Rayonnement ionisant
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31734667
2008-07-20T16:50:59Z
AmaraBot
209609
robot Ajoute: [[om:Ionizing Radiation]]
[[Image:Alfa beta gamma radiation.svg|300px|thumb|
En irradiation externe, le [[rayonnement alpha]] (constitué de noyaux d'[[hélium]]) est simplement arrêté par une feuille de [[papier]]. Le [[rayonnement bêta]] (constitué d'[[électron]]s ou de [[positron]]s) est arrêté par une plaque d'[[aluminium]]. Le [[rayon gamma|rayonnement gamma]] (constitué de [[photon]]s très énergétiques) est ''atténué'' quand il pénètre de la matière dense, mais très difficilement stoppé, ce qui le rend particulièrement dangereux pour les organismes vivants. Il existe d'autres types de rayonnements ionisants ; ces trois formes sont souvent associée à la [[radioactivité]]]]
[[Image:Logo iso radiation.svg|300px|thumb|Nouveau symbole de mise en garde contre les rayonnements ionisants, transféré le 15 février 2007 par l'''[[AIEA]]'' à ''[[ISO]]'' (''International Organization for Standardization''). Il doit remplacer le symbole jaune classique, uniquement ''« dans certaines circonstances, spécifiques et limitées »''.]]
Un '''rayonnement ionisant''' est un [[rayonnement]] qui produit des [[ionisation]]s dans la [[matière]] qu'il traverse. Ces rayonnements ionisants, lorsque maîtrisés, ont beaucoup d'usages pratiques bénéfiques (domaines de la [[Santé publique|santé]], [[industrie]]…), mais ils sont potentiellement dangereux voire mortels pour les organismes vivants. Les rayons ionisants sont de natures et de sources variées, et leurs propriétés dépendent en particulier de la nature des particules constitutives du rayonnement et de leur énergie.
== Les rayonnements ==
L’homme est exposé aux rayonnements depuis son apparition sur terre. Il est, par exemple, exposé aux rayonnements solaires, c’est-à-dire à la [[lumière visible]] provenant du Soleil, laquelle s’accompagne de rayonnements invisibles connus sous le nom de rayonnements [[ultraviolet]]s et [[infrarouge]]s. Ces rayonnements sont des ondes électromagnétiques comme le sont aussi les [[onde radio|ondes radio]], les [[rayon X|rayons X]] et les [[rayon gamma|rayons gamma]].
L’homme est également exposé à d’autres rayonnements invisibles qui proviennent de l’espace et du [[Soleil]], connus sous le nom de [[rayonnement cosmique]]. Ces rayonnements de très grande énergie (ondes et particules) sont capables de traverser d’épaisses couches de roches.
Les éléments [[radioactif]]s présents dans notre environnement émettent, lors de leurs [[désintégration]]s, des rayonnements [[alpha]], [[bêta]] et [[rayon gamma|gamma]]. Les rayonnements gamma sont des [[onde électromagnétique|ondes électromagnétiques]] tandis que les rayonnements alpha et bêta sont des [[physique des particules|particules]] qui sont respectivement un noyau d’[[hélium]] et un [[électron]].
L’[[activité]] d’un élément radioactif, c’est-à-dire le nombre de désintégrations par seconde dans une certaine masse de cet élément, est mesurée en [[becquerel]]s. Parmi les rayonnements particulaires existent aussi les [[neutron]]s.
Parmi ces rayonnements, certains sont ionisants.
----
; Note
: Sources radioactives : écriture et prononciation
: Les sources radioactives, qui produisent donc des rayonnements ionisants, sont des [[isotope]]s particuliers d'[[élément chimique|éléments chimiques]]. Pour distinguer cet isotope particulier des autres isotopes, on indique le nombre de particules (protons et neutrons) dans le noyau avant le nom de l'élément, en exposant ; par contre, lorsque l'on parle, on indique le nom de l'élément puis le nombre de particules. Exemples :
:* <sup>241</sup>Am : [[américium]] deux cent quarante-et-un ;
:* <sup>14</sup>C : [[carbone 14|carbone quatorze]] ;
:* <sup>252</sup>Cf : [[californium]] deux cent cinquante-deux ;
:* <sup>60</sup>Co : [[cobalt]] soixante ;
:* <sup>137</sup>Cs : [[césium]] cent trente-sept ;
:* <sup>3</sup>H : [[tritium]] (le terme « [[hydrogène]] trois » n'est pas utilisé) ;
:* <sup>131</sup>I : [[iode]] cent trente-et-un ;
:* <sup>192</sup>Ir : [[iridium]] cent quatre-vingt douze ;
:* <sup>40</sup>K : [[potassium]] quarante ;
:* <sup>224</sup> Ra : [[radium]] deux cent vingt-quatre ;
:* <sup>226</sup> Ra : [[radium]] deux cent vingt-six ;
:* <sup>220</sup>Rn : [[radon]] deux cent vingt ;
:* <sup>222</sup>Rn : [[radon]] deux cent vingt-deux ;
:* <sup>90</sup>Sr : [[strontium]] quatre-vingt dix ;
:* <sup>99m</sup>Tc : [[technétium]] quatre-vingt dix-neuf [[métastable]] ;
:* <sup>235</sup>U : [[uranium]] deux cent trente-cinq.
----
== Les différents rayonnements ionisants ==
Les rayonnements les plus énergétiques transfèrent assez d’énergie aux [[électron]]s de la matière pour les arracher de leur [[atome]]. Les atomes ainsi privés de certains de leurs électrons sont alors chargés positivement. Les atomes voisins qui accueillent les électrons se chargent négativement.
Les atomes chargés positivement ou négativement sont appelés [[ion]]s. Les atomes qui ont perdu un électron sont devenus des ions + (=cation) et les atomes qui ont reçu cet électron sont devenus des ions - (=anion).
Les rayonnements capables de provoquer de telles réactions sont dits ionisants.
Les rayonnements ionisants regroupent :
* les rayonnements d'origine cosmique ;
* les ondes les plus énergétiques du [[spectre électromagnétique]] ;
** les [[rayon X|rayons X]] : produits par un faisceau d’électrons envoyé sur une cible métallique. Ces électrons, en interagissant avec les électrons des atomes du métal, les font changer de niveau d’énergie et émettre des rayons X ; Les électrons du faisceau peuvent également interagir avec le [[champ coulombien]] du noyau des atomes et être déviés et freinés, en émettant des rayons X caractéristiques (rayonnement de freinage ou [[Bremsstrahlung]])
** Les [[rayon gamma|rayons gamma]] sont émis par des atomes radioactifs lors de leur désintégration ;
* les rayonnements alpha, bêta plus et bêta moins (particules émises par des atomes radioactifs lors de leur désintégration) ;
* les neutrons ne sont pas des rayonnements directement ionisants, mais puisqu'ils induisent des rayonnement ionisants par les particules secondaires créées lors de leurs interactions avec la matière, ils sont classés parmi les rayonnements ionisants.
Les autres rayonnements sont appelés rayonnements non ionisants et comprennent les ondes électromagnétiques les moins énergétiques.
== Pouvoir de pénétration des rayonnements ionisants ==
Par leur énergie, les rayonnements ionisants sont pénétrants, c’est-à-dire qu’ils peuvent traverser la matière. Le pouvoir de pénétration dépend de la sorte de rayonnement et du [[pouvoir d'arrêt (rayonnement ionisant)|pouvoir d'arrêt]] de la matière. Cela définit des épaisseurs différentes de matériaux pour se protéger.
=== Particules alpha : noyaux d'hélium-4 ===
Pénétration faible. Les particules alpha sont émises à une vitesse avoisinant les 20 km/s. Cependant étant lourdes et chargées électriquement, elles sont arrêtées très facilement et rapidement par les champs électromagnétiques et les atomes composant la matière environnante. Une simple feuille de papier suffit à arrêter ces particules.
=== Particules bêta moins : électrons ===
Pénétration moyenne. L’électron émis ayant une masse infime, selon la théorie de la relativité, il a une vitesse proche de celle de la lumière (environ 290 000 km/s). Cependant, chargé électriquement, il va être arrêté par la matière et les champs électromagnétiques environnants. Une feuille d’aluminium de quelques millimètres peut arrêter les électrons. Un écran d'un centimètre de plexiglas arrête toutes les particules bêta moins inférieurs à 2 MeV.
=== Particules bêta plus : positrons ===
La pénétration est semblable à celle des électrons. Mais à la fin de son [[parcours]], un [[positron]] s’annihile avec un électron rencontré sur son passage en formant deux photons gamma, ce qui ramène le problème au cas du rayonnement gamma.
=== Rayonnements X et gamma ===
Pénétration très grande, fonction de l’énergie du rayonnement : plusieurs centaines de mètres dans l’air. Une forte épaisseur de [[béton]] ou de [[plomb]] permet de s’en protéger.
=== Neutrons ===
Le neutron n'étant pas chargé, il ne produit pas d'ionisations en traversant la matière. Les neutrons libres ne forment donc pas un rayonnement ionisant, mais en provoquant des [[fission nucléaire|fissions nucléaires]], ils peuvent générer des rayonnements ionisants.
Les [[neutron]]s libres sont surtout présents dans les [[réacteur nucléaire|réacteurs nucléaires]] ; ils sont émis, par exemple, lors de la fission d’atomes d’uranium 235. Ils sont indirectement ionisants car c’est leur capture par les noyaux ou leur interaction avec ceux-ci qui génère des rayonnements gamma et/ou diverses particules. Les neutrons sont aussi présents aux altitudes de vol des avions long courrier et subsoniques : ils participent à 30 % de la dose reçue par le personnel naviguant.
Pénétration dépendante de leur énergie. Une forte épaisseur de béton, d’eau ou de [[paraffine]] arrête les neutrons.
== La dose : énergie absorbée par la matière ==
[[Image:10to20Gygammadoseat21days.jpg|right|thumb|Effet d'une dose (normalement mortelle) de 10 à 20 [[Gray (unité)|Gray]] après 15 jours.]]
Lorsqu’un rayonnement pénètre la matière, il interagit avec elle et lui transfère de l’énergie. La [[dose absorbée]] par la matière caractérise ce transfert d’énergie.
L’unité de dose absorbée par la matière est le [[Gray (unité)|Gray]] (Gy) qui est équivalent à un [[Joule]] absorbé par kilogramme de matière.
== Les manifestations cliniques des lésions ==
=== Types d’effets ===
Les effets des rayonnements ionisants englobent une
vaste gamme de réactions très différentes les unes des autres dans
leur relation dose-effet, leurs manifestations cliniques, leur succession
dans le temps et les pronostics correspondants. Par commodité, on subdivise souvent les effets en
deux grandes catégories:
# effets [[héréditaire]]s, ou effets génétiques qui se manifestent chez les descendants des personnes exposées ; et
# effets [[somatique]]s, qui se manifestent chez les personnes exposées elles-mêmes. Ces derniers comprennent les effets aigus, qui apparaissent peu après l’irradiation, et les effets à long terme (ou différés), qui peuvent se manifester des mois, des années ou même des décennies plus tard.
=== Effets aigus ===
{{article détaillé|Syndrome d'irradiation aiguë}}
Les effets aigus des rayonnements ionisants résultent
surtout de l’appauvrissement en cellules capables de reproduction
dans les tissus irradiés et ne se manifestent qu’en
présence de doses assez importantes pour détruire beaucoup de
ces cellules. C’est pour cette
raison que l’on considère que ces effets sont de nature non [[stochastique]]
ou [[déterminisme|déterministe]].
Il n’en est pas de même des
effets mutagènes et cancérogènes des rayonnements, considérés
comme des phénomènes stochastiques résultant d’altérations moléculaires
aléatoires de cellules individuelles, dont la fréquence
croît en fonction linéaire de la dose.
Les lésions aiguës, qui étaient courantes chez les premiers travailleurs
exposés aux rayonnements ionisants et les premiers malades
soumis à des traitements de [[radiothérapie]], ont pratiquement
disparu par suite de l’amélioration des mesures de sécurité et des
méthodes de traitement. Néanmoins, la plupart des malades traités
par irradiation de nos jours subissent encore certaines lésions
dans des tissus sains. De plus, des accidents graves continuent à se produire. En effet, les quelque 285 accidents déclarés (Tchernobyl
non compris) survenus dans les centrales nucléaires de différents
pays entre 1945 et 1987 ont provoqué l’irradiation de plus de
1 350 personnes, dont 33 ont été mortellement atteintes. À lui seul, l’accident de Tchernobyl a
libéré suffisamment de substances radioactives pour nécessiter
l’évacuation de dizaines de milliers de personnes et d’animaux de
la région environnante. En outre, plus de 200 sapeurs-pompiers et
membres d’équipes d’urgence ont été atteints du mal des rayons
et 31 en sont morts (Comité scientifique des Nations unies pour
l’étude des effets des rayonnements ionisants (UNSCEAR), 1988).
On ne peut prédire avec certitude les effets à long terme des
substances radioactives libérées, mais l’estimation des risques d’effets
cancérogènes basée sur des modèles de relation dose-effet sans
seuil donne à penser que la population
de l’hémisphère nord pourrait enregistrer, par suite
de l’accident, 30 000 décès supplémentaires par cancer au cours
des 70 prochaines années, quoique le nombre de cancers supplémentaires
enregistré dans chaque pays sera vraisemblablement
trop petit pour être décelable sur une base épidémiologique (United
States Department of Energy (USDOE), 1987).
Nettement moins catastrophiques, mais beaucoup plus nombreux
que les défaillances de centrales nucléaires, les accidents
causés par des sources médicales et industrielles de rayons gamma
ont également fait des morts et des blessés. C’est ainsi qu’en 1987
un appareil de radiothérapie, contenant une source de césium 137, abandonné dans une clinique désaffectée,
à Goiânia (Goiás), au Brésil, a entraîné la contamination et l'irradiation de
dizaines de personnes non informées, dont quatre sont mortes dans les six semaines qui ont suivi l'accident.
Un examen complet des lésions causées par les rayonnements
ionisants dépasserait le cadre du présent article. Toutefois, compte
tenu de l’intérêt général d’informations sur les réactions aiguës des
tissus les plus radiosensibles, il est utile d’en présenter une
brève description dans les paragraphes suivants.
Dans les effets aigue on trouve :
- les érythèmes ou " coup de soleil"
- Nécrose aigue : exposition de particules Bêta de faible &nergie
- ulcération aigue : pour 20 Gy en exposition aigue
==== La peau ====
Les cellules de la couche basale de l’épiderme sont particulièrement
radiosensibles. Par conséquent, une exposition rapide
de la peau à une dose de 6 Sv ou plus provoque un érythème
(rougeur) de la zone affectée, qui apparaît en général dans la
journée qui suit, dure ordinairement quelques heures, puis est
suivi, deux à quatre semaines plus tard, par une ou plusieurs
vagues d’un érythème plus profond et plus prolongé, ainsi que par
une dépilation (perte de poils ou de cheveux). Si la dose dépasse
10 à 20 Sv, phlyctène, nécrose et ulcération se manifestent dans
les deux à quatre semaines, puis sont suivies par une fibrose du
derme et du système vasculaire sous-jacent, qui peut mener à
l’atrophie et à une deuxième vague d’ulcérations quelques mois
ou quelques années plus tard (CIPR, 1984).
==== Moelle osseuse et organes lymphoïdes ====
Les lymphocytes sont aussi très radiosensibles : une dose de 2 à 3 Sv reçue rapidement par tout le
corps peut en tuer suffisamment en quelques heures pour faire
chuter la numération lymphocytaire périphérique et compromettre
les réactions immunitaires. Également radiosensibles,
les cellules hématopoïétiques de la moelle osseuse
peuvent diminuer suffisamment en nombre sous l’effet d’une dose
comparable pour causer une granulocytopénie et une thrombocytopénie
dans les trois à cinq semaines qui suivent. Ces réductions
des numérations de granulocytes et de plaquettes peuvent être
assez graves après une forte irradiation pour provoquer une hémorragie
ou une infection mortelle.
==== Intestin ====
Les cellules souches du revêtement épithélial de l’intestin
grêle sont extrêmement radiosensibles. Une exposition aiguë à
10 Sv peut en réduire suffisamment le nombre pour dénuder les
villosités intestinales en quelques jours. La dénudation d’une importante surface de la muqueuse
provoque souvent un syndrome dysentériforme fulminant pouvant
rapidement évoluer vers le décès de la victime.
==== Gonades ====
Les spermatozoïdes matures peuvent survivre à de
fortes doses (100 Sv) de rayonnements ionisants, mais les spermatogonies
sont tellement radiosensibles qu’une dose de 0,15 Sv
appliquée rapidement aux deux testicules suffit pour provoquer
l’oligospermie et qu’une dose de 2 à 4 Sv peut entraîner une
stérilité permanente. Les ovocytes sont aussi fortement radiosensibles:
l’exposition rapide des deux ovaires à une dose de 1,5 à 2 Sv
peut causer une stérilité temporaire, pouvant devenir permanente
si la dose augmente, selon l’âge de la femme au moment de
l’exposition.
Chez l'Homme stérilité transitoire pr 0,5 sievert; définitive 3,5 à 6
Chez les femmes stérilité pour 2,5 à 6 sievert
Il n'y a pas de conséquences génétique, puisque on est dans un état de stérilité
==== Voies respiratoires ====
Les poumons ne sont pas fortement radiosensibles, mais une exposition rapide à une dose de 6 à 10 Sv peut provoquer, un à trois mois plus tard, une pneumonie aiguë dans la zone exposée. Si un important volume de tissu pulmonaire est affecté, la victime peut souffrir d’insuffisance respiratoire dans les
semaines suivantes ainsi que de fibrose pulmonaire et de cœur pulmonaire quelques mois ou quelques années plus tard.
==== Cristallin ====
Les cellules de l’épithélium antérieur du cristallin, qui
continuent à se diviser pendant toute la vie, sont relativement
radiosensibles. Par conséquent, une exposition rapide du cristallin à une dose dépassant 1 Sv peut aboutir en quelques mois à la
formation d’une opacité polaire postérieure microscopique. De
même, une dose de 2 à 3 Sv reçue en une fois dans un court laps
de temps ou une dose de 5,5 à 14 Sv accumulée sur une période de
quelques mois peut provoquer une grave cataracte.
==== Autres tissus ====
Par comparaison aux tissus mentionnés ci-dessus, les autres tissus de l’organisme sont en général nettement moins radiosensibles. Toutefois, l’embryon constitue une importante exception à cet égard. La radiosensibilité d’un tissu augmente s’il est en phase de croissance rapide.
==== Radiolésions dues à une irradiation totale ====
L’exposition rapide d’une importante partie du corps à une dose dépassant 1 Gy peut provoquer le syndrome de radioexposition aiguë. Ce syndrome comporte diverses phases :
# une phase prodromique initiale caractérisée par des symptômes tels que malaises, anorexie, nausées et vomissements ;
# une période de latence ;
# une deuxième phase (principale) de maladie ; et enfin
# soit le rétablissement, soit la mort.
La phase principale de la maladie prend le plus souvent l’une des formes suivantes, selon la localisation prédominante des radiolésions :
# forme hématologique ;
# forme gastro-intestinale ;
# forme cérébrale ; ou
# forme pulmonaire.
==== Radiolésions localisées ====
Contrairement aux manifestations cliniques,
en général rapides et spectaculaires, du syndrome de radioexposition
aiguë découlant de l’exposition de tout le corps, la
réaction à une irradiation très localisée, produite par une source
extérieure ou un radionucléide déposé à l’intérieur de l’organisme,
tend à se manifester lentement avec peu de symptômes ou
de signes extérieurs, à moins que le volume de tissus irradiés ou
que la dose ne soient relativement importants.
==== Effets en fonction des radionucléides ====
Certains radionucléides, comme le tritium (³H), le carbone 14 (<sup>14</sup>C) et le césium 137 (<sup>137</sup>Cs), tendent à se répartir dans tout l’organisme, produisant une irradiation totale, tandis que d’autres radionucléides se fixent plutôt dans des organes particuliers, provoquant des lésions très localisées. Le radium et le strontium 90 (<sup>90</sup>Sr), par exemple, se fixent essentiellement dans les os, causant surtout des lésions osseuses, tandis que l’iode radioactif se concentre dans la glande thyroïde, qui est donc la première atteinte.
== L'exposition de l'Homme aux rayonnements ==
Pour apprécier à leur juste valeur les risques liés aux rayonnements ionisants, il est nécessaire de regarder l’exposition naturelle de l’homme à laquelle il a toujours été soumis. Tous les organismes vivants y sont adaptés et semblent capables de corriger, jusqu’à un certain degré, les dégâts dus à l’irradiation.
En France, l’exposition annuelle de l’homme aux rayonnements ionisants est d’environ deux millisieverts. En plus de cette [[radioactivité naturelle]], nous sommes exposés à des rayonnements provenant de sources artificielles. Ces rayonnements sont du même type que ceux émis par des sources naturelles et leurs effets sur de la matière vivante sont, à dose égale, identiques. Ce sont essentiellement les radiographies médicales ou dentaires.
Seulement 1,5 % provient d’autres sources comme les retombées des essais aériens des armes nucléaires et les retombées de l’accident de Tchernobyl, mais leur effet peut-être très aggravé lorsque la contamination est interne, suite à l'absorption de radionucléides dans les aliments. Certains champignons notamment, dont la ''truffe du cerf'' (''[[Elaphomyces granulatus]]'') bioaccumulant fortement le [[césium 137]] des retombées de Tchernobyl, notamment depuis les années 2000, car sa zone de prospection est environ à - 20 cm sous le niveau du sol, et le césium migrant à raison de 1cm par an environ, il a fallu vingt an pour qu'il atteigne cette zone. Ce champignon est particulièrement recherché et consommé par les [[sanglier]]s, dont on a montré<ref>Hohmann ''et al.'' (2005) XXVIIth-IUGB-Congress, Hannover-Germany 2005, 108 Oral Presentations / Investigations of the medium scaled spatial distribution of radiocaesium contamination of wild boar (Sus scrofa) in Rhineland-Palatinate, Germany</ref> en 2005 en Allemagne (dans le Land de [[Rhénanie-Palatinat]]) qu'ils présentaient une contamination croissante (12 % parmi 1400 sangliers) étaient radioactifs audelà des normes autorisés pour l'alimentation et la commercialisation dans un seul Land, juste à l'Est du Luxembourg, et les sangliers prélevés les plus à l'ouest étaient plus touchés, ce qui correspond aux zones où il a plu lors du passage du nuage de Tchernobyl.
=== Les modes d'exposition aux rayonnements ===
[[Image:IrradiationInterneExterne.jpg|thumb|300px]]
Selon la manière dont les rayonnements atteignent l’organisme, on distingue deux modes d’exposition : externe ou interne.
* L’exposition externe de l’homme aux rayonnements provoque une irradiation externe. Elle a lieu lorsque celui-ci se trouve exposé à des sources de rayonnements qui lui sont extérieures (substances radioactives sous forme de nuage ou de dépôt sur le sol, sources à usage industriel ou médical…).
L’exposition externe peut concerner tout l’organisme ou une partie seulement de celui-ci. Elle cesse dès que l’on n’est plus sur la trajectoire des rayonnements (cas par exemple d’une radiographie du thorax).
* L’exposition interne (contamination interne) est possible lorsque des substances radioactives se trouvent à l’intérieur de l’organisme. Celles-ci provoquent une irradiation interne. Elles ont pu pénétrer par inhalation, par ingestion, par blessure de la peau, et se distribuent ensuite dans l’organisme. On parle alors de contamination interne. Celle-ci ne cesse que lorsque les substances radioactives ont disparu de l’organisme après un temps plus ou moins long par élimination naturelle et décroissance radioactive ou par traitement.
On parle depuis 2006 de:
-exposition externe à distance(irradiation)
-exposition externe au contact (contamination externe)
-exposition interne (contamination interne)
''Voir aussi [[Irradiation]] et [[Contamination radioactive]].''
La décroissance radioactive est la suivante :
* pour l’[[iode]] 131 (<sup>131</sup>I) : 8 jours ;
* pour le [[carbone]] 14 (<sup>14</sup>C) : 5 700 ans ;
* pour le [[potassium]] 40 (<sup>40</sup>K) : 1,3 milliard d’années.
Tous les radioéléments ne sont pas éliminés naturellement (urines…) à la même vitesse. Certains peuvent s’accumuler dans des organes spécifiques (os, foie…) avant d’être évacués du corps.
Pour chacun des éléments radioactifs, on définit, en plus de sa [[période radioactive]], une [[période biologique]], temps au bout duquel la moitié de l’activité d’une substance radioactive a été éliminée de l’organisme, par des voies naturelles.
=== L'exposition naturelle ===
Les rayonnements ionisants que nous recevons de sources naturelles ont des origines diverses et se répartissent en trois principaux types :
==== Les rayonnements cosmiques ====
On appelle rayonnement cosmique un flux de particules (principalement des protons) dotées d’une
énergie très élevée, de l’ordre du GeV. Il est d’origine solaire ou galactique.
Ces protons de haute énergie entrent en collision avec les noyaux des atomes de l’atmosphère et
créent des fragments eux-mêmes dotés d’une énergie élevée ( protons, neutrons, muons, neutrinos,
mésons, ….).
Le débit d’équivalent de dose dû aux rayonnements cosmiques est en moyenne de 0,3 mSv/an au
niveau de la mer. Mais il varie considérablement en fonction de l’altitude et de la latitude (voir le tableau ci-dessous).
{| border="1" cellpadding="5" cellspacing="0" align="center"
|Altitude (km )
| Equateur
| 30°
| 50°
|-
|0
| 0,35
| 0,4
| 0,5
|-
|1
| 0,60
| 0,7
| 0,9
|-
|2
| 1,0
| 1,3
| 1,7
|-
|3
| 1,7
| 2,2
| 3,0
|-
|4
| 2,6
| 3,6
| 5,0
|-
|5
| 4,0
| 5,8
| 8,0
|-
|10
| 14,0
| 23,0
| 45,0
|-
|15
| 30,0
| 50,0
| 110,0
|-
|20
| 35,0
| 60,0
| 140,0
|-
|}
''Variation du débit d’équivalent de dose absorbée ( mSv/an ) en fonction de l’altitude et de la latitude.''
Cela a pour conséquence que certaines populations subissent une exposition plus importante que la moyenne. Le tableau ci-dessous donne les équivalent de dose reçues par les populations de villes situées en altitude.
{| border="1" cellpadding="5" cellspacing="0" align="center"
|Région
|Altitude (m)
|Latitude
|mSv /an
|Population
|-
|LA PAZ ( Bolivie )
|3630
|16° S
|2,7
|320 000
|-
|QUITO ( Equateur )
|2850
|0°S
|1,6
|213 000
|-
|BOGOTA (Colombie )
|2640
|4° N
|1,5
|325 000
|-
|CERRO DE PASCO (Pérou )
|4259
|10°S
|3,3
|20 000
|-
|LHASSA (Tibet )
|3684
|30° N
|3,1
|20 000
|-
|}
''Débit d’équivalent de dose des rayonnements cosmiques dans des régions de haute
altitude.''
==== Les éléments radioactifs contenus dans le sol ====
Nous sommes exposés aux rayonnements dus aux radioéléments présents dans l’écorce terrestre. Il existe une cinquantaine de radioéléments naturels dont la plupart font partie des 3 familles naturelles du [[thorium]], de l’[[uranium]] et de l’[[actinium]].
C’est le [[thorium]] qui existe en quantité la plus importante (10 ppm en moyenne). On trouve ensuite l’[[uranium]] (2 à 3 ppm), puis l’[[actinium]].
Un autre radioélément contribue de façon notable, c’est le <sup>40</sup>K, isotope naturel du [[potassium]] (0,01167%). Sa concentration est de l’ordre de 100 à 1000 Bq/Kg de sol.
Le débit de dose absorbée moyen dû à l’ensemble de ces [[isotopes]] est d’environ 0,3 mSv/an en France. Il varie cependant largement en fonction de la composition du sol. L’équivalent de dose reçu en Bretagne ou les Vosges est de 2 à 3 fois supérieur à celui reçu dans le [[bassin Parisien]]. Dans certaines régions, comme l’État de [[Kerala]] sur la côte Sud-Ouest de l’[[Inde]], il atteint même 30 mSv/an.
C'est cette radioactivité naturelle du sol qui est l'origine de la [[géothermie]].
==== Les éléments radioactifs naturels que nous absorbons en respirant ou en nous nourrissant ====
Des émanations gazeuses de certains produits issus de la désintégration de l’[[uranium]] contenu dans le sol tel que le [[radon]], ou le [[potassium]] des aliments dont nous retenons une partie dans notre organisme (élément dont nous maintenons en permanence un stock d'[[potassium#Radioactivité dans le corps humain due au 40K|environ 165 g par personne]]) provoquent chez chacun d’entre nous, en moyenne, une irradiation de 1,55 millisievert par an. La principale source d’irradiation naturelle est le [[radon]] 222, gaz naturel radioactif. Elle représente environ un tiers de l’irradiation reçue et augmente dans les régions granitiques.
Toutes les familles naturelles ont dans leur chaîne un isotope du radon
(<sup>222</sup>Rn engendré par le <sup>226</sup>Ra, et le <sup>220</sup>Rn appelé également [[thoron]], engendré par le <sup>224</sup>Ra).
Ces gaz émanent du sol, des eaux et des matériaux de construction.
Les valeurs moyennes des concentrations ont été évaluées à 2 Bq/m{{3}} en plein air et 20 Bq/m{{3}} dans les
habitations pour le plus important d’entre eux : le <sup>222</sup>Rn. Ces gaz et leurs descendants solides irradient
les poumons.
Le [[potassium]] étant un élément important de notre constitution et vital au bon fonctionnement de nos cellules ([[potassium#Radioactivité dans le corps humain due au 40K|environ 165 g / personne]]), l’isotope <sup>40</sup>K de cet élément contribue à [[potassium#Radioactivité dans le corps humain due au 40K|une activité intérieure constante d'environ 5000 Bq]], auxquels viennent s'ajouter une part similaire dûe à l'activité de l'ensemble des autres [[isotopes]] instables de notre corps.
Exemple : Radioactivité de différents milieux naturels
* Eau de pluie : 0,3 à 1 Bq/L
* Eau de rivière : 0,07 Bq/L (<sup>226</sup>Ra et descendants) ; 0,07 Bq/L (<sup>40</sup>K) ; 11 Bq/L (³H)
* Eau de mer : 14 Bq/L (<sup>40</sup>K essentiellement)
* Eau minérale : 1 à 2 Bq/L (<sup>226</sup>Ra, <sup>222</sup>Rn)
* Lait : 60 Bq/L
* Sol sédimentaire : 400 Bq/kg
* Sol granitique : 8 000 Bq/kg
* Corps humain : [[Becquerel|8 000 - 10 000]] Bq (dont [[potassium#Radioactivité dans le corps humain due au 40K|5 000 dus au <sup>40</sup>K]])
Le tableau suivant résume la contribution des diverses composantes de la radioactivité naturelle. Il faut
toutefois se souvenir que ce sont des valeurs moyennes susceptibles de variations importantes en
fonction de l’altitude, de la latitude et de la composition du sous-sol.
{| border="1" cellpadding="5" cellspacing="0" align="center"
|Sources naturelles
|Exposition ( mSv/an )
|-
|Rayonnement cosmique
|0,3
|-
|Rayonnement tellurique
|0,32
|-
|Isotopes cosmogéniques
|0,01
|-
|<sup>40</sup>K
|0,17
|-
|<sup>222</sup>Rn + descendants
|0,55
|-
|<sup>220</sup>Rn + descendants
|0,15
|-
|Divers
|0,06
|-
|Total
|1,56
|-
|}
=== L'exposition artificielle ===
Pour chaque habitant, l’exposition annuelle moyenne aux sources artificielles d’irradiation est d’environ 1 millisievert. Celles-ci sont principalement les irradiations médicales et les applications industrielles des rayonnements.
Les centrales nucléaires, les usines de retraitement, les retombées des anciens essais nucléaires atmosphériques et de Tchernobyl, etc., exposent chaque homme en moyenne à 0,002 millisievert par an.
==== Les irradiations médicales ====
Il s’agit principalement des [[radiographie]]s médicales et dentaires qui provoquent une irradiation externe proche de 1 millisievert par an (moyenne en France).
L’essor du radiodiagnostic a été un des facteurs essentiels du progrès médical au cours du {{XXe siècle}}. Les équivalents de dose délivrés par les différents types d’examens varient considérablement en fonction de la profondeur des organes étudiés et de la dimension du segment de l’organisme concerné. À côté des appareils classiques sont apparus progressivement des appareils plus perfectionnés ([[Imagerie médicale|scanner]]s) qui, associés à des ordinateurs, permettent de réaliser des images en coupe ([[tomographie]]s) de l’organisme.
{| border="1" cellpadding="5" cellspacing="0" align="center"
|Examen
|Dose ( mGy)
|-
|Radiographie pulmonaire
|0,7
|-
|Radiographie du crâne
|2
|-
|Radiographie de l’abdomen
|3
|-
|Scanner du crâne
|27
|-
|Urographie
|20
|-
|Scanner du corps entier
|160
|-
|Transit oesogastroduodénal
|90
|-
|}
''Doses délivrées lors des examens les plus courants en radiodiagnostic''
La [[radiothérapie]] externe est un des traitements de base des cancers. On utilise généralement des rayonnements de haute énergie émis par des sources de [[cobalt]] radioactif <sup>60</sup>Co ou par des accélérateurs.
Dans certains traitements dits de curiethérapie, un corps radioactif est placé, soit au contact immédiat des tissus à irradier, soit implanté sous forme d’aiguilles radioactives ([[iridium]], [[césium]]). Les doses classiquement administrées sont élevées (40 à 80 Gy) et espacées dans le temps pour permettre aux tissus sains de se régénérer. Les techniques d'implantation définitive de grains radioactifs ([[iode]], [[Palladium (chimie)|palladium]]) sont en expansion.
La médecine nucléaire utilise des isotopes radioactifs pour l’exploration de l’organisme humain. Elle consiste à injecter un isotope radioactif qui se fixe dans la partie à explorer et de réaliser une image à l’aide d’une caméra à scintillation ([[scintigraphie]]).
Les isotopes utilisés sont l'[[iode]] <sup>131</sup>I pour l’exploration fonctionnelle de la thyroïde et surtout le [[technétium]] <sup>99m</sup>Tc dont l’intérêt est sa courte [[Demi-vie|période]] (T = 6,02 h) ce qui minimise les équivalents de dose administrés.Il peut être obtenu à partir de [[molybdène]] <sup>99m</sup>Mo par un appareil à élution.
L'exploration fonctionnelle d'organes tels que le cerveau utilise la [[tomographie à émission de positons]]. L'isotope utilisé est souvent le [[fluor]] (<sup>18</sup>F, de période 2 h) injecté sous une forme liée à un sucre : l'activité cérébrale consomme du glucose et les zones les plus actives lors d'une tâche [[cognitive]] seront visualisées par une [[gamma caméra]].
{| border="1" cellpadding="5" cellspacing="0" align="center"
|Exploration
|Equivalent de dose (mSv/mCi )
|-
|Vessie
|0,85
|-
|Estomac
|0,51
|-
|Intestin
|2,3
|-
|Thyroïde
|1,3
|-
|Ovaires
|0,3
|-
|Testicules
|0,09
|-
|Moelle osseuse
|0,17
|-
|Corps entier
|0,11
|-
|}
''Equivalents de dose après injection de <sup>99m</sup>Tc pour différentes explorations''
==== Les méthodes de mesure industrielles ====
Du fait de leur forte profondeur de pénétration et de leurs interactions avec la matière, les rayonnement ionisants sont utilisés pour effectuer des mesures.
; Gammagraphie
: C’est une technique de radiographie industrielle utilisant une source de rayonnements gamma. Elle consiste à placer la pièce à radiographier entre la source de rayonnements et un film photographique contenu dans une cassette souple ou rigide. Après un temps d’exposition dépendant de la nature et de l’épaisseur du matériau radiographié, le film est développé et révèle les défauts existant éventuellement à l’intérieur de la pièce. Les domaines d’utilisation sont nombreux ( chaudronnerie, fonderie, industrie du pétrole, construction navale et aéronautique ).
: Radioéléments utilisés :
:* <sup>60</sup>Co : émetteur gamma d’énergies de 1,17 et 1,33 MeV (15 % des appareils)
:* <sup>192</sup>Ir : émetteur gamma d’énergies comprises entre 200 et 600 keV (80 % des appareils )
: Types d’appareils
:* Les appareils portatifs sont les plus répandus. Ils contiennent des sources de 2 à 5 TBq de <sup>192</sup>Ir. Ils ont été à l’origine de plusieurs accidents (blocage de la source en position d’irradiation, perte de la source).
:* Les appareils fixes équipés de source de <sup>60</sup>Co de plusieurs centaines de TBq sont réservés au contrôle de fortes épaisseurs. Ils sont généralement installés dans des casemates de tir.
; Radiographie X
: Son principe est le même que pour la gammagraphie, la source de photons étant remplacée par un [[générateur de rayons X]]. Les différences de potentiel utilisées vont de 50 keV à plusieurs MeV. Ce type de technologie est par exemple utilisé pour l'inspection des bagages dans les aéroports.
; Neutrographie
: Elle peut être effectuée grâce à un faisceau neutronique issu d’un réacteur, d'un accélerateur d'ions ou d’une source de <sup>252</sup>Cf (émetteur de neutrons). Elle est utilisée pour le contrôle des matériaux hydrogénés.
; Spectrométrie et diffractométrie
: voir les articles ''[[Spectrométrie de fluorescence X]]'', ''[[Diffractométrie de rayons X]]''.
; Jauges
: Le principe des jauges est basé sur la loi de l’atténuation des rayonnements ([[loi de Beer-Lambert]])
:* Jauges de niveau : elles indiquent la présence ou l’absence de matériau sur le trajet horizontal du faisceau (source et détecteur placé de part et d’autre du matériau ). Les sources utilisées sont des émetteurs bêta ou gamma selon l’épaisseur et la densité du matériau à mesurer. Elles sont utilisées pour le contrôle des réservoirs de liquides, des silos (sable, grains, ciment… )
:* Jauges d’épaisseur : Si le matériau est de densité constante, l’intensité du signal reçu par le détecteur sera fonction de l’épaisseur de celui-ci. Elles sont utilisées pour la mesure en continu de produits en feuilles : papiers, tissus, caoutchouc, ….
; Applications reposant sur le principe d’ionisation des gaz
:* Elimination de l’électricité statique : L’utilisation de sources de <sup>241</sup>Am (émetteur gamma), sous forme de rubans placés en fin de machines de production de papiers, plastiques, textiles synthétiques, etc. à quelques millimètres du matériau permet en rendant l’air avoisinant conducteur, de supprimer l’accumulation d’électricité statique.
:* Détecteur de fumée: Deux chambres d’ionisation sont disposées en série : l’une servant de témoin, l’autre, grillagée, en contact avec l’air ambiant. Dans chacune de ces chambres, une petite source de quelques KBq de <sup>241</sup>Am donne naissance à un courant constant. Si des particules de fumée pénètrent dans la chambre ouverte, elles entraînent une variation du courant qui déclenche un signal d’alarme. Il y a en France 3 millions et demi de détecteurs de fumée basés sur ce principe.
:* Traceurs radioactifs industriels : Le principe du traçage est le marquage de quelques individus d’une population permet l’étude du comportement global de cette population. Les traceurs radioactifs sont particulièrement performants car ils marquent l’entité élémentaire qu’est l’atome et permettent une détection facile.<br />Exemples d'utilisation :
:** Marquage d’un liquide ou d’un gaz par un émetteur gamma permettant la recherche de fuites sur des canalisations
:** Marquage d’une pièce de moteur permettant grâce à la mesure de la radioactivité de l’huile de graissage d’évaluer l’usure des constituants.
==== Destruction de germes par irradiation ====
'''Radioconservation des denrées alimentaires'''
Actuellement en plein essor, la radioconservation des denrées alimentaires utilise le rayonnement
gamma du <sup>60</sup>Co ou des électrons accélérés. Elle n’induit normalement aucune radioactivité au sein des aliments. Elle a pour effet :
* Augmentation de la durée de conservation des aliments par le ralentissement de la maturation, de la germination, par réduction du nombre de microorganismes responsables de détériorations,
* Elimination des insectes nuisibles dans les denrées stockées (céréales, farines, fruits, poissons séchés).
* L’assainissement bactérien par destruction de microorganismes pathogènes (volailles, œufs ).
Les doses utilisées sont de l’ordre de 10² à 10<sup>4</sup> Gy.
'''Stérilisation'''
La radiostérilisation du matériel médico-chirurgical par rayonnement gamma (25 kGy ) peut s’effectuer
sur le matériel déjà placé dans son emballage définitif.
==== Production d'électricité ====
Les centrales nucléaires ne constituent qu'un élément de la production d'électricité. Celle-ci comporte trois stades :
* préparation des éléments combustibles,
* fonctionnement des centrales,
* retraitement du combustible.
; Préparation du combustible
: Elle se fait en plusieurs étapes :
:* extraction du minerai d'uranium,
:* concentration et raffinage,
:* transformation afin d'obtenir des sels d'uranium ([[uranate]], [[nitrate d'uranyle]]),
:* enrichissement en <sup>235</sup>U par diffusion gazeuse après transformation en [[hexafluorure d'uranium]] gazeux,
:* fabrication des éléments combustibles.
: Ces opérations se font en milieu contrôlé et n'entraînent normalement pas d'exposition pour les personnes, sauf accident. Pour les travailleurs, la phase la plus critique est l'extraction du minerai qui entraîne une exposition interne par inhalation de poussières et de <sup>222</sup>Rn.
; Fonctionnement des centrales nucléaires
:* Produits de fission : La [[fission nucléaire]], véritable explosion du noyau, donne naissance à :
:** des fragments de fission (généralement 2),
:** des neutrons (2 ou 3),
:** de l'énergie (200 MeV en moyenne).
:: Les produits de fission sont pour la plupart radioactifs, émetteurs bêta ou gamma.
:* Produits d'activation : L'action des neutrons sur les matériaux de gainage du combustible, les impuretés des fluides de refroidissement et les divers éléments de structure donne, naissance à des produits d'activation radioactifs de nature et de période diverses. Un réacteur fonctionne en circuit fermé, mais le fluide du circuit primaire est contaminé par les produits d'activation et des produits de fission échappés des gaines métalliques contenant l'uranium et dont certaines peuvent devenir défectueuses. Les purges, vidanges et opérations de maintenance produisent des effluents gazeux (gaz rares, iodes) et liquides qui sont dispersés dans l'environnement directement ou après traitement, mais de toute façon de manière strictement contrôlée.
; Retraitement du combustible
: Chaque année une partie du combustible est retirée du cœur du réacteur et retraitée après une période de décroissance de plusieurs années. Ce retraitement est destiné à réduire le volume, récupérer des matières réutilisables ([[plutonium]], uranium 235). Pour ce faire, les gaines sont cisaillées, le combustible dissout dans l'acide nitrique puis traité par différents solvants. Ces opérations libèrent une certaine quantité d'effluents gazeux et liquides.
=== Conclusion ===
Pour conclure, il semble intéressant de présenter une vue synthétique des principales sources
d'exposition de l'homme avec les équivalents de dose correspondants.
Il ne faut pas perdre de vue qu'il s'agit de valeurs moyennes et que certains groupes d'individus
(travailleurs de l'énergie nucléaire, populations habitant dans certaines régions etc.) sont exposés à des équivalents de dose plus importants.
{| class="wikitable"
|Radioactivité
|Exposition interne
|Exposition totale
|-
|Radioactivité naturelle
|0,94
|1,64
|-
|Irradiation à des fins médicales
|0,015
|0,8
|-
|Essais nucléaires
|0,02
|0,04
|-
|Energie d’origine nucléaire
|0,015
|0,02
|-
|total
|0,99
|2,5
|-
|}
''Inventaire général des engagements de dose (mSv/an) pour un individu moyen.''
== Voir aussi ==
===Références ===
<references />
=== Articles connexes===
*[[Radioactivité]]
*[[Interaction rayonnement-matière]]
*[[Radioprotection]]
*[[Pollution radioactive]]
*[[Rayonnement non ionisant]]
*[[Syndrome d'irradiation aigue|Syndrôme d'irradiation aigue]]
===Bibliographie===
Remy, E., Estades J., 2006,.Déconfiner l’expertise sur les faibles doses de rayonnements ionisants, Hydroécol. Appl., Tome 15, 123-137.
===Liens externes===
{{...}}
{{SpectreEM}}
{{Portail|chimie|physique|biologie|médecine}}
[[Catégorie:Radiation ionisante|*]]
[[Catégorie:Radiobiologie]]
[[Catégorie:Physique nucléaire]]
[[Catégorie:Chimie nucléaire]]
[[Catégorie:Radioactivité]]
[[af:Ioniserende straling]]
[[bg:Радиация]]
[[cs:Ionizující záření]]
[[da:Ioniserende stråling]]
[[de:Ionisierende Strahlung]]
[[en:Ionizing radiation]]
[[eo:Joniga radiado]]
[[es:Radiación ionizante]]
[[fi:Ionisoiva säteily]]
[[hu:Ionizáló sugárzás]]
[[is:Jónandi geislun]]
[[ja:放射線]]
[[ko:이온화 방사선]]
[[lt:Jonizuojančioji spinduliuotė]]
[[nl:Ioniserende straling]]
[[nn:Ioniserande stråling]]
[[no:Ioniserende stråling]]
[[om:Ionizing Radiation]]
[[pl:Promieniowanie jonizujące]]
[[pt:Radiação ionizante]]
[[ru:Ионизирующие излучения]]
[[simple:Ionizing radiation]]
[[sv:Joniserande strålning]]