Applications In vitro de la radioactivité ?

Pharmacie :

- Dosage dans le sang ;

- Dosage dans les urines 

Recherche :

- Dvlpmt produits radioactifs

Applications in vivo de la radioactivité ?

Médecine nucléaire :

- Imagerie diagnostique

- Radiothérapie interne vectorisée

Recherche :

- Dvlpmt produits radioactifs 

Mesure du noyau et comparaison par rapport à taille de l’atome

Noyau : environ 10^-15 m (femto)

Atome : 1000 fois plus grand

De quelles particules élémentaires les nucléons sont-ils formés et qu’est-ce qui les relit ?

Ils sont formés de Quarks, reliés par des gluons

Décrire l’énergie de liaison et donner son expression sans détailler 

Energie permettant de maintenir les nucléons entre eux. Normalement, la force électromagnétique ferait imploser le noyau, mais d’autres forces la compense.

ΔE = Δm c2

Avec Δm le défaut de masse 

Détailler ce qu’est Δm

ΔM = Masse constituants - Masse noyau

La masse du noyau est inférieur à la masse de ses constituants.

En effet, le « trop plein » de masse chez les constituants correspond à  Δm et permet une énergie de liaison. Sans ce défaut de masse, le noyau n’existerai pas.

Quelles sont les forces agissants au sein du noyau ? 

• Force internucléaire forte : +++

Permet l’attraction entre nucléon. Plus A est grand, plus cette force est supérieure à la force électromagnétique. 

• Force électromagnétique : ++

Attraction charges inverses, répulsion charges identiques.

• Force internucléaire faible :

Ni attractive ni répulsive, intervient lors de la radioactivité Beta.

• Force gravitationnelle :

Un élément possédant une masse attirera les éléments autour 

Que disait Einstein sur cette formule ?

Une perte de masse peut se transformer en énergie

Quel signe aura tjrs une énergie de liaison ? Pourquoi ?

Signe négatif car le système (les nucléons) ont perdu de l’énergie pour se rassembler (M(A;Z)<M(constituants))

Qu’est-ce que -8 MeV ?

Energie de liaison par nucléon des noyaux stables 

A quel intervalle de A et de Z les noyaux stables appartiennent ils ?

A : 20 < Stables < 208

Z : 8O < Stables < 82Pb 

Quels sont les deux types d’éléments présentants des noyaux instables ? Pourquoi le sont-ils ? Comment se désintégrerons t-ils ?

• Les noyaux trop légers de H à N : Présentent des variations d’énergie de liaisons importante, une faible Énergie de liaison (env. -1 Mev). Désintégration par fusion

• Les noyaux de 74W à la fin : Présentent une énergie de liaison trop faible (proche 0 MeV). Désintégration par fission. 

Qu’est-ce qu’une transformation isobarique ?

Transformation avec conservation du nombre de masse A

Que faut-il observer dans le cadre de ce cours pour étudier chaque réaction ?

• Conservation de A
• Quelles sont les particules émises
• Quelle sera leur énergie ? Selon Bilan énergétique de la réaction. 
• Quelles seront les interactions avec la matière
• Quels peuvent être les applications médicales associées à cette réaction 

Pourquoi une transfo Beta - se met-elle en route ?

Noyaux en excès de neutron

Que va t’il se passer lors d’une T.B-

Un neutron se transforme en proton et libère ainsi une énergie permettant de libérer un antineutrino et un électron. 

Quelle chgmt va présenter Y (noyau fils) par rapport à X (noyaux père)

Il aura un proton en plus. (Z+1)

Quelle sont les énergies et les masses associées à l’antineutrino et à l’électron ?

mAntineutrino = Nulle

mélectron = 5,486.10-4 uma (pour info, pas dans le cours).

Ecinétique électron + E antineutrino = énergie libérée par la réaction à se partager. 

Comment l’antineutrino et l’électron interagissent-ils avec la matière ?

Antineutrino = masse nulle donc 0 inter.

Electron = traverse matière sur qlq mm avant de perdre son Ecinétique, qu’il aura distribué sur le chemin en ionisant les électrons des atomes rencontrés. 

Quelle est la formule du bilan énergétique de la transformation isobarique Beta - ?

En quelle unité les différents éléments sont ils exprimés ?

Q = MeV

m(A,Z) ou m(A,Z+1) = uma (car on parle d’un atome en partiulier)

c = m/s mais ici 931,502 correspond à (3x10^8)^2 mais comprends aussi la conversion du défaut de masse de uma à kg.  

Quelle condition doit être appliquée pour que la réaction se face ?

La masse de l’atome père (ou son énergie) doit être supérieure à la masse de l’atome fils (ou son énergie), soit la production d’énergie doit être supérieure à 0. 

Quelles sont les applications de cette transfo B- ?

- Radiopharmacie 

• Dosage sang/urines

- Médecine nucléaire avec la radiothérapie :

• 131 Iode : cancer de la thyroïde
• 177 Lutécium : cancer prostatique

Pourquoi une transfo B+ se met elle en route ?

Par excès d’un proton 

Quel changement va présenter Y par rapport à X ?

Y aura un proton en moins (Z-1)

Que va t-il se passer lors d’une transfo B+ ?

Un proton se transforme en neutron, menant ainsi à l’apparition d’un nouvel élément au Z-1. Cette transfo va libérer une énergie permettant la libération d’un positon (électron chargé positivement) et d’un neutrino. 

Quelles sont les énergies et la masse associée au positon et au neutrino

mNeutrino = Nulle

mpositon= masse électron = 5,486.10-4 uma (pour info, pas dans le cours).

Ecinétique positon + E neutrino = énergie libérée par la réaction à se partager. 

Comment va interagir le neutrino avec la matière. 

Masse nulle = pas d’interaction

Comment va réagir le positon avec la matière

Le positon va traverser la matière en ionisant les électrons des atomes sur son parcours, en cédant son Ecinétique sur environ qlq mm. En fin de parcours, lorsqu’il aura épuisé son Ecinétique, il rencontrera un électron (ou beta -) et se produira une réaction d’annihilation.

Le positon et l’électron se transforment en deux photons Gamma (angle de dispersion à 180°) d’énergies 511 keV

Comment ces photons gamma peuvent-ils être utilisés ? 

En TEP : 

Tomographie par Emission de Positons 

Quelle est la formule du bilan énergétique généré par la réaction B+ ?

Lorsque proton passe en neutron, un électron se retrouve en excès (car les charges s’annulent normalement). L’atome libère donc l’électron, ainsi que le positon de même masse. 

C’est bien l’équivalent de la masse de 2 électron qui est libérée. (+ masse de neutrino = 0 !)

Quelles conditions doivent-être réunies afin que la réaction ait-lieu ?

La masse (ou E) de l’atome père doit être supérieure à la masse (ou E) de l’atome fils (soit énergie libérée positive), et cette différence d’énergie doit même être supérieure à 1,022 MeV . 

D’ou vient 1,022 MeV ?

• C’est le résultat du double produit de la masse de l’électron libéré par la célérité (pour les 2Me-)
• C’est aussi le produit des énergies des photons produits lors de l’annihilation (normal car on part des mêmes masses) soit 2x511 keV (1,022 MeV = 1022 keV)

Commenter le spectre d‘emission des particules lors de B-

Le spectre est continu. Comme les électrons émis sont de charges négatives, certains sont retenus par la force électromagnétique et leur énergie est donc de 0. 

Commenter le spectre d’émission des particules lors de B+

Le spectre est continu. Peu de positon seront retenus par le noyau car leur charge est positive, la force électromagnétique les repousse. 

Quelles sont les applications en santé de ces transfo B+ ?

- Médecine nucléaire diagnostique :

• TEP avec 18F et 68Ga

Pourquoi la capture électronique se met elle en route ?

Le noyau présente un excès de proton. 

Comment se déroule la CE ?

Un proton capte un e- de couche K (la plus interne, la plus proche donc) qui lui permet de se transformer en neutron. 

L’énergie libérée par cette réaction entraine la libération d’un neutrino. 

Quelle énergie aura le neutrino ?

QCE, c’est à dire que toute l’énergie de la réaction aura été transformé en Ecinétique pour le neutrino. 

Comment le neutrino réagit-il avec la matière 

Pas de réaction car pas de masse

Quelle est la différence entre Y et X ?

Y aura un proton en plus que Z. 

Quelle est la formule permettant de faire le bilan énergétique de CE ? 

Que représente - E1 ?

Cela représente l’énergie de l’électron capturé, qui ne faisait initialement pas parti de l’énergie du noyau père. 

Quelle condition doit être appliquée pour que la réaction se fasse ? 

Il doit y avoir une différence entre l’énergie (ou la masse) du noyau père et du noyau fils , et elle doit être positive et supérieure à E1. 

Qu’est-ce qui mènera un noyau en excès de protons à partir en transfo B+ ou en CE ?

• CE : pour les noyaux lourds
• B+ : pour les noyaux plus légers 

Quel est le niveau énergétique des noyaux stables à l’état fondamental ?

E = 0. Puisque le noyau est neutre :)

Quelles valeurs énergétiques les noyaux peuvent-ils prendre ?

E*, E1, E2...

Dans quel cas une désexcitation électromagnétique se produit-elle ?

Lorsqu’un noyau est excité. Soit E différente de 0 (énergie du noyau à différencier avec l’énergie de liaison entre deux nucléons). 

Comment se déroule une désexcitation électromagnétique ?

Un noyau excité retourne au niveau basale d’énergie 0 tout en produisant des photons gamma dont la longueur d’onde ou énergie sera égale à la différence d’énergie subit par le noyau. 

Quelle est la formule de l’énergie liberée ? 

ΔE = Ei-Ef ou E = hc/lambda

Comment le rayonnement gamma va t-il interagir avec la matière ?

Il peut traverser la matière sur plusieurs centimètres voir mètres et provoquer des effets de Compton et photoélectriques. 

Quelles utilisations en santé pour la DE ? 

- Radiopharmacie 

• Dosages sang et urines

- Imagerie nucléaire interventionnelle : 

• Utilisés en scintigraphie, captés par une gamma caméra

- Radio analyse 

• Marquages cellulaire : 125 Iode et 99m Technétium. 

Quelles sont les applications médicales pour transfo CE ? 

- Médecine nucléaire :

• Traceurs : Thallium 201 pour scintigraphie spécifique