46
Physique appliquée à l’exposition externe : dosimétrie et radioprotection
deux fois la charge de l’électron, ce qui impacte l’effet de la force de Coulomb
dont la forme est donnée par l’équation (2.2).
2
2
c
ze
F
r
∝
(2.2)
Avec r la distance entre la particule incidente et l’électron du cortège, e la
charge électrique et z le nombre de charges de la particule chargée incidente.
Le développement précédent permet de constater que :
2
2
e
( )
( )
c
T
F
z
− ∝
∝
;
cette différence de charge provoque donc une majoration d’un facteur 4 supplémentaire sur l’énergie cédée. Cette approche doit cependant être nuancée.
En réalité, l’énergie transférée pour les particules lourdes chargées est limitée
par les lois de conservation de la quantité de mouvement et de l’énergie cinétique (cf. CI 2.1) : l’électron ne peut emporter plus de 1/2000 de l’énergie de
l’alpha. Par conséquent, l’énergie cinétique importante transférée au milieu par
la particule lourde chargée se fera en faibles quantités, au travers d’un grand
nombre de collisions sur les électrons du cortège électronique environnant le
passage de la particule chargée. Rappelons, par ailleurs, que si l’électron a la
possibilité de céder toute son énergie lors d’une seule interaction coulombienne
(cf. CI 2.1), ce cas de figure n’est significativement probable qu’en fin de parcours, donc à faible énergie, avec de fait un transfert d’énergie extrêmement
faible à l’électron du milieu.
Une conséquence microscopique sur les cellules du milieu biologique est la
différence de densités de cassure de brins sur l’ADN selon le type de particules
chargées incidentes : nous avons précédemment admis que plus les cassures
sont rapprochées (e.g. cassures double-brin), moins les mécanismes de réparation de lésions sont efficaces. Le raisonnement physique proposé ci-dessus établit clairement que la densité d’ionisation augmente avec la masse, la charge et
l’énergie de la particule, expliquant une différence de typologie de dépôt de
dose absorbée et par suite de comportement vis-à-vis de l’EBR. Nous verrons
dans le chapitre 3, au paragraphe relatif aux grandeurs sanitaires de radioprotection, que cette nocivité biologique est prise en compte au travers de facteurs
de pondération liés aux types de rayonnement et à leurs énergies (i.e.
( )
(e )
R
R
w
w
−
α
au chapitre 3).
Une conséquence vis-à-vis de la trajectoire de l’alpha est déductible de
l’approche cinématique classique (cf. CI 2.1) :
α
−
α
α
α
−
α
α
−
θ
θ =
−
θ
θ =
≅
≈ θ ≈
0
e 2
2
0
1
1
0
e 2
2
1
1
1
1
cos
cos
cos
cos
1
0
m v m v
m v
m v
m v m v
m v
m v
Ce qui traduit une trajectoire sensiblement rectiligne de l’alpha dans la matière ; il en serait de même pour le proton ou toute autre PLC.
Pour les électrons, plus la particule passe lentement et à proximité d’un
électron du cortège électronique, plus le transfert d’énergie par interaction
coulombienne et sa déviation sont importants. Pour une énergie supérieure à
500 keV (v > 0,9c), l’électron est largement relativiste, ce qui induit peu
d’interactions, quasiment pas de déviation et un phénomène assimilable à une
Physique appliquée à l’exposition externe : dosimétrie et radioprotection
deux fois la charge de l’électron, ce qui impacte l’effet de la force de Coulomb
dont la forme est donnée par l’équation (2.2).
2
2
c
ze
F
r
∝
(2.2)
Avec r la distance entre la particule incidente et l’électron du cortège, e la
charge électrique et z le nombre de charges de la particule chargée incidente.
Le développement précédent permet de constater que :
2
2
e
( )
( )
c
T
F
z
− ∝
∝
;
cette différence de charge provoque donc une majoration d’un facteur 4 supplémentaire sur l’énergie cédée. Cette approche doit cependant être nuancée.
En réalité, l’énergie transférée pour les particules lourdes chargées est limitée
par les lois de conservation de la quantité de mouvement et de l’énergie cinétique (cf. CI 2.1) : l’électron ne peut emporter plus de 1/2000 de l’énergie de
l’alpha. Par conséquent, l’énergie cinétique importante transférée au milieu par
la particule lourde chargée se fera en faibles quantités, au travers d’un grand
nombre de collisions sur les électrons du cortège électronique environnant le
passage de la particule chargée. Rappelons, par ailleurs, que si l’électron a la
possibilité de céder toute son énergie lors d’une seule interaction coulombienne
(cf. CI 2.1), ce cas de figure n’est significativement probable qu’en fin de parcours, donc à faible énergie, avec de fait un transfert d’énergie extrêmement
faible à l’électron du milieu.
Une conséquence microscopique sur les cellules du milieu biologique est la
différence de densités de cassure de brins sur l’ADN selon le type de particules
chargées incidentes : nous avons précédemment admis que plus les cassures
sont rapprochées (e.g. cassures double-brin), moins les mécanismes de réparation de lésions sont efficaces. Le raisonnement physique proposé ci-dessus établit clairement que la densité d’ionisation augmente avec la masse, la charge et
l’énergie de la particule, expliquant une différence de typologie de dépôt de
dose absorbée et par suite de comportement vis-à-vis de l’EBR. Nous verrons
dans le chapitre 3, au paragraphe relatif aux grandeurs sanitaires de radioprotection, que cette nocivité biologique est prise en compte au travers de facteurs
de pondération liés aux types de rayonnement et à leurs énergies (i.e.
( )
(e )
R
R
w
w
−
α
au chapitre 3).
Une conséquence vis-à-vis de la trajectoire de l’alpha est déductible de
l’approche cinématique classique (cf. CI 2.1) :
α
−
α
α
α
−
α
α
−
θ
θ =
−
θ
θ =
≅
≈ θ ≈
0
e 2
2
0
1
1
0
e 2
2
1
1
1
1
cos
cos
cos
cos
1
0
m v m v
m v
m v
m v m v
m v
m v
Ce qui traduit une trajectoire sensiblement rectiligne de l’alpha dans la matière ; il en serait de même pour le proton ou toute autre PLC.
Pour les électrons, plus la particule passe lentement et à proximité d’un
électron du cortège électronique, plus le transfert d’énergie par interaction
coulombienne et sa déviation sont importants. Pour une énergie supérieure à
500 keV (v > 0,9c), l’électron est largement relativiste, ce qui induit peu
d’interactions, quasiment pas de déviation et un phénomène assimilable à une