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Université d’Etat de Tambov Derjavine N.A. Ogneroubov, A.V. Chatov Traduit par

Université d’Etat de Tambov Derjavine N.A. Ogneroubov, A.V. Chatov Traduit par A.A. Beliaev BASES PHYSIQUES DE LA RADIOLOGIE MEDICALE Manuel éducatif Tambov 2019 1 UDK 615.819-084 BBK 56.3 038 Recommandé à l’imprimerie par le conseil de rédaction et d’édition de l’université d’état de Tambov Derjavine Lecteur – docteur en médecine, professeur, chef de la chaire du radiodiagnostic et de la radiothérapie de l’université d’état de la médecine de Rostov M.V. Babaev Ogneroubov N.A. Traduit par Beliaev A.A. 038 Bases physiques de la radiologie médicale : manuel éducatif / N.A. Ogneroubov, A.V. Chatov, traduit par A.A. Beliaev – Voronezh: Centre polygraphique ‘Naoutchnaïa Kniga’, 2014 – 42 p. ISBN 978-5-4446-0351-2 Ce manuel se représente les matériaux des bases physiques de la radiologie médicale et de la protection radiologique. Il est fait conformément aux normes du standard fédéral éducatif de la formation professionnel supérieur de la spécialité ‘Médecine générale’. Il se représente la programme de la matière ‘radiodiagnostic et radiothérapie’. Il est recommandé aux étudiants des universités de la médecine. UDK 615.819-084 BBK 56.3 ISBN 978-5-4446-0351-2 © Ogneroubov N.A., Chatov A.V., Beliaev A.A. 2019 © Design, original maquette. Edition Tambov, 2019 2 SOMMAIRE Préface ………………………………………………………………….…… 4 1. Bases physiques de la radiologie médicale. Caractères des rayonnements ionisants ………………………..….. 5 1.1. Constitution de l’atome ………………………………………….... 5 1.2. La radioactivité naturelle et artificielle ……………………….…... 7 1.3. Types de la décroissance radioactive ………………………….….. 8 1.4. Radiations ionisantes ……………………………………………… 9 1.5. Interaction de la radiation ionisante avec une substance ………… 12 1.6. Sources de la radiation ionisante …………………………………. 14 2. Action biologique de la radiation ionisante ……………………….. 18 3. Dosimétrie clinique …………………………………………………. 26 Sources littéraires …………………………………………………………… 41 3 Préface Les méthodes radiologiques occupent une place importante pour la préparation des docteurs de toutes les spécialités. Ces dernières dizaines d’années on voit un progrès scientifique bien considérable qui a permis d’élargir beaucoup les possibilités diagnostiques par les nouvelles technologies des méthodes médicales de la visualisation. Grâce à cela la tomographie par émission de positions (PET scan) est apparue, le rôle diagnostic de l’imagerie par résonance magnétique (IRM) a augmenté. La nouvelle spécialité est apparue, c’est une radiologie interventionnelle. Il est évident que le développement de la radiologie comme une science et les possibilités de son application dépendent de l’organisation de son enseignement. Ce sont les phénomènes physiques qui se trouvent à la base de la radiologie, sans connaissance desquelles il est impossible d’imaginer le travail des appareils modernes du diagnostic. En outre les rayons X ont des caractères ionisants qui font de l’influence négative à l’organisme humain. La dose radiologique du malade et du personnel du département radiologique comporte une grande partie de la dose génétiquement considérable reçue par les personnes. A cause de cela les règles de la sécurité radiologique lors des examens radiologiques différents ont été élaborées dans tout le monde entier y compris la Russie. Ces règles sont toujours modifiées. Ce manuel est consacré à l’étude de ces questions. 4 1. BASES PHYSIQUES DE LA RADIOLOGIE MEDICALE. CARACTERES DES RAYONNEMENTS IONISANTS. __________________________________________________________ 1.1. Constitution de l’atome L’atome – c’est une moindre partie d’un élément chimique qui porte ses caractères et qui se compose du nombre déterminé de 3 types des particules élémentaires (composants) : les protons (p), les neutrons (n) et les électrons (e). Les protons et les neutrons, dont la masse du chacun est à 1800 plus de celle de l’électron, forment un noyau positif des dimensions minuscules (10-13 – 10-12 cm). La charge du noyau s’explique par des protons qui sont positifs tandis que les neutrons n’ont pas de la charge électrique. Les protons et les neutrons (qu’on l’appelle ensemble les nucléons, on les indique par la lettre latine N) sont retenus à l’intérieur du noyau atomique par les forces de la gravitation nucléaire. Les forces nucléaires – ce sont les forces les plus intensives de la nature : dans les limites du noyau atomique elles sont plus fortes que les forces électromagnétiques (à 100 fois) c’est pourquoi elles retiennent à l’intérieur du noyau les protons qui ont les mêmes charges. Les noyaux atomiques des éléments sont différents par le nombre des protons et des neutrons. Dans les noyaux des éléments légers le nombre des protons est presque égal au nombre des neutrons, dans les éléments lourds le nombre des protons est à peu près 40, tandis que des neutrons – 60. Les électrons négatifs qui sont situés en grande distances par rapport aux dimensions du noyau se trouvent autour du noyau atomique. Ils sont retenus dans la région de l’atome par les forces électromagnétiques qui agissent du côté du noyau positif. Le nombre d’électrons qui forment les gaines électriques dans l’atome est le même que le nombre des protons dans un noyau. 5 Les transporteurs (les quantums) de l’interaction électromagnétique sont des photons. Les photons ne font pas partis de l’atome, ils sont formés au moment de leur décroissance. Le nombre de gaines électronique des atomes des éléments différents peut atteindre 7 ; on les indique par les lettres latines dans l’ordre suivant : K est plus proche vers le noyau, les autres sont L, M, N, O, P, Q. Le caractère principal de l’atome est sa charge, dont la valeur est déterminée par la somme des charges de ses protons. La charge nucléaire détermine le numéro de l’ordre atomique de l’élément dans le système périodique des éléments de D.I.Mendéleev. Dans les conditions habituelles l’atome est neutre, comme la charge positive du noyau est égale à la somme des charges négatives des électrons qui l’entourent. L’autre caractère de l’atome est son numéro de masse qui présente la somme de masses des protons et des neutrons situant dans le noyau. Les variations du même élément chimique qui ont le même numéro dans le tableau de Mendéleev mais les numéros de masse différents (c’est-à-dire les noyaux avec le même nombre de protons mais avec le nombre différent des neutrons) s’appellent les isotopes ou les nucléides. La stabilité des isotopes comme aussi ses autres caractères dépendent du rapport entre les nombres de protons et de neutrons situant dans le noyau. Si le nombre de neutrons prédomine dans le noyau, on aura la moindre force l’adhésion intranucléaire qui favorise sa stabilité. Pendant la transformation des noyaux atomiques, on a la décroissance des électrons et des antineutrinos (β--décroissance), les positrons et les neutrinos (β+- décroissance), les photons de la grande énergie – γ-quantums (γ-rayonnement). Les particules nommées ne font pas parties du noyau parce qu’elles sont transformées juste au moment de sa décroissance. Tout de même on les appelle aussi comme les particules élémentaires, car il est impossible de les composer de l’autre manière (tandis que le noyau atomique peut être composé de protons et de neutrons, et l’atome peut contenir des protons, des neutrons et des électrons). Chaque particule élémentaire comporte son antiparticule. La particule et l’antiparticule ont les mêmes masses, spins (le propre moment du nombre du 6 mouvement), durée vitale, mais elles ont des charges inverses. L’antiparticule de l’électron s’appelle le positron, celle du proton et du neutron – l’antiproton et l’antineutron. Comme les charges des antiparticules sont toujours opposées à celles des particules, la rencontre de la particule avec son antiparticule mène au phénomène nucléaire spécifique portant le nom de l’annihilation. Pendant l’annihilation la particule et l’antiparticule se transforment aux autres particules avec les moindres masses (mais avec une grande énergie cinétique) ou bien elles se transforment aux rayonnements électromagnétique (γ-quantums). En outre une énergie considérable est délibérée durant l’annihilation. 1.2. La radioactivité naturelle et artificielle Il est bien connu que certains noyaux atomiques naturels, comme les noyaux du radium, de l’uranium, du thorium et d’autres sont capable d’émettre eux-mêmes les α-particules, les électrons et les γ-quantums. Tels noyaux (et les éléments) s’appellent ceux radioactifs. On dit qu’ils ont la radioactivité naturelle. Le phénomène de la autotransformation ou de l’autodécroissance des noyaux atomiques s’appelle la radioactivité. La radioactivité naturelle – c’est une capacité de l’autodécroissance des noyaux des atomes et tels éléments non stables qui se trouvent dans les conditions naturelles du milieu externe. Lors de la transformation radioactive (décroissance) on a la formation des plusieurs éléments qui sont liés entre eux par certaines transformations nucléaires, donc ces éléments s’appellent une famille radioactive. On connaît des familles radioactives de l’uranium, du radium, du thorium et d’actinium. La radioactivité artificielle – c’est une capacité de la décroissance des noyaux des atomes de tels éléments qui sont reçus par la manière artificielle à la base des éléments stables. Les isotopes radioactives artificielles (ou les radionucléides) sont obtenues par le bombardement des noyaux par des particules différentes – par les protons, par les neutrons etc. Pour obtenir des radionucléides on utilise vastement les réacteurs nucléaires où les éléments stables sont rayonnés par les lents neutrons. 7 La décroissance radioactive des radionucléides naturelles et artificielles est caractérisée par la possibilité déterminée de la décroissance d’un certain nombre de noyaux à une unité du temps – c’est une constante de la décroissance (λ). Réellement on utilise l’autre valeur pour ce phénomène – c’est une période de la semi-vie uploads/Sante/ radiologie-medicale-manuel.pdf