La dosimétrie Discipline qui est indispensable La dosimétrie

La dosimétrie
Discipline qui est indispensable
La dosimétrie a pour but de mesurer la quantité d'énergie déposée dans un matériau ou
un tissu vivant lors d'une exposition à des rayonnements ionisants.
Elle a un rôle fondamental en radioprotection, radiothérapie et en situations accidentelles.
I- Les différentes expositions
!
1- Exposition externe
!
L'individu est à distance de la source :
- exposition globale : corps entier
- exposition localisée, partielle : un ou plusieurs organes ou tissus
L'individu peut être au contact de la source irradiante : contamination externe
2- Exposition de façon interne
Source de l'irradiation à l'intérieur de l'organisme (inhalation de radionucléides) :
contamination interne
II- Les principales grandeurs dosimétriques
- Dose absorbée D (grays) : correspond à la quantité d'énergie qui est absorbée
localement par les tissus. Notion essentielle qui permet d'expliquer ou même d'anticiper
les effets déterministes sur l'organisme.
Elle est définie très localement : D = dEabs/dm (unité : Gy)
- Dose équivalente H (sievert) : qui tient compte du la toxicité du rayonnement
- Dose efficace E (sievert) : tient compte de la matière vivante,de la sensibilité des
organes, impact sur l'organisme entier.
III- Dosimétrie externe
Correction du concours : La radiosensibilité de l'enfant est plus importante que celle de
l'adulte. Pour une dose inférieure à 100mGy le risque de survenue d'effet déterministe est
négligeable quelle que soit la période de la grossesse. A partir de 3 Gy début des effets
déterministes.
La mesure des doses est indispensable en radiobiologie, radioprotection et radiothérapie.
Mesure de la dose absorbée D en exposition externe
On mesure la dose D (ce que la plupart des appareil nous permet de faire), mais en
fonction de la nature du rayonnement, on mesure D de façon différentes, car le fait d'être
directement ou indirectement ionisant, l'énergie ne sera pas déposée de la même façon
donc la Dose absorbée ne sera pas la même.

1- Rayonnements particulaires directement ionisants (particules chargées)
-Les particules chargées alpha + électrons (Beta + et -) : peuvent interagirent par collision
avec les électrons de la matière (préférentiellement aux noyaux) et provoquent l'ionisation
des atomes.
La densité d'énergie déposée est maximale sur la fin du parcours dans tous les cas de
figures. Les ionisations (lʼe- est éjecté) se font surtout en fin de parcours (car la particules
est ralentie, donc elle interagit plus). On a plusieurs collisions jusquʼà ce quʼelle cède son
énergie de facon totale.
-Les particules chargées peuvent interagir par freinage avec le champ coulombien du
noyau (particules qui rencontre des noyaux lourd = production de RX). Surtout dans le cas
de particules légères de hautes énergie (électrons et beta moins) dans des milieux à Z
élevés. Cas des particules chargées légères (électrons, béta + et -) dans des milieux à Z
élevé.
Ces rayonnements sont les plus utilisés en médecine.
Particules chargées légères : e- béta -
On distingue les particules chargées en fonctions de leur masse.
Les électrons arrachent au fil de leur trajet des électrons mais comme ce sont des
interactions par collision entre deux molécules de même masse, l'électrons incident va
être dévié dans sa course (car rencontre des particules de même masse).
En fin de parcours sa trajectoire sera un peu plus linéaire et il effectuera plus d'ionisations.
L'électron a donc une trajectoire erratique.
- TLE : Energie moyen transférée par les électrons à la matière par unité de longueur de la
trajectoire parcourue.
- Le parcours
Le parcours est la longueur réelle de la trajectoire de l'électrons
- La portée
Différence entre le parcours (longueur réelle de la trajectoire de l'électron) et la portée
(profondeur maximale atteinte par les électrons dans un milieu considéré). Cela permet de
mieux apprécier la dose absorbée.
Schéma : Le parcours est la trajectoire totale. L'électron à chaque ionisation va changer
de direction, on a un parcours erratique (linéaire à la fin mais on ne le voit pas sur le
schéma). Ce qui nous intéresse en radiobiologie c'est la portée
Le parcours on peut l'apprécier par le TLE mais pas la portée car elle va dépendre de la
composition du matériaux …
La portée est donc bien plus faible que le parcours.
Formule empirique de la portée (Katz et Penfold):
faisceau
G¶pOHFWURQV
parcours
portée
U
n
E0,412
R
avec n = 1,265 ± 0,0954 ln E
R = portée en cm
E = énergie des électrons en MeV
U = masse volumique du matériau en g.cm-3

Formule empirique de la portée (Katz et Penfold) :
Formule empirique de la portée (Katz et Penfold):
faisceau
G¶pOHFWURQV
parcours
portée
U
n
E0,412
R
avec n = 1,265 ± 0,0954 ln E
R = portée en cm
E = énergie des électrons en MeV
U = masse volumique du matériau en g.cm-3
Ex : électrons ayant une énergie de E= 1,7MeV
On fait tout d'abord le calcul du n grâce à une formule qui nous sera donnée puis on
calcule la portée :
Exemple :
électrons ayant une énergie de 1,7 MeV
Portée
n = 1,265 - 0,0954 ln 1,7 = 1,214
ª'DQVO¶DLU(U = 1,3.10-3 g.cm-3)
Rair= 0,412 x 1,71,214 / 1,3.10-3 = 604 cm
ª'DQVO¶HDX (U = 1 g.cm-3)
Reau= 0,412 x 1,71,214 / 1 = 0,78 cm
3DUFRXUVGDQVO¶HDX
TLE = 1,75 MeV.cm-1
Parcours moyen p = E / TLE = 1,7 / 1,75 = 0,97 cm
- Dans l'air : Rair = 604 cm (la dose n'est pas la même a proximité de la source,ou plus
loin).
- Dans l'eau : Reau = 0,78 cm
Toute l'énergie du rayonnement est déposée sur 8mm dans l'eau. Les Beta - sont assez
énergétiques, il faut s'en méfier dans l'air car la portée est assez importante (jusqu'à 6m) .
Plus on est près de la source, plus la dose absorbée est importante.
La dose absorbée varie avec la distance à la source
La dose reçue par la peau sera importante mais la dose reçue en dessous sera très faible.
On sʼintéresse surtout à la portée pour savoir quels sont les organes atteints par cette
ionisation.
Calcul du parcours dans l'eau (donc dans les tissus)
Le calcul du parcours se fait par le calcul TLE = 1,75 MeV.cm-1. Le parcours (zig-zag) est
plus long que la portée mais la différence n'est pas énorme.
Parcours moyen «#p#» = E/TLE = 0,97 cm
Les particules lourdes chargées (particules alpha = noyau d'hélium)
Les particules lourdes interagissent surtout avec les électrons et vont réaliser un grand
nombre d'ionisation. Ces particules lorsqu'elles rentrent en collision avec des électrons
leur trajectoire n'est pas déviée car la masses de ces particules lourdes chargées est
beaucoup plus importante que celle des électrons.
La trajectoire est rectiligne et très courte, la densité d'ionisation est très importante (plus
que pour les particules chargées légères), et l'est encore plus en fin de parcours.
Pour les particules lourdes, on considère que : portée = parcours
Les particules alpha ont un parcours très très faible par rapport aux autres particules.
La dose délivrée dans l'air est au contact de la source tellement ce sont des
rayonnements à faible parcours, il est donc difficile de détecter et de mesurer une dose.
Dans l'eau le parcours est plus faible que dans l'air, donc la dose est encore plus prés de
la source.

Particules chargées lourdes:!!
rayonnements D
Trajectoire rectiligne et très courte
Ö portée = parcours
Radionucléide 232Th 210Po!218Po!212Po!
ED (MeV) 4,2 5,3 6 8,8
5FPGDQVO¶DLU 2,6 3,8 4,6 8,6
R (PPGDQVO¶HDX 32 48 57 107
'DQVO¶DLU5# 0,32.E3/2
E en MeV et R en cm
2- Rayonnements indirectement ionisants (rayon X et gamma et neutrons)
a- Les rayons X et gamma
Atténuation dans la matière d'une flux de photon
Atténuation : ces photons interagissent par différents mécanismes, les photons peuvent
aussi ne pas interagir du tout.
3 principaux effets qui se produisent lors de lʼinteractions des photons avec la matière :
(phy est le flux de photons). Les photons cèdent une grande partie de leur énergie à un e-.
2 - Rayonnements indirectement
ionisants
a) Les rayons X et J
$WWpQXDWLRQGDQVODPDWLqUHG¶XQIOX[) de photons:
! ! ! !!)!"!)#!e$Px
Loi pour les photons qui auraient interagis, ils n'interagissent pas de la même façon :
- Effet photoélectrique : les photons déposent toute leur énergie à un électron qui va lui
aller réaliser quelques ionisations.
- Effet compton : les photons déposent une partie de l'énergie à un électron qui va
effectuer peu de ionisations.
- Matérialisation : émission de deux photons avec la même direction mais de sens opposé.
(lʼe- et le position se partagent lʼénergie).
On ne peut pas parler de dépôt d'énergie totale sur une faible distance pour les photons,
donc la dose absorbée sera plus dur à évaluer.
L'énergie absorbée Ea est responsable des effets biologiques, elle est l'énergie cédée à la
matière par les électrons secondaires le long de leur trajectoire. L'électron secondaire est
celui qui provoquera un plus grand nombre d'ionisation.

/¶pQHUJLHDEVRUEpH(a responsable des effets
ELRORJLTXHVHVWO¶pQHUJLHFpGpHjODPDWLqUHSDUOHV
électrons secondaires le long de leur trajectoire
Ea E (hQ)
7UDQVIHUWG¶pQHUJLH
P
hQ¶GLIIXVp
électron secondaire
Absorption
G¶pQHUJLH
par la matière
hQ
On ne peut pas considéré que l'énergie absorbée est l'énergie totale du photon. Ce qui
complique le calcul de la dose absorbée.
Lorsqu'on est irradié par des photons il est important de dissocier l'énergie absorbée et la
part de l'énergie diffusée. On absorbe pas toute l'énergie des photons qui nous irradient.
Lorsque l'on est exposé à des photons, on en absorbe une certaine partie et on en diffuse
une autre partie. Lorsque l'on est irradié lors d'un examen, l'énergie des photons est telle
qu'il y a beaucoup d'interaction par effet compton, peu par effet photo-électrique.
Cela veut dire que les photons cèdent une partie de leur énergie et que l'on a des photons
diffusés qui vont prendre des directions différentes donc on devient source d'irradiation
après irradiation. Donc après irradiation on devient nous même source d'irradiation.
Les rayonnements X et gamma interagissent avec les os préférentiellement par effet
photo-électrique.
Energie absorbée et énergie diffusée dans les tissus en exposition externe :
Photons X et J
Energie absorbée et Energie diffusée
dans les tissus
en exposition externe
Une partie de lʼénergie est absorbée et une partie diffusée qui nʼaura pas dʼeffets sur
lʼorganisme.
Ea (énergie absorbée) et Ed (énergie diffusée) lors des 3 effets :
- Effet Photo-électrique : Le photon donne toute son énergie à l'électron. Le photon lui est
stoppé. On considère que l'énergie absorbée correspond à l'énergie du photon incident.
!
-Effet photoélectrique
hQ Æ Ec(e-) + 6(hQ)F
 Ea # hQ
-Effet Compton
hQ Æ Ec(e-) + hQ¶
diffusé
-Effet de matérialisation
hQ Æ Ec(e-) + Ec(e+) + 2 x 0,511 MeV
!
!
Ea et Ed
lors des 3 effets
2 photons
!!!!diffusé
absorbé
absorbé