Applications médicales et industrielles

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Radioactivité et applications nucléaires

Applications médicales de la radioactivité 🏥

La radioactivité trouve de nombreuses applications en médecine, principalement en imagerie et en thérapie.

Médecine nucléaire et imagerie

La scintigraphie utilise des traceurs radioactifs pour visualiser le fonctionnement des organes.

Exemple : le technétium 99m pour l’imagerie osseuse.

$\^{99m}_{43}Tc \rightarrow \^{99}_{43}Tc + \gamma$

Période : T = 6 heures, idéal pour les examens médicaux.

La tomographie par émission de positons (TEP)

La TEP utilise des émetteurs de positons comme le fluor 18 :

$\^{18}_9F \rightarrow \^{18}_8O + e^+ + \nu_e$

L’annihilation positron-électron produit deux photons gamma détectés simultanément.

Radiothérapie contre le cancer 🎯

La radiothérapie utilise les rayonnements ionisants pour détruire les cellules cancéreuses.

Curiethérapie : sources radioactives placées à l’intérieur ou près de la tumeur.

Radiothérapie externe : accélérateurs linéaires produisant des rayonnements de haute énergie.

Applications industrielles 🏭

La radioactivité est utilisée dans de nombreux domaines industriels.

Contrôle non destructif (CND)

Les gammagraphies utilisent les rayons gamma pour inspecter les soudures et détecter les défauts.

Source typique : iridium 192

$\^{192}_{77}Ir \rightarrow \^{192}_{78}Pt + e^- + \bar\nu_e$

Stérilisation par irradiation

Les rayonnements gamma stérilisent le matériel médical et les aliments en détruisant les micro-organismes.

Dose typique : 25-50 kGy (kiloGray)

Jauges et mesures d’épaisseur

Les jauges radioactives mesurent l’épaisseur des matériaux en fonction de l’atténuation du rayonnement.

Loi d’atténuation :

$I = I_0 e^{-\mu x}$

Où :

I₀ : intensité incidente
I : intensité transmise
μ : coefficient d’atténuation
x : épaisseur du matériau

Traceurs radioactifs

Les traceurs permettent de suivre le cheminement de fluides dans les installations industrielles.

Datation en archéologie et géologie

Différentes méthodes selon l’âge à dater :

Carbone 14 : jusqu’à 50 000 ans
Potassium-argon : millions d’années
Uranium-plomb : milliards d’années

Production d’électricité nucléaire ⚡

Les centrales nucléaires fournissent environ 10% de l’électricité mondiale.

Cycle du combustible nucléaire :

$\text{Mine} \rightarrow \text{Enrichissement} \rightarrow \text{Réacteur} \rightarrow \text{Retraitement}$

Sécurité et radioprotection 🛡️

Principes fondamentaux de radioprotection :

Temps : limiter la durée d’exposition
Distance : s’éloigner des sources (loi en 1/d²)
Écran : utiliser des protections adaptées

Débit de dose à distance d :

$D(d) = \frac{D_0}{d^2}$

Gestion des déchets radioactifs

Classification des déchets :

FA-VL : Faible activité à vie courte
MA-VL : Moyenne activité à vie courte
HA : Haute activité (vie longue)

Exemple de calcul de radioprotection

Un technicien travaille à 2 m d’une source donnant 100 μSv/h à 1 m. Quelle est sa dose reçue en 4 heures ?

$D(2) = \frac{100}{2^2} = 25 \mu\text{Sv/h}$

$D_{\text{total}} = 25 \times 4 = 100 \mu\text{Sv}$

Avantages et inconvénients des applications nucléaires

Avantages :

Énergie dense et faible émission de CO₂
Applications médicales sauvent des vies
Contrôles industriels précis

Inconvénients :

Déchets radioactifs à gérer
Risques d’accidents
Prolifération nucléaire

Schéma d’une centrale nucléaire

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Récapitulatif des applications 💡

Médical : diagnostic (TEP, scintigraphie) et thérapie (radiothérapie)

Industriel : contrôle qualité, stérilisation, jauges

Énergétique : production d’électricité bas carbone

Sécurité : respecter temps-distance-écran pour toute manipulation