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Mise à contribution de la physique des collisions en Radiobiologie et en Imagerie Médicale


Modélisation numérique du transport de particules chargées dans l’eau.
Mise à contribution de la physique des collisions en Radiobiologie et en Imagerie Médicale

Christophe Champion, Lab. de Physique Moléculaire et des Collisions, Univ. Paul Verlaine-Metz
Mercredi 12 Mars 2008

Décrire l’interaction entre une particule chargée et la matière biologique nécessite la connaissance de sections efficaces d’interaction totales et différentielles donnant accès à la cinématique complète de l’interaction (dépôt d’énergie et géométrie de la collision). Cependant, et bien qu’il existe de nombreuses théories collisionnelles pour décrire l’ionisation et l’excitation d’atomes, peu d’entre elles sont utilisables pour les molécules. Dans le but de comprendre les processus physiques impliqués dans l’irradiation d’échantillons biologiques par des particules chargées, nous avons développé une série de codes numériques dits « de structure de trace » permettant de décrire en détails la cartographie énergétique des interactions entre une particule chargée et la matière biologique (simulée ici par de l’eau). Un premier, nommé EPOTRAN, s’intéresse tout particulièrement au transport d’électrons et de positrons en mettant l’accent sur les différences fondamentales existant entre ces deux particules (processus de capture et formation de Positronium par exemple). Un second, dénommé TILDA, est dédié à l’étude des ions lourds avec notamment la prise en compte des processus multiples de transfert de charge. Ces codes s’insèrent aujourd’hui dans de nombreux projets de recherche tels que :

  • la mise en évidence du rôle primordial de l’ionisation en couche interne des atomes constitutifs de l’ADN dans le processus de mort cellulaire radio-induite.
  • l’étude microdosimétrique de la désintégration d’isotopes d’iode radioactif dans la glande thyroïdienne mais aussi d’une grande palette d’émetteurs b+.
  • l’imagerie médicale de type TEP (Tomographie par Emission de Positrons).

Le dénominateur commun à l’ensemble de ces travaux est sans conteste la physique des collisions. Et même si cette dernière est ici abordée de manière théorique, nous verrons dans quelle mesure elle peut trouver sa place dans une physique "plus appliquée" et qu’elle a encore devant elle de bien belles pages à écrire, notamment dans le milieu médical.