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CH 1 LA DETECTION DESRAYONNEMENTSIONISANTSPR N BEN RAIS AOUADChef de service de médecine nucléaire IBN SINADirecteur de l équipe de recherche en oncologienucléaire IBN SINAPr N Ben Raïs Aouad 1

LA DETECTION DES RAYONNEMENTSIONISANTSI Les détecteurs d’ionisation1- Les détecteurs à gaz2- Les détecteurs à semi- conducteurs3- Les émulsions photographiquesII Les détecteurs d’excitation1-Amplificateur de luminance2-Les détecteurs à scintillationA- Description d’un détecteur à scintillation1- Scintillateur2- Photomulticateur3- Electronique associéeB-Utilisation médicale1-Le compteur gamma2-Imagerie3-RadioprotectionPr N Ben Raïs Aouad 2

LA DETECTION DESRAYONNEMENTSIONISANTSIII- Les détecteurs chimiquesIV-Les appareils fondés sur les défauts destructure1- Thermoluminescents2- Radioluminescents3- De transparenceV- Les calorimètresPr N Ben Raïs Aouad 3

LA DETECTION DESRAYONNEMENTS IONISANTS• La détection d’un rayonnement résulte del’interaction entre ce rayonnement et unmilieu matériel appelé détecteur.• La détection de particules chargées ou dephotons utilisera l’un des deux modespossibles d’interaction : l’ionisation oul’excitation.Pr N Ben Raïs Aouad 4

Les effets les plus utilisés :*Détecteurs d’ionisation+++-Ionisation des gaz +++-Ionisation des solides (semi conducteurs)- Émulsions photographiques*Détecteurs d’excitation+++-Amplificateurs de luminance-Détecteurs à scintillation*Détecteurs chimiques*Création des défauts de structure par irradiation*Élévation de température (calorimètre)Pr N Ben Raïs Aouad 5

I- Les détecteurs d’ionisation :Mesure d’une charge électrique produite par lerayonnement (dans le gaz ou le solide).1- Les détecteurs à gaz :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).Pr N Ben Raïs Aouad 6

Pr N Ben Raïs Aouad 7

Normalement quelque soit la ddp : aucuncourant ne traverse la chambre, mais si uneparticule traverse l’enceinte de gaz, il y ainteraction entre le rayonnement ionisant et lesmolécules de gaz.• production d’un grand nombre :D’ion + attirés par la cathode.D’e- attirés par l’anode»»» Courant électriqueCe courant électrique dépend de la ddp entre lesélectrodesPr N Ben Raïs Aouad 8

• - Si ddp < 100 Volt : pas de courant électrique.Les électrons ne sont pas suffisammentaccélérés et se recombinent avec les ionspositifs ═» c’est le régime de recombinaison.• - Si 100 < ddp < 200Volt : chambre d’ionisation.Régime d’ionisation primaire. La recombinaisonest nulle.Utilisation : activimètre ,babyline (MédecineNucléaire, Radiothérapie), ….Pr N Ben Raïs Aouad 9

- Si 300 < ddp < 1000 Volt : Régime Proportionnel.Le champ électrique est intense ═» électrons et ionspositifs acquièrent une énergie cinétique élevée ═»Ionisation secondaire.- Si ddp ≥ 1100 volt ++: ionisation primaire → ionisationsecondaire → ionisation tertiaire…….Avalanche d’ions multipliés en chaîne = avalancheTownsend ═» Impulsion électrique très intense.La charge collectée est indépendante de L'ionisationinitiale : Régime Geiger Muller = GM (détection de lacontamination par des produits radioactifs)Pr N Ben Raïs Aouad 10

2/ Détecteurs à semi conducteurs:« Chambres d'ionisation solides »Intérêt : très bonne résolution en énergie : ++pour le rayonnement gamma.3/ Émulsions photographiques :(Cours de radiologie).Pr N Ben Raïs Aouad 11

II/ Les détecteurs d'excitation :1/ L’amplificateur de luminance :(Cours de radiologie)2/ Les détecteurs à scintillation :Utilisent la propriété de certaines substancesd'émettre des photons visibles ou ultraviolets(UV) lorsqu'elles sont soumises à l'action desrayonnements ionisants.A/ Description d’un détecteur à scintillationComprend : un scintillateur (Sc)Un photomultiplicateur (PM)Une électronique associéePr N Ben Raïs Aouad 12

Schéma :Pr N Ben Raïs Aouad 13

1/ Le scintillateur :• Rôle : convertit le rayonnement incident enphoton lumineux (ou UV).• Les différents types de Scintillateurs :→ Minéraux : iodure de Na : INa « γ»→ Organiques : détecteur β-→ Liquides : β- de faible énergiePr N Ben Raïs Aouad 14

• Le fonctionnement : ++ Particules chargées : α, β-Absorption par excitation ═> Désexcitation par émission dephotons lumineux :scintillation. Photons X, γInteraction avec le scintillateur (Φ+++, compton++, p)═> mise en mouvement d’un e- secondaire ═> excitation═> Désexcitation par émission de photons lumineux ═>scintillation.• Les caractéristiques :Efficacité de détection, rendement lumineux, constante tempsde fluorescence (temps faible → taux de comptage élevé)…Pr N Ben Raïs Aouad 15

2/ Le photomulticateur :PM :• Rôle : convertit le signal lumineux en signalélectrique.• Le PM est composé de:*Photocathode : qui transforme les photonslumineux du scintillateur en e-.*Multiplicateurs d’e- : Dynodes.*Anode : recueille les e- de la dernièredynode et les transforme en signalélectrique.Pr N Ben Raïs Aouad 16

3/ Électronique associée :• préamplificateur.• Amplificateur.• Dispositifs de comptage.NB : rendement : 20-60% (GM ≈ 1%)B/ Utilisation médicale :1/ Compteur gamma (β-, γ )• Radio-analyse : radio immunologie(rayonnement γ de 125 I « iode 125 » ) : dosagedes hormones et marqueurs tumoraux.Pr N Ben Raïs Aouad 17

2/ Imagerie :Détection du rayonnement γ → image =scintigraphieLes différents types d’appareils sont:• Scintigraphe à balayage(1970)• Gamma caméras : plusieurs types :1)planaire (1956).2) tomographie : image en coupe: TEMP(tomographied’émission monophotonique) ou SPECT (en anglais):simple tête;double tête ou triple tête3) tomographie hybride:TEMP-CTou SPECT-CT4) TEP : tomographie par émission de positrons(on détecte les photons γ de 511 KeV).5)TEP-CT : morpho TEP3/ radioprotection: Antropogammamètre.Pr N Ben Raïs Aouad 18

IBN SINA

MEDECINE NUCLEAIRE AU MAROCService de médecine nucléaire:Hôpital Ibn SinaGamma 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 SINAPr N Ben Raïs Aouad 22

Pr N Ben Raïs Aouad 23

MEDECINE NUCLEAIRE AU MAROCService de médecine nucléaire:Hôpital Ibn SinaDeux Compteurs gamma:IMMUNOTECH: 12 WellsPACKARD: 10 Wells(2002 IAEA)

III/ Détecteurs chimiques :• Mettent à profit des réactions d’oxydo-réductionprovoquées par les RI. Ces détecteurs sont trèsemployés comme dosimètres en radiobiologie(mesure de doses absorbées très élevée).IV/ Les appareils fondés sur la mesure desdéfauts de structure1/ thermo luminescents : mesure de la dose decontact « bague »Pr N Ben Raïs Aouad 26

═> défaut de structure stable↓↓Chauffage* Exemple :═> disparition des défauts avecémission de photons lumineuxFluorure de Li (FLi) ou F2Ca : mesure de dosesd’exposition d’intensité variable(5 millirads…2.10 5 rad)2/ Radio luminescents3/ Détecteurs de transparencePr N Ben Raïs Aouad 27

V/ les calorimètres :La désintégration des RE → libérationd’énergie : chaleur que l’on mesure dansun bloc de plomb.Pr N Ben Raïs Aouad 28