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Physique appliquée à l’exposition externe : dosimétrie et radioprotection
Pour obtenir des particules à une énergie élevée, un accélérateur de particules produit un champ électrique intense (dans le cas de notre exemple cidessus un champ électrique de 3 MV) et extrait puis accélère des particules via
ce que l’on appelle la « source », constituée par exemple par des électrons
libres produits lors du passage d’un courant dans une cathode. Dans ce type de
machine, si l’on se contente d’arrêter « la source », le champ électrique reste
présent et est suffisamment intense pour arracher des électrons « libres » sur
la cathode ou les parois de l’accélérateur. On estime que ce courant appelé
« froid » est de quelques nA. Si l’on considère l’exemple précédent, avec un
courant de 1 nA, on obtient 1·10
6 fois moins de dose qu’avec la « source
d’électrons » de 1 mA, en rappelant que la dose est directement proportionnelle au courant. Ceci engendre tout de même un débit d’équivalent de dose
rémanent de 210 mSv·s
–1 soit 756 Sv·h
–1
. Ainsi, une machine partiellement
arrêtée, à savoir haute tension en fonctionnement et courant à l’arrêt, délivre
en continu un débit d’équivalent de dose extrêmement élevé : c’est la conséquence radiologique de l’effet dit de « cathode froide ». L’arrêté du 21 mai
2010, définissant les modalités de contrôle de radioprotection, impose la recherche de ce type de problématique dans les accélérateurs ou les générateurs
X. Il est important de se prémunir de cet effet qui peut être à l’origine
d’accidents d’irradiation graves, citons l’accident de Forbach en 1991 [7].
4.7 Cas des rayonnements issus du freinage
des électrons
4.7.1 Généralités
Des particules chargées de masse m et de charge Ze pénétrant dans un matériau cible subissent des interactions coulombiennes avec les électrons orbitaux et le noyau (de charge Ze). Les particules peuvent être soumises à de
fortes accélérations. En mécanique classique, quand une particule chargée subit
une accélération, elle rayonne de l’énergie sous forme d’une onde électromagnétique et se ralentit. La mécanique quantique lui fait correspondre l’émission de
photons.
L’accélération a des particules de charge q à une distance r d’un noyau est
obtenue par la force de Coulomb selon l’équation (4.24).
2
0
4
qZe
qZe
m a
a
m
r
=
∝
πε
(4.24)
L’énergie rayonnée, quand à elle, est proportionnelle à a
2
, c’est-à-dire à
l’inverse de la masse de la particule au carré, ce qui implique que le rayonnement de freinage est négligeable pour des particules lourdes, mais significatif
pour des électrons. Ce rayonnement photonique est appelé « rayonnement de
freinage » ou bremsstrahlung.
Physique appliquée à l’exposition externe : dosimétrie et radioprotection
Pour obtenir des particules à une énergie élevée, un accélérateur de particules produit un champ électrique intense (dans le cas de notre exemple cidessus un champ électrique de 3 MV) et extrait puis accélère des particules via
ce que l’on appelle la « source », constituée par exemple par des électrons
libres produits lors du passage d’un courant dans une cathode. Dans ce type de
machine, si l’on se contente d’arrêter « la source », le champ électrique reste
présent et est suffisamment intense pour arracher des électrons « libres » sur
la cathode ou les parois de l’accélérateur. On estime que ce courant appelé
« froid » est de quelques nA. Si l’on considère l’exemple précédent, avec un
courant de 1 nA, on obtient 1·10
6 fois moins de dose qu’avec la « source
d’électrons » de 1 mA, en rappelant que la dose est directement proportionnelle au courant. Ceci engendre tout de même un débit d’équivalent de dose
rémanent de 210 mSv·s
–1 soit 756 Sv·h
–1
. Ainsi, une machine partiellement
arrêtée, à savoir haute tension en fonctionnement et courant à l’arrêt, délivre
en continu un débit d’équivalent de dose extrêmement élevé : c’est la conséquence radiologique de l’effet dit de « cathode froide ». L’arrêté du 21 mai
2010, définissant les modalités de contrôle de radioprotection, impose la recherche de ce type de problématique dans les accélérateurs ou les générateurs
X. Il est important de se prémunir de cet effet qui peut être à l’origine
d’accidents d’irradiation graves, citons l’accident de Forbach en 1991 [7].
4.7 Cas des rayonnements issus du freinage
des électrons
4.7.1 Généralités
Des particules chargées de masse m et de charge Ze pénétrant dans un matériau cible subissent des interactions coulombiennes avec les électrons orbitaux et le noyau (de charge Ze). Les particules peuvent être soumises à de
fortes accélérations. En mécanique classique, quand une particule chargée subit
une accélération, elle rayonne de l’énergie sous forme d’une onde électromagnétique et se ralentit. La mécanique quantique lui fait correspondre l’émission de
photons.
L’accélération a des particules de charge q à une distance r d’un noyau est
obtenue par la force de Coulomb selon l’équation (4.24).
2
0
4
qZe
qZe
m a
a
m
r
=
∝
πε
(4.24)
L’énergie rayonnée, quand à elle, est proportionnelle à a
2
, c’est-à-dire à
l’inverse de la masse de la particule au carré, ce qui implique que le rayonnement de freinage est négligeable pour des particules lourdes, mais significatif
pour des électrons. Ce rayonnement photonique est appelé « rayonnement de
freinage » ou bremsstrahlung.