QCM : Rayons X et gamma en biophysique (30 questions)

Explication

Le rayonnement cathodique est un faisceau d’électrons arrachés à la cathode négative et dirigés vers l’anode positive. Il ne correspond pas aux rayons X et son sens d’accélération n’est pas de l’anode vers la cathode.

Explication

La production des rayons X suit trois étapes : production des électrons, accélération par différence de potentiel, puis interaction avec une cible. Les électrons sont produits à la cathode négative et accélérés vers l’anode positive ; ils ne sont donc pas créés au niveau de l’anode.

Explication

Röntgen découvre les rayons X en 1895 en observant la fluorescence persistante d’un écran éloigné d’un tube de Crookes modifié. La fluorescence n’était donc pas limitée au tube, et le tube avait été modifié.

Explication

Un rayonnement ionisant a assez d’énergie pour arracher un électron au cortège électronique et créer un ion. Les propositions indiquant une absence de modification électronique ou d’énergie suffisante décrivent l’inverse de cette définition.

Explication

Les rayons X et gamma sont des ondes électromagnétiques capables de se propager dans le vide. Les ondes mécaniques, à l’inverse, nécessitent un milieu matériel, tandis que les ondes électromagnétiques n’en nécessitent pas.

Explication

Les rayonnements ionisants sont utilisés en imagerie diagnostique et en radiothérapie. Cette dernière vise notamment à détruire des cellules malades ou tumorales; ils ne produisent pas systématiquement des cellules malades et les ondes mécaniques ne se propagent pas dans le vide.

Explication

Les isotopes ont le même nombre de protons, donc le même numéro atomique, mais des nombres de neutrons différents. Ils peuvent ainsi avoir des nombres de masse différents ; une différence de protons ou une égalité du nombre de neutrons ne caractérise pas des isotopes.

Explication

Le nombre de masse est la somme du nombre de protons et du nombre de neutrons, soit $A = Z + N$. $Z$ représente les protons et $N$ les neutrons. Le carbone 14 possède 6 protons et 8 neutrons, tandis que le carbone 12 possède 6 protons et 6 neutrons.

Explication

La radioactivité naturelle est une transformation spontanée de noyaux atomiques instables en d’autres atomes. Elle s’accompagne simultanément de l’émission de particules et d’énergie; elle ne correspond donc ni à une absence de transformation ni à une transformation imposée extérieurement.

Explication

L’activité vérifie $A(t)=\lambda N(t)$ : elle dépend donc du produit de la constante de désintégration par le nombre de noyaux et augmente avec celui-ci à constante fixée. Elle mesure des désintégrations par seconde, alors que $N$ représente le nombre de noyaux.

Explication

Les deux grandeurs suivent une décroissance exponentielle : $N(t)=N_0e^{-\lambda t}$ et $A(t)=A_0e^{-\lambda t}$. L’exposant est négatif, et l’activité diminue avec le temps plutôt que de rester constante ou d’augmenter.

Explication

Pour une onde électromagnétique, $\nu=\frac{c}{\lambda}$ et $T=\frac{\lambda}{c}$. La fréquence est donc inversement liée à la longueur d’onde, tandis que la période diminue lorsque la longueur d’onde diminue.

Explication

L’énergie photonique suit $E=h\nu$ : elle est donc proportionnelle à la fréquence lorsque $h$ est constante. Elle n’est pas directement proportionnelle à la longueur d’onde, et une fréquence plus faible correspond à une énergie plus faible.

Explication

Les rayons X ont une origine extranucléaire, liée au cortège électronique ou à une interaction électron-noyau, tandis que les rayons gamma proviennent d’une désexcitation nucléaire. Ils partagent les mêmes gammes d’énergie, mécanismes d’interaction et effets biologiques ; l’origine constitue la distinction principale.

Explication

Dans un tube à rayons X, la tension dirige et accélère les électrons de la cathode vers l’anode. Leur interaction avec la cible produit le faisceau de rayons X ; le mécanisme ne repose ni sur un trajet inverse ni sur une désexcitation nucléaire.

Explication

Un rayon gamma est produit par la désexcitation d’un noyau vers un niveau nucléaire plus bas, éventuellement depuis un état métastable. Cette émission peut aussi suivre une autre désintégration ; les transitions électroniques relèvent de la fluorescence X, non de la désexcitation gamma.

Explication

Le rayonnement de freinage est électromagnétique et provient du ralentissement ou de la déviation d’électrons près des noyaux. Les raies fines relèvent du rayonnement caractéristique, le réarrangement électronique de la fluorescence, et l’émission d’un électron secondaire ne définit pas ce rayonnement.

Explication

Le champ coulombien dévie l’électron, qui perd une partie de son énergie cinétique convertie en rayon X. Il ne conserve donc pas intégralement cette énergie, le noyau ne fournit pas toute son énergie interne, et l’émission suit le processus de freinage.

Explication

Le rayonnement de freinage produit un spectre continu, tandis que le rayonnement caractéristique forme des pics fins ou des raies dépendant du matériau de l’anode. Le spectre continu n’est pas constitué de pics dont la position dépend de la tension appliquée, et les raies caractéristiques ne proviennent pas du ralentissement continu des électrons.

Explication

Le courant du tube contrôle le nombre de photons émis, tandis que la tension fixe leur énergie maximale. Le courant ne détermine donc pas l’énergie maximale, et la tension n’est pas le paramètre principal du nombre de photons.

Explication

L’intensité transmise est donnée par $I_{transmis}=I_0e^{-\mu x}$, et $I_0$ désigne l’intensité avant la traversée. L’intensité transmise diminue avec l’épaisseur, tandis que le coefficient $\mu$ décrit l’atténuation et non l’intensité initiale.

Explication

L’atténuation augmente avec l’épaisseur, le numéro atomique et la masse volumique. Elle diminue lorsque l’énergie des photons augmente, et une diminution d’épaisseur réduit plutôt l’atténuation.

Explication

La couche de demi-atténuation est définie à partir du coefficient d’atténuation linéique et correspond à l’épaisseur qui divise l’intensité du faisceau par deux. Elle vérifie $CDA=\frac{\ln 2}{\mu}$, donc elle ne triple pas l’intensité et ne diminue pas lorsque l’énergie des photons augmente dans ce cadre.

Explication

L’effet photoélectrique absorbe complètement le photon : toute son énergie éjecte un électron. La lacune créée entraîne un réarrangement du cortège, avec émission possible d’un photon de fluorescence; le photon incident ne ressort donc pas.

Explication

La probabilité varie comme $\frac{Z^4}{E^{3,5}}$ : elle augmente avec $Z$ et diminue avec $E$. Les propositions inversant ces dépendances sont donc incorrectes.

Explication

Lors de l’effet Compton, le photon transfère une partie de son énergie à un électron qui est éjecté. Le photon restant est dévié, de sorte qu’il ne disparaît pas et ne conserve pas nécessairement sa direction initiale.

Explication

Le tube de radiographie produit des rayons X qui traversent le patient, puis le détecteur mesure l’intensité transmise. La reconstruction tridimensionnelle concerne la tomodensitométrie, l’accélérateur linéaire la radiothérapie, et le marqueur gamma la scintigraphie.

Explication

En tomodensitométrie, le tube et les détecteurs tournent autour du patient, avec plusieurs acquisitions permettant une reconstruction tridimensionnelle. La projection principalement obtenue par une incidence unique correspond à la radiographie, tandis que le médicament radiopharmaceutique et la gamma-caméra relèvent de la scintigraphie.

Explication

La radiothérapie externe utilise un accélérateur linéaire situé hors du patient. Celui-ci accélère les électrons entre 4 et 25 MeV, puis leur impact sur une cible produit les rayons X thérapeutiques. La source radioactive introduite directement dans la tumeur relève de la curiethérapie, et non de la radiothérapie externe.

Explication

En scintigraphie, le vecteur cible une fonction biologique et le marqueur émet un rayonnement gamma détecté par une gamma-caméra. L’accélérateur linéaire appartient à la radiothérapie, le tube tournant à la tomodensitométrie, et l’implantation d’une source scellée à la curiethérapie.