionisation.

Explication

Le seuil de référence retenu est l’énergie de liaison de l’électron de l’hydrogène, égale à $13{,}6\ \text{eV}$. La valeur de 5700 ans correspond à une demi-vie du carbone 14 et le becquerel mesure une activité, pas une énergie.

Explication

Des isotopes appartiennent au même élément car ils ont le même nombre de protons, mais ils diffèrent par leur nombre de neutrons. Des éléments chimiques différents se distinguent au contraire par leur nombre de protons.

Explication

Le nombre de masse est la somme des protons et des neutrons, donc $A=Z+N=17+18=35$. La valeur $17$ correspond à $Z$, qui ne compte que les protons.

Explication

L’activité est le produit de la constante de désintégration par le nombre de noyaux présents, soit $A(t)=\lambda N(t)$, et elle se mesure en becquerels. La division ou l’addition ne correspondent pas à la relation d’activité radioactive.

Explication

La demi-vie est donnée par $T_{1/2}=\frac{\ln 2}{\lambda}$ et représente le temps nécessaire pour diviser par deux le nombre initial de noyaux. Une constante de désintégration plus grande conduit donc à une demi-vie plus courte, ce que ne traduit pas le produit $\lambda\ln 2$.

Explication

La célérité, la longueur d’onde et la fréquence sont liées par $c=\lambda\nu$, avec $c\approx3\times10^8\,m.s^{-1}$ dans le vide. Le quotient $\lambda/\nu$ ne donne pas la célérité d’une onde électromagnétique.

Explication

L’énergie d’un photon suit la relation $E=h\nu$, donc elle est proportionnelle à la fréquence. Une fréquence doublée entraîne ainsi une énergie doublée, tandis que la longueur d’onde varie en sens inverse.

Explication

Les rayons X et gamma possèdent une fréquence et une énergie élevées ainsi qu’une faible longueur d’onde, ce qui leur confère un pouvoir ionisant. Les ondes radio ont au contraire une fréquence et une énergie plus faibles.

Explication

Les rayons X et gamma peuvent avoir des énergies, des interactions et des effets biologiques comparables, mais leur origine diffère. Les rayons X sont produits par des phénomènes extranucléaires, tandis que les rayons gamma proviennent du noyau.

Explication

Le tube de Coolidge produit des électrons, les accélère vers une cible, puis génère des rayons X lors de leur interaction avec cette cible. La cible ne transforme pas d’abord des rayons X en électrons.

Explication

Le rayonnement de freinage apparaît lorsqu’un électron incident est dévié et ralenti par le champ électrostatique du noyau de la cible. Le comblement d’une lacune interne correspond plutôt à la production du rayonnement caractéristique.

Explication

Le rendement du tube est faible : environ 1 % de l’énergie des électrons est convertie en rayons X, tandis qu’environ 99 % est dissipée sous forme de chaleur. La production de chaleur constitue donc la principale limite thermique du tube.

Explication

Le rayonnement caractéristique apparaît après l’expulsion d’un électron d’une couche interne, lorsqu’un électron externe comble la lacune en émettant un photon d’énergie définie. Le ralentissement des électrons près des noyaux produit plutôt un spectre continu de freinage.

Explication

Le rayon gamma est émis lorsqu’un noyau passe d’un état énergétique élevé à un état plus bas. Une transition électronique produit plutôt un rayonnement X de fluorescence.

Explication

Le technétium 99m est un radionucléide métastable employé en scintigraphie et émet notamment des photons gamma de 140 keV. La lettre m indique un état métastable excité, et non un isotope différent.

Explication

L’atténuation désigne la diminution de l’intensité du faisceau après son passage dans la matière. Elle ne signifie pas que chaque photon incident est absorbé.

Explication

L’intensité transmise décroît exponentiellement selon $I_{transmis}=I_0e^{-\mu x}$, où $\mu$ caractérise l’atténuation du matériau. Une expression croissante avec l’épaisseur contredirait cette diminution.

Explication

L’atténuation augmente avec l’épaisseur, le numéro atomique et la masse volumique, tandis qu’elle diminue lorsque l’énergie des photons augmente. La combinaison proposée rassemble donc les facteurs favorisant l’atténuation.

Explication

La couche de demi-atténuation est donnée par $CDA=\frac{\ln 2}{\mu}$ et réduit l’intensité incidente de moitié. Inverser $\mu$ et $\ln 2$ ne fournirait pas l’épaisseur définie par cette propriété.

Explication

Lors d’une absorption, le photon incident disparaît ; en transmission, il conserve son énergie ; en diffusion, il ressort avec une énergie plus faible et une direction modifiée. Confondre absorption et diffusion revient à ignorer la survie du photon diffusé.

Explication

L’effet photoélectrique correspond à l’absorption complète du photon, dont toute l’énergie est transférée à un électron éjecté. Dans l’effet Compton, le photon subsiste après l’interaction avec une énergie réduite.

Explication

La probabilité de l’effet photoélectrique augmente fortement avec Z et diminue avec l’énergie, selon une variation approximative en $\frac{Z^4}{E^{3,5}}$. Une dépendance croissante en énergie décrirait l’évolution inverse.

Explication

La création de paires transforme l’énergie du photon en une paire électron-positon et nécessite une énergie supérieure à 1022 keV. Cette interaction ne correspond donc ni à une simple diffusion Compton ni à une absorption photoélectrique.

Explication

La radiographie conventionnelle repose sur l’émission de rayons X par un tube, leur traversée du patient et la mesure de l’intensité transmise par un détecteur. La tomodensitométrie fait intervenir plusieurs projections obtenues par rotation, et non une seule acquisition de projection.

Explication

En tomodensitométrie, le tube et les détecteurs tournent autour du patient afin d’obtenir plusieurs projections et de reconstruire une image en trois dimensions. Une radiographie standard fournit plutôt une projection, tandis qu’un radiopharmaceutique relève de l’imagerie scintigraphique.

Explication

La radiothérapie externe emploie un accélérateur linéaire pour produire des rayons X énergétiques et traiter la tumeur tout en préservant autant que possible les tissus sains. Mesurer l’atténuation correspond à un objectif d’imagerie, et non à la délivrance d’une dose thérapeutique.

Explication

L’imagerie scintigraphique utilise un médicament radiopharmaceutique combinant un marqueur émetteur gamma et un vecteur dirigé vers une fonction ou un tissu, puis une gamma-caméra détecte sa distribution. L’introduction d’une source scellée dans la tumeur décrit plutôt la curiethérapie.