Biophysique : Transformations isobariques

Deux quarks up ($+\frac{2}{3}$) et un quark down ($-\frac{1}{3}$), soit une charge nette de $+1$.

Énergie libérée $E_d = \Delta M \times 931,5$ MeV (avec $\Delta M$ en u), correspondant à la perte de masse des noyaux.

Deux quarks down ($-\frac{1}{3}$) et un quark up ($+\frac{2}{3}$), soit une charge nette de 0.

Désintégration radioactive d'un noyau en excès de neutrons : un neutron se transforme en un proton, avec émission d'une particule $\beta^-$ (électron) et d'un antineutrino $\overline{\nu}$, sans changement du nombre de masse $A$.

Passage d'un quark down à un quark up (modification de position énergétique).

Vers une masse minimale, une énergie de liaison $E_l$ maximale, une stabilité maximale des nucléons, et une libération d'énergie sous forme de rayonnement radioactif.

Ils sont stables sur la première bissectrice avec $N = Z$.

Vers la vallée de stabilité du diagramme de Segré.

L'antineutrino emporte une part variable de l'énergie cinétique disponible ($E_d$), expliquant la distribution continue des énergies des $\beta^-$, de $0$ à $E_\beta^{\text{max}}$.

Particule de charge nulle et de masse négligeable, antiparticule extrêmement abondante et pénétrante (non ionisante). Postulée pour expliquer le spectre continu des $\beta^-$, elle possède une probabilité d'interaction de $10^{-10}$.

Ils nécessitent un excès de neutrons par rapport aux protons pour compenser la répulsion électrique entre les protons.

$\beta^- = \,^{0}_{-1}\beta = e^-$ (électron).

Trajectoire sinueuse et non rectiligne, due aux multiples ionisations et déviations par interaction avec les électrons du milieu.

Un excès de neutrons (zone C), où le noyau possède trop de neutrons par rapport aux protons.

Il se transforme en un proton, avec émission d'un électron $e^-$ et d'un antineutrino $\overline{\nu}$, par modification d'un quark down en quark up.

Capté par le transporteur NIS des thyréocytes, l'io-131 émet des β⁻ (606 keV max). Les ionisations qui en résultent lèsent l'ADN et détruisent les cellules thyroïdiennes (saines et cancéreuses).

Plusieurs millimètres dans les tissus ; arrêtés par une fine feuille de métal.

Radiothérapie métabolique du cancer thyroïdien (iode-131, émetteur β⁻). Les β⁻ provoquent des ionisations détruisant les thyréocytes sains et cancéreux.

Un proton se transforme en un neutron, avec émission d'un positon ($\beta^+$) et d'un neutrino ($\nu$). Au niveau des quarks, un quark "up" devient "down".

Passage d'un quark up ($+\frac{2}{3}$) à un quark down ($-\frac{1}{3}$).

Réaction entre le positon ($\beta^+$) et un électron libre du milieu, qui convertit leur masse en deux photons $\gamma$ de $511\,\text{keV}$ émis à $180°$ l'un de l'autre.

La particule $\beta^+$ étant chargée positivement, elle est repoussée par le noyau (positif) : aucune attraction coulombienne ne retient les positons de faible énergie.

$\Delta M = [\mathcal{M}(A,Z) - \mathcal{M}(A,Z-1)] - 2m_e$, soit la différence de masse atomique père‑fils moins deux masses d'électron.

Il faut que $[\mathcal{M}(A,Z) - \mathcal{M}(A,Z-1)] \times c^2 > 1,022\,\text{MeV}$ (seuil correspondant à $2m_ec^2$).

Le $^{18}$Fluoro-désoxy-glucose ($^{18}$FDG$) utilisé en TEP-scan pour détecter les tumeurs hyperconsommatrices de glucose (effet Warburg). Le$^{18}$F émet un positon, qui s'annihile avec un électron, produisant deux photons$\gamma$ détectés en coïncidence.

$^A_Z\text{X}$ où $A$ est le nombre de masse en haut, $Z$ le numéro atomique en bas et $\text{X}$ le symbole chimique.

Nucléides de même nombre de masse ($A$) mais de numéros atomiques ($Z$) différents ; protons et neutrons varient.

Nucléides de même nombre de protons ($Z$) mais de nombres de masse ($A$) différents ; seuls les neutrons varient.

Un excès de protons par rapport aux neutrons, provoquant une instabilité par émission $\beta^+$ ou capture électronique.