Types de rayonnements ionisants

Les rayonnements ionisants

Définition et conséquences 

Un rayonnement est qualifié d’ionisant lorsqu’il est capable de transférer aux atomes qu’il croise une énergie suffisante pour leur arracher un électron . Cette altération peut déstabiliser les molécules constituant les cellules du vivant, induisant des perturbations biochimiques. Les conséquences biologiques peuvent être importantes. En effet, les lésions cytoplasmiques et membranaires peuvent entrainer la mort de la cellule d’où l’apparition de lésion ou de la perte de fonction du tissu touché. Lorsque l’ADN est altéré nous pouvons potentiellement observer un développement tumoral .

Types de rayonnements ionisants

Les rayonnements ionisants sont constitués par les rayonnements particulaires (alpha et bêta), les neutrons ainsi que les rayonnements électromagnétiques (gamma et X) .

Rayonnements particulaires

❖ Rayon α
Les rayons α sont constitués de noyaux d’hélium (4 2He), eux-mêmes composés de deux protons et deux neutrons (figure 2). Ils représentent un danger pour la santé lors d’une contamination interne où la source de rayons α est en contact permanent avec l’organisme .

❖ Rayon β
Le rayon β est composé d’un positon β- (figure 3) ou d’un électron β+ (figure 4) émis lors d’une désintégration radioactive. Elles peuvent parcourir une distance de quelques centimètres dans la matière vivante.

Neutrons

Les neutrons traversent aisément les métaux les plus lourds. Ils sont cependant rapidement ralentis et absorbé par des substances contenant des atomes légers et donc par le corps humain [10].

Rayonnements électromagnétiques
Ce type de rayonnements correspond à une onde énergétique répondant aux lois de la physique ondulatoire. Ces rayonnements ionisants sont compris entre le rayonnement ultraviolet et les rayonnements cosmiques. Il en existe deux : rayonnement γ et X .

Sources des rayonnements ionisants

Les rayonnements ionisants sont issus principalement de deux sources ; sources naturelles et de sources artificielles.

Sources naturelles

Les sources naturelles sont d’origine cosmique ou tellurique. Les rayonnements cosmiques sont émis lors d’éruptions solaires ou d’explosions d’étoiles. Ils représentent 12% des expositions naturelles annuelles. Le rayonnement tellurique résulte de la désintégration de l’uranium 238 et de ses descendants (radon, thorium, radium…).

Lors de sa désintégration, l’uranium émet des rayonnements α et β, généralement accompagnés de rayonnements gamma. Ces rayonnements gamma telluriques représentent 21% de l’exposition naturelle annuelle. L’exposition aux rayonnements α et β sera principalement causée par une exposition interne. Ces émissions augmentent le risque d’apparition d’effet radio-induit au niveau des voies respiratoires et plus particulièrement des poumons .

Source artificielle

Les rayonnements ionisants provenant de sources artificielles sont majoritairement issus des pratiques de la médecine moderne (scanner, radiothérapie…) et apportent en moyenne 1,3mSv par personne et par an, ce qui en fait la deuxième source d’exposition après le radon (en moyenne 1,4mSv par personne et par an). Certaines professions comme sont en contact avec des sources artificielles de façon chronique, tels que les radiologues, exposés aux rayons émis par leur équipement, ou les travailleurs du cycle du nucléaire, exposés aux produits issus de l’enrichissement de l’uranium. Des études ont montré que plus de 95% des travailleurs en France surveillés reçoivent moins de 1mSv, et seulement quelques dizaines de travailleurs reçoivent une dose dépassant 20 mSv par an [13;17]. Aujourd’hui, les sources artificielles les plus courantes de rayonnements ionisants sont les appareils de radiographie X et autres dispositifs médicaux [19].

Modes d’exposition de l’homme aux rayonnements ionisants 

L’exposition aux rayonnements ionisants peut être d’origine externe ou interne.

✔ Exposition interne
L’exposition interne résulte d’une contamination par des particules radioactives. Celle-ci peut se produire par inhalation, par ingestion (nourriture contaminée), par radiothérapie métabolique avec injection de substances radioactives, par pénétration transcutanée, par transfert sanguin à partir d’une plaie contaminée ou parfois par contact avec un radioélément (Figure 6). Lors d’une telle exposition, la contamination est continue jusqu’à l’élimination du radioélément par voie naturelle.
✔ Exposition externe
L’exposition externe peut se produire selon l’éloignement entre la source et l’organisme (plus la source est éloignée, moins l’exposition sera importante), selon le type de protection (écran de plomb, épaisseur de verre etc.), selon le temps d’exposition (plus le temps d’exposition est long, plus la dose absorbée sera importante), selon le type d’irradiation (globale ou localisée), les conséquences seront différentes .

Rayons X

Définition

Les rayons X sont des rayonnements électromagnétiques à haute fréquence. Ils sont constitués de photons dont la longueur d’onde est comprise entre 0,01 nanomètre et 10 nanomètres, correspondant à des fréquences de 30 pétahertz à 30 exahertz. L’énergie de ces photons va d’une centaine d’ev, à une centaine de keV .

Historique des rayons X 

À la fin du 19éme siècle, Wilhelm Conrad Röntgen, comme de nombreux physiciens de l’époque, se passionne pour les rayons cathodiques qui ont été découverts par Hittorf en 1869 ; ces nouveaux rayons avaient été étudiés par Crookes. À cette époque, tous les physiciens savent reproduire l’expérience de Crookes mais personne n’a eu d’idée d’application de ces rayonnements [2]. En 1895, Wilhelm Conrad Röntgen reproduit l’expérience à de nombreuses reprises en modifiant ses paramètres expérimentaux (types de cibles, tensions différentes, etc.). Le 8 novembre 1895, il parvient à rendre luminescent un écran de platinocyanure de baryum. Röntgen décide alors de faire l’expérience dans l’obscurité en plongeant son tube de Crookes dans un caisson opaque. Le résultat est identique à la situation normale. Röntgen place ensuite différents objets de différentes densités entre l’anode et l’écran fluorescent, et en déduit que le rayonnement traverse la matière d’autant plus facilement que celle-ci est peu dense et peu épaisse. Lorsqu’il place des objets métalliques entre le tube et une plaque photographique, il parvient à visualiser l’ombre de l’objet sur le négatif [2]. Röntgen en déduit que les rayons sont produits dans la direction des électrons du tube et que ce rayonnement est invisible et très pénétrant. Faute de trouver une dénomination adéquate, Röntgen les baptise « rayons X ». Ce rayonnement est encore souvent appelé Röntgenstrahlung (littéralement : « rayons de Röntgen ») en Allemagne et dans toute l’Europe (sauf en France). L’autre nom de la radiologie est encore aujourd’hui la röntgenologie [2]. Le premier cliché est celui de la main d’Anna Bertha Röntgen (22 décembre 1895) ; il s’agit de la première radiographie, la radiologie est née .

Production de rayons X

Les rayons X sont généralement produits par les atomes soumis à un bombardement par un faisceau de particules d’énergie suffisante (généralement un faisceau d’électron). L’énergie perdue par ses particules à l’occasion de leurs interactions avec les électrons périphériques ou avec les noyaux des atomes rencontrées est réémises sous forme de rayon X. Le spectre d’émission est composé d’un spectre continu et d’un spectre de raie. Les rayons X sont produits dans les tubes à rayons X (figure 7) qui fonctionnent comme décrit dans les phrases si dessous. Dans une enceinte de verre où règne un vide poussé, des électrons sont émis par un filament. Un courant électrique circule dans ce filament. Un champ électrique créé par une différence de potentiel élevée (généralement de 10 à 150 kV) entre le filament qui sert de cathode et l’anode accélère les électrons en direction d’une anode [23]. Ces électrons entrent en collision avec le métal de l’anode. Des rayons X sont alors produits par deux mécanismes distincts. D’une part, les électrons, se déplaçant à une vitesse très élevée, ont une énergie cinétique suffisante pour perturber les couches électroniques internes des atomes de la cible. Ces atomes, dans un état excité, vont alors émettre des rayons X en retournant à leur état fondamental. D’autre part, un rayonnement de freinage comportant des rayons X est produit par le ralentissement des électrons dans la matière [2;23].

Table des matières

INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : GENERALITES SUR LES RAYONS X ET LE CANCER
Chapitre I : GENERALITES SUR LES RAYONS X
I. Les rayonnements ionisants
I .1. Définition et conséquences
I.2. Types de rayonnements ionisants
I.2.1. Rayonnements particulaires
I.2.2. Neutrons
I.2.3. Rayonnements électromagnétiques
I.2.4. Pouvoir pénétrant des rayonnements ionisants
I.3. Sources des rayonnements ionisants
I.3.1. Sources naturelles
I.3.2. Source artificielle
I.4. Modes d’exposition de l’homme aux rayonnements ionisants
II.1.Définition
II.3. Production de rayons X
II.4. Interaction des rayons X avec la matière
II.4.2. Loi d’atténuation du rayonnement X
II.5. Utilisation des rayons X
Chapitre II : Généralités sur le cancer
I .Définition et historique du cancer
II. Transformation de la cellule normale
III. Evolution du cancer
IV. Terrain et évènements favorables au cancer
V.2. Prédisposition au cancer
V.3.Instabilité génomique
DEUXIEME PARTIE : RISQUE DE CANCER LIE A UNE EXPOSITION AUX RAYONS X ET LA RADIOPROTECTION
Chapitre I: Risques de cancer liés à une exposition aux rayons X
I. Effets biologiques des rayons X
I.1. Effets moléculaires des rayons X
I.1.1. La radiolyse de l’eau
I.1.2. Effets des rayons X en solutions aqueuse
I.1.3. Effets sur l’oxygène
I.2.1. Effets des rayons X sur l’ADN
I.2.1.1.Structure de l’acide désoxyribonucléique
I.2.1.2 Principaux dommages radio-induits sur la molécule d’ADN
I.2.1. 2.1.Cassures simple et double brin de l’ADN
I.2.1.2.2. Dommages du cytosquelette de l’ADN
I.2. 2. Effets des rayons X sur les chromosomes
II. Effet sur les protéines
III. Effet sur les lipides
IV. Réponse de la cellule face aux dommages de l’ADN
V. Mécanismes de réparation et de défense de l’organisme
V.1. Mécanismes de réparation de l’ADN
VI. Propriétés mutagènes des lésions de l’ADN
VII. Risques des rayons X sur l’Organisme humain
VII.1. Risque stochastique
VII.2.1. Syndrome hématopoïétique
VII.2.5. Effet sur le système de reproduction
VIII. Risques liés aux rayons X
IX. MISE EN EVIDENCE DU RISQUE CANCEROGENE
X. Appréciation quantitative du risque cancérogène
X.1.Exigences statistiques
X.2.Méthodes utilisées
X.2.1.Modèle à risque absolu constant
X.2.2. Modèle à risque relatif constant
XI. Les faibles doses de rayonnements ionisants sont-elles ou non risquées ?
XI.1.Les seuils des effets décelables
XI.4. Scanner et risque de cancer : résultats épidémiologiques récents
I.1.Définition
I.2.Règles de base de la radioprotection
II. Principes de radioprotection
III. Normes et Règlementations
IV. Organismes de radioprotection (CIPR, AIEA, Euratom)
V. Principaux indicateurs dosimétrique
VI. Radioprotection au Sénégal
VI. 1. Les grands principes
VI. 2. Les moyens
VI. 3. Les sanctions
CONCLUSION
REFERENCES

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