Pourquoi, pour les photons, wR = 1 quelle que soit l'énergie ?

Bonjour,

Ce topic pour décomposer la tentaculaire problématique discutée par ailleurs en petits plusieurs problèmes et les éclaircir un par un. De plus on était sorti du sujet initial qu'on polluait un peu non à force ?

QUESTION A : POURQUOI wR = 1 QUELLE QUE SOIT L'ENERGIE DU PHOTON ?
A1.Le photon a plusieurs types d'interaction :

• effet photoélectrique : il cède toute son énergie E et ionisation si E>13,6 eV ( soit 8,5 10^-19 J )
  
• effet Compton : il est dévié et ne cède qu'une partie, tout dépend de l'énergie cédée
  
• production de paire : création de e+ et e- possible si E>1,022 MeV ( soit 1,6 10^-13 J )
  

A2. Or la probabilité de chacune de ces interactions varie selon l'énergie du photon :

• Un photon de 100 keV (soit 1,6 10^-14 J ... là c'est utile) a une petite probabilité de faire un effet photoélectrique, mais pas nulle. Donc une seule ionisation.
  
• Mais il est plus probable qu'il fasse au préalable quelques diffusions Compton, pourquoi pas en mettant en mouvement des électrons du cortège. Et puis finir par un effet photoélectrique.
  
• Moins probable mais possible, il ne fait que du Compton.
  
• Dans les 3 cas il a cédé 100 keV au milieu.
  
• Disons qu'il s'agissait d'un litre de flotte (ou d'Yquem pour le photon ça ne fera beaucoup de différence). La dose absorbée est la même pour les 3 cas : 1,6 10^-14 Gy.
  

A3. A énergie déposée égale, les photons ne créent pas le même nombre d'ionisations et les électrons secondaires n'ont pas la même énergie cinétique. Pourquoi la dose équivalente serait la même ?

A4. Je veux bien que wR reflète le TEL, je l'enseigne même, mais justement ce TEL est-il vraiment le même quelle que soit l'énergie des photons ?

• Le TEL conditionne bien la profondeur de pénétration, non ?
  
• Nous augmentons bien les keV quand l'épaisseur de l'objet augmente, non ?
  
• Ce faisant, nous allons chercher des photons dont l'énergie rend l'interaction moins probable, donc le dépôt d'énergie est plus faible. Donc la dose est plus faible ? CQFPD.
  

QUESTION B : POURQUOI wR ET Q SONT-ILS PRESQUE MAIS PAS TOUT A FAIT LA MEME CHOSE ?
Là c'est caché dans les CIPR et des moments d'anthologie de la radioprotection que je n'ai pas connu. Et je n'ai pas trouvé dans la doc du site.

A ce stade, j'ai compris une chose, c'est que je n'ai pas tout compris.
HELP ! I need somebody, not just anybody, I need somebody talking about radioprotection.
Baldaquin

Excuse moi Baldaquin, TEL ? j'ai raté un épisode !
transfer linéïque d'énergie (TLE)?

très con...ta pas vu beaucoup école !

Hello conta,
Oui TEL=TLE, on est bien d'accord.
Après vérification, je n'ai d'ailleurs plus le droit d'écrire TEL :http://franceterme.culture.fr/FranceTerme/recherche.html?NUMERO=NUCL350

Baldaquin con..fus

Pourquoi tant de haine un dimanche matin.............
Fred

Parce que je me dépêche de faire mes posts avant que la famille se lève !!!
J'y retourne il y a vote puis bon repas.

][/url]


Vaste sujet …

Je pense qu’il faut en revenir aux concepts de base : à quoi servent Wr et Q.

Pour rappel on a

1- les grandeurs opérationnelles (mesurables) : les équivalents de dose. Avec :

H=Q*D avec D la dose absorbée en un point D=de/dm.



Cette grandeur permet de prendre en compte l’effet des rayonnements sur les tissus via le facteur de qualité Q qui est directement relié au TLE.



Pour un spectre g ou X primaire, le TLE est en fait celui des électrons secondaires mis en mouvement. Pour les neutrons, se sont les noyaux de recul produits lors des chocs élastiques qui vont déterminer le TLE. Le fait que le TLE soit fonction de l’énergie, impose qu’à mesure que la particule chargée perd de l’énergie son TLE change, c’est le cas par exemple, d’un électron dont le TLE reste sensiblement constant tout le long de son parcours et se met à augmenter sensiblement en fin de parcours. Etant donné cette variation, on définit un TLE moyen qui dépend de l’énergie initiale de la particule, et considéré comme constant tout au long du parcours.

Pour les photons et les électrons Q(L_¥)=1 car L_¥<10 keV/µm (Radiat Prot Dosimetry (2004)109(4):297-302). Ainsi pour ce type de rayonnement la dose et l’équivalent de dose sont proches. C’est la raison pour laquelle le radioprotectionniste parle indifféremment de gray ou de sievert pour des photons ou des électrons.

2- Les grandeurs de protection : les équivalents de dose à un organe

Avec Ht=Wr*Dt (avec Dt dose à un organe cible on pert la notion ponctuelle dans ce cas).

Notons qu’auparavant (CIPR26), le passage entre les grandeurs physiques (dose absorbée) et les grandeurs de protection se faisait par le facteur de qualité Q (ce facteur reste d’actualité dans les grandeurs opérationnelles). La différence fondamentale entre Q et Wr réside dans le fait que le premier est directement lié au TLE (donc calculable) alors que le second est obtenu empiriquement, via des résultats d’expérimentations d’irradiations sur des cellules vivantes qui renvoient à l’EBR.

oups dans ma précipitation j'ai parlé de
"2- Les grandeurs de protection : les équivalents de dose à un organe"
il faut bien évidamment lire dose équivalente à un organe
ce qui vous en conviendrait est une erreur majeure de vocabulaire

Bonjour
Et bien voila une explication des plus claire.
Et pour une autre lecture instructive l'article paru dans la revue "radioprotection" n°4 de l'année 2000 :
http://www.radioprotection.org/index.php?option=article&access=standard&Itemid=129&url=/articles/radiopro/pdf/2000/04/paul.pdf
Un article de Didier PAUL sur le sujet.
KLOUG

bonsoir,

Il est à noter que de nouvelles recommandation sont en cours, avec quelques changement de valeurs. voir la cipr 103 dont voici le lien (et en français, s'il vous plait!!).
http://www.icrp.org/docs/P103_French.pdf
Mais les spécialistes de la réglementation pourront nous dire où en sont les transpositions.

PPJ le retour

Bonjour,
concernant la CIPR 103, pour les photons et les électrons les Wr restent à 1 pour les mêmes raisons que citées précédemment :


"(116) Photons, électrons et muons. Les photons, les électrons et les muons sont des

rayonnements ayant des valeurs de TEL inférieures à 10 keV/m. Ces rayonnements

ont toujours fait l’objet d’une pondération pour les rayonnements égale

à 1." (extrait de la CIPR 103)

Ainsi les doses équivalentes à un organe (pour les photons et éléectrons) devraient être identiques (attention ce ne sera pas le cas pour les neutrons). Par contre les Wt changent donc la dose efficace devrait changer.

Pour les grandeurs opérationnelles (équivalent de dose) on reste sur les mêmes notions que pour la CIPR 60 donc a priori pas de bouleversement.

Quand à la transposition de la CIPR 103 en directive européenne puis en droit français, rappelez vous la transposition CIPR 60 : 1990 -> 1996 -> 2003 ...

Bonjour,

Comme ceci a été décrit
précédement les facteurs de pondération servent
à mettre en évidence le détriment biologique lié
à une exposition (grandeur dite de protection nomée
dose équivalente et notée H). Ce qui signifie que pour
une même dose absorbée, l'impact sur un tissus sera
différent en fonction du rayonnement à l'origine de
l'exposition.

Pour cela des cellules souches ont été
exposées à un même niveau de dose avec divers
rayonnements généralement chargés (alpha, beta,
proton....).

Le nombre de cellules souches détriutes
aprés le passage de proton est 5× plus important
qu'aprés le passage d'électrons (en raison il est vrai
de leur différence de Transfert Linéique d'Energie), il
est 20×plus important aprés le passage d' alpha.

D'ou une système de pondération
ayant pour base les électrons à 1, 5 pour les protons
et 20 pour les alpha




Les photons en intéragissant
dans la matière cédent leur énergie à des
électrons (le Kerma) ces électrons exposerons par leur
TLE les tissus avoisinant (la Dose), qui engendrera un détriment
biologique au tissus exposé, la dose équivalent (H).

Il est donc normale de trouver 1 en
facteur de pondération pour les photons puisque la dose cédée
au tissus est issue de l'intéraction d'électrons.

La variation d'energie des photons
influera sur la variation d'énergie emporté par les
electron et donc sur la dose elle aussi, mais pas sur la nature des
éléments à l'origine du dépôt
d'énergie, donc un facteur de pondération à 1
quelque soit l'énergie des photons.

Sur ce même raisonnement il
estalors possile de mieux comprendre pourquoi une variation pour les
neutrons. Ceux ci interagissent exclusivament avec les noyaux des
atomes. Les éléments nous constituant comporte
Carbonne Hydrogène Oxygène et Azote (pour ceux qui en
doutait nous sommes tous des CONH).

A basse energie, les neutrons
interagissent principalement par diffucion élastique sur
l'Hydrogène, ce qui à pour conséquence la mise
en mouvement d'un proton recul dans les tissus. Proton qui ont un
facteur de pondération de 5, d'ou un facteur de pondération
de 5 pour les neutrons à basse énergie.

Pour connaître l'interaction
préférentielle des neutrons en fonction de leur énergie
il faut analyser les courbes de sections efficaces du CHON, et vous
verez que pour les neutrons ayant un facteurs de pondération à
20, il existe des réactions (n,alpha) avec une probabilité
( ou section efficace) importante.

Merci beaucoup de vos réponses.

A dire vrai, je suis encore embêté par les cas limites.
Je vais choisir des exemples simplistes d'interaction dans l'eau, j'espère que vous ne m'en voudrez pas :

1. soit un bête photon de 30 eV. S'il fait 3 diffusions Compton (peu probable mais pas impossible si j'en crois les courbes) en cédant 10 eV à chaque fois : 30 eV absorbés, 0 ionisation, 0 électrons.
   
2. Un autre photon de 30 eV cède 10 eV par diffusion Compton, puis 20 eV avec un effet photoélectrique. Toujours 30 eV absorbés, mais 1 ionisation et 1 électron secondaire.
   
3. Un dernier photon de 30 eV fait directement un effet photoélectrique et donc crée lui aussi un électron secondaire. Mais ce dernier peut créer une ionisation. Donc possibilité en tout de 2 ionisations.
   

Je laisse de côté les désexcitations de 10 eV qui ne vont pas pouvoir créer d'ionisation. Je pencherai pour une dose absorbée égale dans les 3 cas (30 eV), mais un nombre d'ionisations bien différent, donc une dose sievert différente.


Autre question naïve :

• Un neutron de 100 keV a un wR de 10 et un neutron de 101 keV un wR de 20. Ca fait dangereux le keV supplémentaire. Remarquez sur l'autoroute il y a aussi une différence certaine entre 130 et 131 km/h.
  

Où est le biais dans mon raisonnement ?
Baldaquin
Vous m'excuserez si sur ce fil je n'utilise les unités SI ni pour les énergies ni pour les limites de vitesse .

Baldaquin,
concernant ton premier point je réfléchi pour structurer ma réponse, car le problème en dosimétrie c'est que l'on n'est pas capable de quantitifer de manière exacte l'energie cédée dans le tissus considéré, mais uniquement une valeur moyenne de celle-ci. mais j'y reviendrai après.
Pour la seconde concernant la valeur de Wr qui varient brutalement, c'est vrai ce n'est pas raisonnable. C'est pourquoi dans l'arrêté du 1 septembre 2003 relatif aux modalités de calcul de dose efficace, sous le tableau des Wr il y a une indication pour les neutrons.



Cette fonction prend en compte le % d'interaction par réaction (n,p) ou (n,alpha) en fonction de l'énergie des neutrons.
Je réfléchi pour le 1érement.





Le calcul du kerma prend en compte
l'énergie transmise à un élément de
matière d'épaisseur dx.


Considérons alors qu'un certain
nombre de photon (Nγ) d'énergie
Eγ parviennent à l'élément considéré.

Le nombre moyen d'interaction
qu'aura subit cet élément de matière dépend
quant à lui de la probabilité d'interagir
qu'auront ces photons dans cet élément d'épaisseur
dx. D'après la loi d'atténuation des photons, ceci
nous conduit à:

Nbre ayant interagit=Nγ×(1-exp(-µdx))

dx étant petit il est possible
de faire un DL à l'ordre 1 ce qui donne:

Nbre moyen ayant interagit=Nγ×µdx

µ:
prend en compte les trois types d'interaction avec
µ=µphotoélectrique+µcompton+µProduction
de paire.

Quel est alors l'énergie moyenne
cédée à cet élément. Ceci dépend
directement du mode d'interaction des photons, puisque en
fonction de son mode d'interaction l'énergie libérée diffère comme suit:

• 
  Dans le cas d'un effet
  photoélectrique l'élément recevra en moyenne:
  Eγ-Energie de liason de
  l'électrons arraché (Bl), et nous considérons
  que le X de réarrangement interagira dans un autre
  élément de matière
  
• 
  dans
  le cas d'un effet compton l'élément recevra en moyen
  Eγ-Eγ'(du diffusé que l'on considère comme interagissant dans un autre élément de matière)
  
• 
  dans
  le cas de la production de paire l'élément recevra
  Eγ-1,022Mev, l'énergie nécessaire pour créer la paire
  électron positon. Les photon issu du positronium d'annihilation
  sont une fois encore considéré comme interagissant
  dans un autre élément de matière.
  

Comme
tu peut le constater c'est ici qu'il y a une première
divergence entre ton raisonnement et celui généralement
retenu pour les calculs de kerma (et tout ce qui découlera),
une interaction unique dans l'élément de matière
pour un photon considéré. Donc pour ton hypothèse
qui pour les trois cas exposés sont:

• 
  3
  diffusions compton successive
  
• 
  1
  compton suivi d'un effet photoélectrique
  
• 
  1 photoélectrique seul
  

Les
valeurs de dose absorbée sont différentes de 10eV à
30eV, donc l'impact est différent.




Bon
cela noie le poisson (clown évidement) mais ne répond pas pour autant à
ta question, car au prochain tour de piste tu vas me dire imaginons un élément
de matière subissant les interactions primaires
successives suivantes:

• 
  3
  effet compton de 10eV chacun
  
• 
  1
  compton de 10eV et 1 photoélectrique de 20eV
  
• 
  1
  photoélectrique de 30eV
  

Il
est vrai que dans ce cas de figure pour une même énergie
déposée il y a un nombre d'ionisation qui diffère.

Mais
le calcul dosimétrique ne permet pas une estimation précise de la dose reçue, mais uniquement une estimation moyenne (pondéré par les valeur de µ) à la fois des effets
et de la valeur de dose associée.



Dans notre cas de figure l'énergie
cédée à l'élément
est alors donné par:
ΔEcédée=Nγ×(µphotoélectrique×(Eγ-Bl)
+
µcompton×(Eγ-Eγ')+µprodpaire×(Eγ-1,022))×dx

Il
faut bien avoué tout de même que pour un photon de 30eV
le cas le plus probable sera l'effet photoélectrique, donc une
ou deux ionisations. (Dans l'hypothèse retenu sur 6 observations d'interaction apparait 4 fois la moins probable!)


Il vient ensuite en posant:

µTr=(µphotoéléectrique×(Eγ-Bl)
+
µcompton×(Eγ-Eγ')+µprodpaire×(Eγ-1,022))/
Eγ

que:

ΔEcédée=Nγ×
Eγ×µTr/rho×dm

Comme
le Kerma est définit comme étant la dérivée
de l'énergie cédée par unité de masse il
vient que:

K=
Nγ× Eγ×µTr/rho

et
si l'équilibre électronique est atteint alors K=D=H car
Wr=1

Bonsoir
Hormis la formule, ELBE avait déjà donné le tableau.
KLOUG

Justement j'avais prévu de demander les formules par la suite, pour justement comprendre un peu plus avant (encore des petits trucs qui me chiffonnent).
Merci gerald donc de prévenir mes questions et tous de vous décarcasser dans les explications.
Je regarde donc le dernier post de gerald à tête reposée et reviens à la charge avec mes ravissements .. ou de nouvelles questions.

Mais là vous m'excusez il fait enfin beau .

BaladeQuin

Je sais que je déterre un ancien post, mais comme c'est un sujet intéressant, je m'y suis replongé...

Citation :

Un neutron de 100 keV a un wR de 10 et un neutron de 101 keV un wR de 20. Ca fait dangereux le keV supplémentaire. Remarquez sur l'autoroute il y a aussi une différence certaine entre 130 et 131 km/h.

C'est rectifié désormais avec la CIPR103 qui prévoit une fonction continue entre Wr et énergie du neutron, au contraire de la CIPR60 qui proposait une fonction par paliers.