1. Rappels physiques
   
    Un noyau radioactif est un noyau instable. Celui-ci subit des désintégrations qui provoquent d’une part la formation d’un nouveau noyau plus stable et d’autre part, l'émission de divers rayonnements (α, β-, β+, γ ). Il faut bien noter que ces désintégrations ne se passent que dans le noyau : ce sont des réactions dîtes nucléaires (les réactions chimiques ne modifient que le cortège électronique) et elles conservent et les charges et les nucléons.

    On considère la désintégration d’un atome radioactif X possédant A nucléons et Z protons en un atome Y provoquant l’expulsion d’une particule P.



On obtient d’après les lois de conservation : A =  A’ + A’’ et Z = Z’ + Z’’

        2. Différents types de désintégration et de rayonnements

    a) la radioactivité α

    Lorsqu’un atome radioactif émet un rayonnement contenant des noyaux d’hélium (deux protons et deux neutrons, c’est à dire deux charges positives), on dit qu’il est radioactif α. Dans la plupart des cas, ce sont les atomes radioactifs surchargés en nucléons qui émettent ces particules (noyaux d’hélium) ionisantes et dangereuses pour l’homme. Par exemple, l’équation de désintégration de l’uranium 238 qui se transforme en thorium 234 est :


On remarque que la conservation des charges et des nucléons est respectée.

    b) la radioactivité β+

    Le rayonnement β+ est composé de particules appelées positions portant une charge opposée à celle de l’électron, mais présentant en revanche une masse équivalente. Cette radioactivité ne concerne que les noyaux artificiels (fabriqués par l’homme à partir de réactions nucléaires). Sans entrer dans le détail, les positions qui n’existent pas dans le noyau sont « fabriqués » à partir de la transformation d’un nucléon. Les radionucléides β+ possédant davantage de protons que les nucléides stables, c’est un proton qui donne par transformation un position ainsi qu’un neutron.


    L’atome change donc d’élément chimique puisque son nombre de charge diminue. Prenons le cas général de la désintégration d’un noyau X en un noyau Y accompagnée de l’ émission d’un position :


    c) La radioactivité β-

    Elle provient d’un rayonnement comprenant des électrons portant donc une charge négative. La réaction se passant dans le noyau où l’on ne trouve pas d’électrons, ceux-ci sont créés à partir de nucléons excédentaires, qui sont dans ce cas les neutrons. Par transformation d'un neutron, il apparaît un proton et un électron.


    L’atome appartient alors à un autre élément chimique (apparition de protons, et donc changement du nombre de charge). Afin d’étudier l’équation de désintégration prenons le cas général de la désintégration d’un noyau X en un autre noyau Y avec l’émission d’un électron :


    d) le rayonnement gamma

   Le rayonnement gamma est une conséquence d’une désintégration alpha, bêta + ou bêta -. En effet celles-ci se déroulent dans un milieu plein d’énergie : le noyau est dit excité. L’énergie en surplus est alors dégagée sous la forme d’un rayonnement électromagnétique porté par les photons. Le noyau final possède le même nombre de nucléons que le noyau excité à la seule différence que sa masse est différente (elle est inférieure). Ils sont mesurés en electron-volt (eV).

        3. Unités de mesure de la radioactivité (à titre indicatif)

    Pour information (extrait de la Radioactivité, feuillet CEA2002): un échantillon d’atome radioactif est caractérisé par son activité, c’est à dire le nombre de désintégrations de noyaux par seconde. L’unité utilisé est le becquerel (Bq) : 1Bq correspond à une désintégration par seconde ce qui implique l’utilisation fréquente du mégabecquerel (MBq).

    Le gray est une unité permettant de mesurer la quantité de rayonnements absorbés par un organisme exposé aux rayonnements. Il a remplacé le rad en 1986 : 100srad = 1 gray = 1joule par kilo de matière irradiée. Le sievert permet lui de mesurer les effets biologiques des rayonnements sur un organisme exposé. L’unité la plus courante est le millisievert. Une scintigraphie thyroïdienne correspond à environ 1mSV.


        4. Décroissance radioactive

    On considère un échantillon d’atomes radioactifs. L’activité de celui ci diminue grâce aux désintégrations successives au fil du temps. Même si celles ci sont aléatoires, il a été défini pour chaque radioélément sa durée de demi vie ou période, intervalle de temps au bout duquel la moitié de la quantité initiale a disparu. Ainsi au bout de deux périodes, il n’en reste plus qu’un quart et un huitième des noyaux au bout de trois périodes.



    Le cyclotron est un accélérateur électromagnétique de haute fréquence. Des particules chargées (protons) sont introduites dans une enceinte où règne un vide très poussé. Elles sont alors soumises à l’action d’un champ magnétique et d’un champ électrique et parcourent alors une trajectoire en spirale du centre vers la périphérie à vitesse croissante. Le faisceau de particules accélérées est extrait du cyclotron à très grande vitesse et bombarde une cible située à quelques mètres : c’est la transmutation, il commence alors une longue série de désintégration. Les atomes bombardés deviennent radioactifs. Par cyclotron, on obtient l’iode 123.




    La scintigraphie repose sur l’utilisation d’un isotope radioactif que l’on introduit dans l’organisme pour explorer un organe précis. Deux solutions sont possibles :

-    La première consiste à utiliser un radioélément seul que l’on appellera alors marqueur. On le choisit alors en fonction de sa capacité à se fixer sur l'organe à explorer. Dans notre cas, on utilisera l’iode 123 qui tend à se fixer au niveau de la thyroïde puisque cette dernière l’utilise pour synthétiser certaines hormones thyroïdiennes.

-    Toutefois, il n’existe que très peu de radioéléments présentant de telles propriétés : on utilise alors d'autres molécules (biologiques parexemple) aussi nommées vecteurs qui vont se fixer sur l’organe à étudier en apportant l’élément radioactif  incorporé qui permet de localiser la molécule en question que l’on appellera traceur. Le marquage peut s’effectuer de deux façons :

        * Un atome de la molécule est remplacé par un isotope radioactif : atome de même nature (appartient au même élément chimique) mais il est plus léger et possède un noyau instable.

          * Un atome radioactif est directement accroché à la molécule.

    On obtient alors une molécule marquée. Pour l’étude la thyroïde, on pourra utiliser le technétium 99 incorporé à une molécule de pertechnétate de sodium.

     


 

Une infirmière injectant le produit radioactif	Une infirmière apportant la seringue contenant les radioéléments qu'elle vient de préparer pour une scintigraphie