CH 1 LA DETECTION DES RAYONNEMENTS IONISANTS

Pr N Ben Raïs Aouad 1

PR N BEN RAIS AOUAD

Chef de service de médecine nucléaire IBN SINA

Directeur de l équipe de recherche en oncologie nucléaire IBN SINA

LA DETECTION DES RAYONNEMENTS

IONISANTSI Les détecteurs d’ionisation1- Les détecteurs à gaz2- Les détecteurs à semi- conducteurs3- Les émulsions photographiques

II Les détecteurs d’excitation1-Amplificateur de luminance2-Les détecteurs à scintillation

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2-Les détecteurs à scintillationA- Description d’un détecteur à scintillation

1- Scintillateur2- Photomulticateur3- Electronique associée

B-Utilisation médicale1-Le compteur gamma2-Imagerie3-Radioprotection

III- Les détecteurs chimiques

IV-Les appareils fondés sur les défauts de

structure

1- Thermoluminescents

2- Radioluminescents

LA DETECTION DES RAYONNEMENTSIONISANTS

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2- Radioluminescents

3- De transparence

V- Les calorimètres

LA DETECTION DES RAYONNEMENTS IONISANTS

• La détection d’un rayonnement résulte de l’interaction entre ce rayonnement et un milieu matériel appelé détecteur.

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milieu matériel appelé détecteur.

• La détection de particules chargées ou de photons utilisera l’un des deux modes possibles d’interaction : l’ionisation ou l’excitation.

Les effets les plus utilisés : *Détecteurs d’ionisation+++

-Ionisation des gaz +++-Ionisation des solides (semi conducteurs)- Émulsions photographiques

*Détecteurs d’excitation+++

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-Amplificateurs de luminance-Détecteurs à scintillation

*Détecteurs chimiques*Création des défauts de structure par irradiation*Élévation de température (calorimètre)

I- Les détecteurs d’ionisation :

Mesure d’une charge électrique produite par le rayonnement (dans le gaz ou le solide).

1- Les détecteurs à gaz :

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Le gaz est enfermé dans une enceinte cylindrique.La paroi du cylindre constitue la cathode (pôle négatif).Un filament central constitue l’anode (pôle positif).

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Normalement quelque soit la ddp : aucun courant ne traverse la chambre, mais si une particule traverse l’enceinte de gaz, il y a interaction entre le rayonnement ionisant et les molécules de gaz.

• production d’un grand nombre :

D’ion + attirés par la cathode.

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D’ion + attirés par la cathode.

D’e- attirés par l’anode

»»» Courant électrique

Ce courant électrique dépend de la ddp entre les

électrodes

• - Si ddp < 100 Volt : pas de courant électrique.

Les électrons ne sont pas suffisamment accélérés et se recombinent avec les ions positifs ═» c’est le régime de recombinaison.

• - Si 100 < ddp < 200Volt : chambre d’ionisation.

Régime d’ionisation primaire. La recombinaison est nulle.

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est nulle.

Utilisation : activimètre ,babyline (Médecine Nucléaire, Radiothérapie), ….

- Si 300 < ddp < 1000 Volt : Régime Proportionnel.

Le champ électrique est intense ═» électrons et ions positifs acquièrent une énergie cinétique élevée ═» Ionisation secondaire.

- Si ddp ≥ 1100 volt ++: ionisation primaire → ionisation secondaire → ionisation tertiaire…….

Avalanche d’ions multipliés en chaîne = avalanche

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Avalanche d’ions multipliés en chaîne = avalanche Townsend ═» Impulsion électrique très intense.

La charge collectée est indépendante de L'ionisation initiale : Régime Geiger Muller = GM (détection de la contamination par des produits radioactifs)

2/ Détecteurs à semi conducteurs:

« Chambres d'ionisation solides »

Intérêt : très bonne résolution en énergie : ++ pour le rayonnement gamma.

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3/ Émulsions photographiques :

(Cours de radiologie).

II/ Les détecteurs d'excitation :1/ L’amplificateur de luminance :

(Cours de radiologie)2/ Les détecteurs à scintillation :Utilisent la propriété de certaines substances d'émettre des photons visibles ou ultraviolets (UV) lorsqu'elles sont soumises à l'action des

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(UV) lorsqu'elles sont soumises à l'action des rayonnements ionisants.

A/ Description d’un détecteur à scintillationComprend : un scintillateur (Sc)

Un photomultiplicateur (PM)Une électronique associée

Schéma :

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1/ Le scintillateur :

• Rôle : convertit le rayonnement incident en

photon lumineux (ou UV).

• Les différents types de Scintillateurs :

→ Minéraux : iodure de Na : INa « γγγγ»

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→ Minéraux : iodure de Na : INa « γγγγ»

→ Organiques : détecteur β-

→ Liquides : β- de faible énergie

• Le fonctionnement : ++

� Particules chargées : α, β-Absorption par excitation ═> Désexcitation par émission de photons lumineux :scintillation.

� Photons X, γγγγInteraction avec le scintillateur (Φ+++, compton++, p)

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═> mise en mouvement d’un e- secondaire ═> excitation═> Désexcitation par émission de photons lumineux ═>

scintillation.

• Les caractéristiques :

Efficacité de détection, rendement lumineux, constante temps de fluorescence (temps faible → taux de comptage élevé)…

2/ Le photomulticateur :PM :

• Rôle : convertit le signal lumineux en signal électrique.

• Le PM est composé de:

*Photocathode : qui transforme les photons lumineux du scintillateur en e-.

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lumineux du scintillateur en e-.

*Multiplicateurs d’e- : Dynodes.

*Anode : recueille les e- de la dernière

dynode et les transforme en signal

électrique.

3/ Électronique associée :• préamplificateur.• Amplificateur.• Dispositifs de comptage.NB : rendement : 20-60% (GM ≈ 1%)

B/ Utilisation médicale :

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B/ Utilisation médicale :

1/ Compteur gamma (β-, γγγγ )• Radio-analyse : radio immunologie

(rayonnement γγγγ de125I « iode 125 » ) : dosagedes hormones et marqueurs tumoraux.

2/ Imagerie :

Détection du rayonnement γγγγ → image =scintigraphie

Les différents types d’appareils sont:• Scintigraphe à balayage(1970)• Gamma caméras : plusieurs types :

1)planaire (1956).2) tomographie : image en coupe: TEMP(tomographie

d’émission monophotonique) ou SPECT (en anglais):simple tête;double tête ou triple tête

3) tomographie hybride:TEMP-CTou SPECT-CT

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3) tomographie hybride:TEMP-CTou SPECT-CT4) TEP : tomographie par émission de positrons

(on détecte les photons γγγγ de 511 KeV).5)TEP-CT : morpho TEP

3/ radioprotection: Antropogammamètre.

IBN SINA

MEDECINE NUCLEAIRE AU MAROC MEDECINE NUCLEAIRE AU MAROC

Service de médecine nucléaire:Hôpital Ibn Sina

Gamma Camera MEDISO: NUCLINE TH

� Installed in 2001 (IAEA)� number of PMT : 22 (small head)

Service de médecine nucléaire:Hôpital Ibn Sina

SPECT-CT double tête CHU IBN SINA

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MEDECINE NUCLEAIRE AU MAROC MEDECINE NUCLEAIRE AU MAROC

Deux Compteurs gamma:

IMMUNOTECH: 12 Wells

Service de médecine nucléaire:Hôpital Ibn Sina

PACKARD: 10 Wells (2002 IAEA)

III/ Détecteurs chimiques :

• Mettent à profit des réactions d’oxydo-réduction provoquées par les RI. Ces détecteurs sont très employés comme dosimètres en radiobiologie (mesure de doses absorbées très élevée).

IV/ Les appareils fondés sur la mesure des

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IV/ Les appareils fondés sur la mesure des

défauts de structure

1/ thermo luminescents : mesure de la dose de contact « bague »

═> défaut de structure stable

↓ ↓

Chauffage

═> disparition des défauts avec

émission de photons lumineux

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émission de photons lumineux

* Exemple :

Fluorure de Li (FLi) ou F2Ca : mesure de doses d’exposition d’intensité variable(5 millirads…2.105rad)

2/ Radio luminescents

3/ Détecteurs de transparence

V/ les calorimètres :

La désintégration des RE → libération d’énergie : chaleur que l’on mesure dans

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d’énergie : chaleur que l’on mesure dans un bloc de plomb.