Cours

THEME 3 PHYSIQUE ET DIAGNOSTIQUES MEDICAUX
1. Domaine de radiations.
1.1. Nommer les différents domaines de radiations en fonction des longueurs d’onde .
1.2. Les Rx sont-ils de nature électromagnétiques ou ultrasonore ?
1.3. Donner deux sources de Rayon X. Une application des rayons X. Avantages et inconvénients ?
1.4. Citer deux facteurs dont dépend l’absorption des rayons X.
1.5. Quelle technique d’imagerie médicale utilise les rayons X ? Comment un manipulateur radio se protège-t-il des rayons X ?
Le nombre de personnes concernées par le mélanomemalin (forme de cancer de la peau) a doublé en France en dix ans.
1.6. Quel est le type de rayonnement electromagnetique qui en est responsable ? Citer 2 exemples de sources de rayonnement.
1.7. Préciser la longueur d’onde limite du visible ainsi que les couleurs correspondantes.
Une onde electromagnetique a pour longueur d’onde dans le vide  = 1,5 x 10-5 m.
1.8. Placer cette longueur d’onde sur l’axe. A quel domaine appartient cette radiation ?
La sonde envoie un faisceau d’ultrasons à travers le ventre de
la mère. Le balayage du faisceau est latéral pour obtenir une
image en 2D. Latéral et transversal pour une image volumique
en 3D.
3
1
2
1
2Les ultrasons émis se réfléchissent différemment selon les
tissus traversés. La sonde devient réceptrice et enregistre
l’écho renvoyé. La distance des points est calculé en fonction
du temps mis entre l’émission et la réception.
3Le logiciel de traitement de l’image assemble les points obtenus. Il en déduit une
image en coupe pour l’échographie en 2D et en volume pour la 3D. Les programmes
les plus performants traitent l’information 3D quasimment en temps réel: c’est la 4D.
Une application de la célérité des ondes ultrasonores : la vue en 3D
2. Longueur d’onde, frequence et energie
2.1. Donner la relation qui lie la frequence  d’un photon à partir de la longueur d’onde  et de la célérité c. Préciser les unités.
2.2. Rappeler la valeur de la celerité des ondes electromagnétiques dans le vide.
2.3. Calculer la valeur de la fréquence de la limite inférieure du visible.
2.4. Compléter le diagramme donné ci-dessous.
2.5. Rappeler la relation qui lie l’energie E à la frequence .
2.6. Calculer l’energie E d’un photon correspondant à la radiation lumineuse de frequence  = 136 x 1013 Hz.
2.7. Comment varie l’énergie du photon lorsque la frequence augmente ?
2.8. Comment varie l’energie E du photon lorsque la longueur d’onde  de la radiation lumineuse diminue ?
2.9. Parmi les domaines indiqués au début de l’exercice, quel est celui auquel appatiennent les rayonnements les plus énergetiques ?

3. Composition d’un atome
3.1. Donner la composition du noyau d’iode 12753I
3.2. Définir le mot isotope. En déduire la représentation symbolique de l’isotope radioactif 131.
C’est quoi la mammographie ?
Elle utilise les rayons X et étudie la glande mammaire: on peut ainsi dépister à un stade précoce un
cancer du sein.
Elle recherche des anomalies telles que des opacités, des micros calcifications.
Elle permet aussi un repérage des lésions avant un geste chirugical : un fil métallique (harpon) est
placé sous contrôle de la mammographie et guidera le chirurgien pour enlever cette zone anormale
Cet examen est indiqué :
Chez toutes les femmes après 40 ans et doit être réalisé tous les deux à trois ans.
Lors de la découverte d’une boule dans le sein, d’un écoulement anormal du mamelon, d’une anoma-
lie de la peau du sein.
Son principe consiste à radiographier chaque sein de face et de profil pour visualiser l’intégralité de
la glande mammaire.
4. Différents types de desintégration radioactive
4.1. Definir le phénomène de radioactivité.
 Radioactivité .
La fumée de la cigarette contient du polonium 210, élément radioactif et responsable de 1% de tous les cancers du poumon.
Le polonium 210 a pour symbole 21084Po et il est radioactif . Le noyau fils a pour symbole 20682Pb.
4.2. Etablir l’équation de désintégration. Justifier en rappelant les lois de conservation qui permettent d’ecrire une équation d’une
réaction nucléaire.
4.3. Quelle particule est émise au cours d’une radioactivité de type  ?
4.4. Citer deux effets de la radioactivité sur le corps humain. Peut-on se protéger du rayonnement  ?
 Radioactivité .
L’iode 131 est radioactif -.
4.5. Quel est le nom de la particule émise lors de la radioactivité - ?
4.6. Ecrire l’équation de la désintégration de l’iode 131. On pourra s’aider du tableau ci-dessus.
4.7. Peut-on se protéger du rayonnement - ?
 Radioactivité .
Le fluor 18 189F, produit sur place dans le laboratoire, se desintègre spontanèment pour donner l’isotope 18 de l’oxygène 188O
4.8. En appliquant les lois de conservation, établir l’équation de la réaction nucléaire. Quelle est la particule émise ? En déduire le type
de cette désintégration radioactive.
4.9. Peut-on se protéger du rayonnement + ?
3.3. Quelle glande fixe l’iode dans le corps humain ?
3.4. Quelle conséquence la contamination par l’iode 131 peut-elle entraîner sur la santé ?
3.5. Quel est l’intérêt de prendre des pastilles d’iode pour saturer la glande thyroïde en cas d’accident nucléaire ?
L’accident nucléaire
En cas d’accident nucléaire majeur, les risques d’être atteint par des rayonnements émis par les matières radioactives rejetées
dans l’atmosphère sont nombreux. A cet égard, le danger le plus grand est sans conteste celui d’une contamination par de l’iode
131 radioactif. Emis sous forme gazeuse, l’iode inhalé a la propriété de se fixer très rapidement sur la thyroïde. Lorsque la
population menacée n’a pas pu être évacuée, hormis le confinement, le moyen de prévention le plus efficace est la distribution
de pastilles d’iode non radioactif en priorité aux bébés, aux jeunes et aux femmes enceintes. La prise de ces pastilles permet de
saturer en iode la glande thyroïde.

5. La notion de période.
L’iode 131 a une période de 8 jours.
5.1. Rappeler la définition d’une période d’un échantillon radioactif. Quel autre terme utilisera-t-on aussi ?
5.2. Si l’on dispose d’un échantillon contenant une masse m0 = 1 g d’iode 131 à la date t = 0, quelle masse d’iode m reste-t-il au bout de
16 jours ? Justifier.
5.3. En proportion, combien reste-t-il de noyaux radioactifs au bout de 24 jours: 50 %, 33%, 25% ou 12,5 % ? Justifier la réponse.
5.4. Au bout de combien de temps peut-on considérer le radioélément comme inactif ?
6. La notion d’activité
6.1. Definir l’activité d’un échantillon radioactif et préciser l’unité.
6.2. Une mesure du nombre de désintégrations d’un échantillon de tabac équivalent à une cigarette donne pour résulltat 60 désintégra-
tions en 10 minutes. Calculer l’activité de cet échantillon.
En cancérologie le traceur utilisé pour l’imagerie
médicale ets le glucose marqué par le fluor 18 189F. Ce
traceur s’accumule préférentiellement dans les cellules
cancéreurs, grandes consommatrices de sucre. Cette
technique se singularise sur l’utilisation d’isotopes
radioactifs dont la période est de 110 minutes. Il doit
être produit sur place dans le laboratoire d’imagerie
médicale.
A partir de l’instant de fabrication, on a mesuré l’activité
A d’une dose à injecter au patient, toutes les 20 minutes
et on a tracé le graphe A = f(t).
.............................................
.............................................
.............................................
....................................................................
RADIOACTIVITE PARTICULE EMISE EXEMPLE PROTECTION
.............................................
.............................................
.............................................
.............................................
.............................................
.............................................
....................................................................
....................................................................
6.3. Determiner la valeur de la période à partir du graphe A = f(t). Est-elle conforme à la valeur donnée dans l’énoncé ?
En résumé

N
L’intensité du champ magnétique en un point intérieur au solénoïde peut se calculer par la relation B = 0 x x I
L
avec 0 = 4 x  x 10-7
8.5. Que représente les grandeurs N, L et I ? Préciser leurs unités.
8.6. Sachant que pour le solénoïde utilisé N = 2 500 spires, L = 97,3 cm et I = 7,75 A, calculer la valeur de l’intensité B du champ magnéti-
que régnant dans le solénoïde. Ce champ est-il plus ou moins intense que le champ magnétique terrestre ?
8.7. Représenter, au point E, le vecteur champ magnétique B en prenant pour échelle 1 cm pour 1,0 x 10-2 T.
8. Champ magnétique d’un solénoïde.
8.1. Donner la définition d’un solénoïde.
Le schéma représente, en vue de dessus, le spectre magnétique d’un solé-
noïde parcouru par un courant dans le sens indiqué.
8.2. Déssiner aux différents points A, B, C et D les orientations prises par de
petites aiguilles aimantées disposées en ces points.
Le champ magnétique B est représenté en un point M situé à l’intérieur du
solénoïde (voir schéma 1) . On place au point M une aiguille aimantée (voir
schéma 2).
8.3. Dessiner l’aiguille aimantée au point M en précisant clairement son orientation et ses pôles Nord et Sud.
8.4. On place ensuite cette aiguille aimantée au point P. Son orientation a-t-elle changé ? Justifier.
7.4. Choisir, parmi les schémas ci-dessous, la représentation correcte du vecteur champ magnétique au point A. Justifier.
7. Champ magnétique d’un aimant.
Pour s’orienter, un marcheur utilise une boussole. Elle est constituée d’une petite aiguille
aimantée mobile sur un pivot représentée selon le schéma suivant, par l’axe SN.
7.1. On place l’aiguille aimantée dans le champ magnétique terrestre. Quelles indications
concernant le champ magnétique sont données par l’axe orienté de cette aiguille ?
7.2. Donner le nom et le symbole de l’unité utilisée pour exprimer, dans le système
international, la valeur du champ magnétique.
7.3. La valeur du champ magnétique à la surface de la Terre est de 5 x 10-5 T. Justifier qu’il
ne s’agit pas de champ magnétique intense.
Le champ magnétique de la Terre est analogue à celui d’un gros aimant droit. La figure ci-dessous reprsente quelques lignes de champ
magnétique d’un aimant droit.
E
8.8. Calculer le courant I qui doit traverser le même solénoïde pour
obtenir un champ magnétique B = 1 T.
8.9. A l’aide de la formule donnant la valeur de B ou de vos
connaissances, citer deux moyens d’obtenir un champ magnétique
plus intense que celui calculé aux questions précédentes.
8.10. Une technique d’imagerie médicale utilise un champ
magnétique très intense. Donner son nom.
Préciser la signification des lettres du sigle de cette technique