Combinaison innovante à base de matériaux pour la protection contre les rayonnements X

Abstract

Cette mémoire traite de l’étude et de la conception d’un gilet innovant destiné à la protection contre les rayons X utilisés dans les services de radiologie et d’imagerie médicale. L’étude a débuté par l’analyse des propriétés physiques des rayons X et de leurs mécanismes d’interaction avec la matière, ainsi que l’examen des risques biologiques liés à l’exposition professionnelle chronique aux rayonnements ionisants et des principaux principes de radioprotection et normes réglementaires en vigueur. Les matériaux traditionnels utilisés pour le blindage radiologique ont été examinés, en particulier le plomb, en mettant en évidence ses avantages en matière d’absorption des rayonnements ainsi que ses limites liées à son poids élevé, sa toxicité et ses effets potentiels sur la santé. Les alternatives récentes sans plomb basées sur des matériaux à numéro atomique élevé tels que le tungstène et le bismuth ont également été présentées. L’étude s’est appuyée sur la modélisation mathématique et la loi de Beer–Lambert pour simuler le processus d’atténuation des rayons X. La plateforme Geant4 a également été utilisée pour réaliser des simulations numériques de l’interaction des photons avec différents matériaux dans le domaine des énergies utilisées en imagerie médicale diagnostique. Les performances d’un nouveau composite constitué de tungstène et de bismuth dans une matrice polymérique flexible ont été évaluées, en étudiant l’effet de l’épaisseur, de la composition et de la densité sur l’efficacité de protection.Les résultats des simulations ont montré que le composite proposé offre une forte capacité d’atténuation des rayons X, avec des performances proches de celles du plomb traditionnel, tout en présentant des avantages supplémentaires tels que la légèreté, la réduction de la toxicité et une meilleure flexibilité et ergonomie lors de l’utilisation. Sur cette base, une conception innovante d’un gilet radiologique appelé X-Light Protect Vest a été proposée, composé d’un gilet principal et d’une jupe amovible, afin d’assurer une protection efficace et d’améliorer les conditions de travail du personnel des services de radiologie et d’interventions médicales guidées par imagerie. Des simulations ont été réalisées pour des énergies de 30, 50 et 70 keV, avec des taux d’absorption respectifs de 94,30 %, 59,6 % et 41,51 %, montrant une performance élevée, particulièrement pour le cas de 30 keV.L’étude conclut que l’utilisation de composites à base de tungstène et de bismuth représente une solution prometteuse pour le développement d’une nouvelle génération de dispositifs de protection radiologique

تتناول هذه المذكرة دراسة وتصميم سترة مبتكرة للحماية من الأشعة السينية المستخدمة في أقسام الأشعة والتصوير الطبي. انطلقت الدراسة من تحليل الخصائص الفيزيائية للأشعة السينية وآليات تفاعلها مع المادة، إضافة إلى دراسة المخاطر البيولوجية الناتجة عن التعرض المهني المزمن للإشعاعات المؤينة وأهم مبادئ الوقاية الإشعاعية والمعايير التنظيمية المعمول بها تمت مراجعة المواد التقليدية المستعملة في التدريع الإشعاعي وعلى رأسها الرصاص، مع إبراز مزاياه في امتصاص الأشعة وحدوده المرتبطة بالوزن المرتفع والسُمّية والتأثيرات الصحية المحتملة. كما تم استعراض أحدث البدائل الخالية من الرصاص المعتمدة على مواد عالية العدد الذري مثل التنغستن والبزموت اعتمدت الدراسة على النمذجة الرياضية وقانون بير–لامبرت لمحاكاة عملية توهين الأشعة السينية، كما استُخدمت منصة Geant4 لإجراء محاكاة عددية لتفاعل الفوتونات مع المواد المختلفة ضمن مجال الطاقات التشخيصية الطبية. وقد تم تقييم أداء مركب جديد مكوَّن من التنغستن والبزموت داخل مصفوفة بوليمرية مرنة، مع دراسة تأثير السمك والتركيب والكثافة على كفاءة الحماية.أظهرت نتائج المحاكاة أن المركب المقترح يحقق قدرة عالية على توهين الأشعة السينية مع أداء قريب من الرصاص التقليدي، مع مزايا إضافية تتمثل في خفة الوزن وتقليل السمية وتحسين المرونة والراحة أثناء الاستخدام. وبناءً على ذلك تم اقتراح تصميم سترة إشعاعية مبتكرة سترة رئيسية وتنورة قابلة للفصل، بهدف توفير حماية فعالة وتحسين الظروف المهنية للعاملين في أقسام الأشعة والتدخلات الطبية الموجهة بالأشعة وتمت محكاة للنسب الاتية على التوالي:30/50/70وكانت نسب الامتصاص على التوالي 94,30%/59.6 و41,51%.مظهرة تفوقا عاليا ونسبة امتصاص أعلى بالنسبة لحالة30%. وتخلص الدراسة إلى أن استخدام المركبات القائمة على التنغستن والبزموت يمثل حلاً واعداً لتطوير جيل جديد من وسائل الحماية الإشعاعية.