Radioactivite

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Radioactivite

Radioactivité

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Symbole signalant une source de rayons ionisants, ‚ėĘ.

La radioactivit√©, ph√©nom√®ne qui fut d√©couvert en 1896 par Henri Becquerel sur l'uranium et tr√®s vite confirm√© par Marie Curie pour le thorium, est un ph√©nom√®ne physique naturel au cours duquel des noyaux atomiques instables, dits radionucl√©ides, se d√©sint√®grent en d√©gageant de l'√©nergie sous forme de rayonnements divers, pour se transformer en des noyaux atomiques plus stables ayant perdu une partie de leur masse. Les rayonnements ainsi √©mis sont appel√©s, selon le cas, des rayons őĪ, des rayons ő≤ ou des rayons ő≥.

Les radionucléides les plus fréquents dans les roches terrestres sont l'isotope 238 de l'uranium (238U), l'isotope 232 du thorium (232Th), et surtout l'isotope 40 du potassium (40K). Outre ces isotopes radioactifs naturels encore relativement abondants, il existe dans la nature des isotopes radioactifs en abondances beaucoup plus faibles. Il s'agit notamment des éléments instables produits lors de la suite de désintégrations des isotopes mentionnés, par exemple de divers isotopes du radium et du radon.

Un des radionucl√©ides naturels les plus utilis√©s par l'homme est l'isotope 235 de l'uranium (235U) qui se trouve dans la nature en faible concentration (<1 %) associ√© √† l'isotope 238U, mais dont on modifie la concentration par des techniques d'enrichissement de l'uranium pour qu'il puisse servir √† la production d'√©nergie nucl√©aire civile et militaire.

Un autre radionucl√©ide naturel est le radiocarbone, c'est-√†-dire l'isotope 14 du carbone (14C). Ce dernier est constamment produit dans la haute atmosph√®re par des rayons cosmiques interagissant avec l'azote, et se d√©truit par d√©sint√©grations radioactives √† peu pr√®s au m√™me taux qu'il est produit, de sorte qu'il se produit un √©quilibre dynamique qui fait que la concentration du 14C reste plus ou moins constante au cours du temps dans l'air et dans les organismes vivants qui respirent cet air. Une fois un organisme mort, la concentration en 14C diminue dans ses tissus, et permet de dater le moment de la mort. Cette datation au radiocarbone est un outil de recherche tr√®s pris√© en arch√©ologie et permet de dater avec une bonne pr√©cision des objets organiques dont l'√Ęge ne d√©passe pas 50 000 ans.

Les rayonnements őĪ, ő≤ et ő≥ produits par la radioactivit√© sont des rayonnements ionisants qui interagissent avec la mati√®re en provoquant une ionisation. L'irradiation d'un organisme entraine des effets qui peuvent √™tre plus ou moins n√©fastes pour la sant√©, selon les doses de radiation re√ßues et le type de rayonnement concern√©.

Sommaire

Historique

¬ę Poudre Tho-Radia, √† base de radium et thorium, selon la formule du Dr Alfred Curie‚Ķ ¬Ľ

La radioactivit√© fut d√©couverte en 1896 par Henri Becquerel (1852-1908), lors de ses travaux sur la phosphorescence : les mati√®res phosphorescentes √©mettent de la lumi√®re dans le noir apr√®s expositions √† la lumi√®re, et Becquerel supposait que la lueur qui se produit dans les tubes cathodiques expos√©s aux rayons X pouvait √™tre li√©e au ph√©nom√®ne de phosphorescence. Son exp√©rience consistait √† sceller une plaque photographique dans du papier noir et mettre ce paquet en contact avec diff√©rents mat√©riaux phosphorescents. Tous ses r√©sultats d'exp√©rience furent n√©gatifs, √† l'exception de ceux faisant intervenir des sels d'uranium, lesquels impressionnaient la plaque photographique √† travers la couche de papier. Cependant, il apparut bient√īt que l'impression de l'√©mulsion photographique n'avait rien √† voir avec le ph√©nom√®ne de phosphorescence, car l'impression se faisait m√™me lorsque l'uranium n'avait pas √©t√© expos√© √† la lumi√®re au pr√©alable. Par ailleurs, tous les compos√©s d'uranium impressionnaient la plaque, y compris les sels d'uranium non phosphorescents et l'uranium m√©tallique. √Ä premi√®re vue, ce nouveau rayonnement √©tait semblable au rayonnement X, d√©couvert l'ann√©e pr√©c√©dente (en 1895) par le physicien allemand Wilhelm R√∂ntgen (1845-1923). Des √©tudes ult√©rieures men√©es par Becquerel lui-m√™me, ainsi que par Marie Curie (1867-1934) et Pierre Curie (1859-1906), ou encore par Ernest Rutherford (1871-1937), montraient que la radioactivit√© est nettement plus complexe que le rayonnement X. En particulier, ils trouvaient qu'un champ √©lectrique ou magn√©tique s√©pare les rayonnements ¬ę uraniques ¬Ľ en trois faisceaux distincts, qu'ils baptisaient őĪ, ő≤ et ő≥. La direction de la d√©viation des faisceaux montrait que les particules őĪ √©taient charg√©es positivement, les ő≤ n√©gativement, et que les ő≥ √©taient neutres. En outre, la magnitude de la d√©flection indiquait nettement que les particules őĪ √©taient bien plus massives que les ő≤.

En faisant passer les rayons őĪ dans un tube √† d√©charge et en √©tudiant les raies spectrales ainsi produites, on pouvait conclure que le rayonnement őĪ est constitu√© d'h√©lions, autrement dit de noyaux d'h√©lium (4He). D'autres exp√©riences permettaient d'√©tablir que les rayons ő≤ sont compos√©s d'√©lectrons comme les particules dans un tube cathodique, et que les ő≥ sont, tout comme les rayons X, des photons tr√®s √©nerg√©tiques. Par la suite, on d√©couvrit que de nombreux autres √©l√©ments chimiques ont des isotopes radioactifs. Ainsi, en traitant des tonnes de pechblende, une roche uranif√®re, Marie Curie r√©ussit √† isoler quelques milligrammes de radium dont les propri√©t√©s chimiques sont tout √† fait similaires √† celles du baryum (les deux sont des m√©taux alcalino-terreux), mais qu'on arrive √† distinguer √† cause de la radioactivit√© du radium.

Les dangers de la radioactivit√© pour la sant√© ne furent pas imm√©diatement reconnus. Ainsi, Nikola Tesla (1856-1943), en soumettant volontairement en 1896 ses propres doigts √† une irradiation par des rayons X, constata que les effets aigus de cette irradiation √©taient des br√Ľlures qu'il attribua, dans une publication, √† la pr√©sence d'ozone. D'autre part, les effets mutag√®nes des radiations, en particulier les risques de cancer, ne furent d√©couverts qu'en 1927 par Hermann Joseph Muller (1890-1967). Avant que les effets biologiques des radiations ne soient connus, des m√©decins et des soci√©t√©s attribuaient aux mati√®res radioactives des propri√©t√©s th√©rapeutiques : le radium, en particulier, √©tait populaire comme tonifiant, et fut prescrit sous forme d'amulettes ou de pastilles. Marie Curie s'est √©lev√©e contre cette mode, arguant que les effets des radiations sur le corps n'√©taient pas encore bien compris. Durant les ann√©es 1930, les nombreuses morts qui ont sembl√© pouvoir √™tre reli√©es √† l'utilisation de produits contenant du radium ont fait passer cette mode.

Les transformations nucléaires

La d√©sint√©gration d'un noyau radioactif peut entrainer l'√©mission de rayonnement őĪ, ő≤- ou ő≤+. Ces d√©sint√©grations sont souvent accompagn√©es de l'√©mission de photons de haute √©nergie ou rayons gamma, dont les longueurs d'onde sont g√©n√©ralement encore plus courtes que celles des rayons X, √©tant de l'ordre de 10-9 m ou inf√©rieures. Cette √©mission gamma (ő≥) r√©sulte de l'√©mission de photons lors de transitions nucl√©aires : du r√©arrangement des charges internes du noyau nouvellement form√©, ou bien de la couche profonde du cort√®ge √©lectronique perturb√©, √† partir de niveaux d'√©nergie excit√©s avec des √©nergies mises en jeu de l'ordre du MeV.

Les transformations isobariques

Une transformation isobarique correspond à la transmutation d'un noyau avec la conservation du nombre de masse A.

√Čmissions b√™ta

Article d√©taill√© : Radioactivit√© ő≤.
L'émission bêta moins
√Čmission d'une particule b√™ta moins (√©lectron).

La radioactivit√© b√™ta moins (ő≤-) affecte les nucl√©ides X pr√©sentant un exc√®s de neutrons. Elle se manifeste lors de r√©action isobariques par la transformation dans le noyau d'un neutron en proton, le ph√©nom√®ne s'accompagnant de l'√©mission d'un √©lectron (ou particule b√™ta moins) et d'un antineutrino √©lectronique őĹe :

 {}^{A}_{Z}\hbox{X}\;\to\;^{A}_{Z+1}\hbox{Y}+ e^- + \bar{\nu}_e
L'émission bêta plus

La radioactivit√© b√™ta plus (ő≤+) ne concerne que des nucl√©ides qui pr√©sentent un exc√®s de protons. Elle se manifeste par la transformation dans le noyau d'un proton en neutron, le ph√©nom√®ne s'accompagnant de l'√©mission d'un positon (ou positron, ou encore particule b√™ta plus) et d'un neutrino √©lectronique őĹe :

 {}^{A}_{Z}\hbox{X}\;\to\;^{A}_{Z-1}\hbox{Y}+ e^+ + {\nu}_e

L'√©mission d'un rayonnement ő≤+ par un noyau n'est possible que si l'√©nergie disponible est sup√©rieure √† 1,022 MeV (soit la masse de deux √©lectrons). Car le bilan √©nerg√©tique, qui est la diff√©rence entre l'√©nergie initiale et l'√©nergie finale donne: Q = (m(X) ‚ąí m(Y) ‚ąí me ‚ąí mőĹ)C2, o√Ļ mőĹC2 est n√©gligeable, puisque de l'ordre de quelques eV

Q = őľ(X)C2 ‚ąí ZmeC2 ‚ąí őľ(Y)C2 + (Z ‚ąí 1)meC2 ‚ąí meC2, avec őľ(X)C2 et őľ(Y)C2 les √©nergies des atomes X et Y

Q = (őľ(X) ‚ąí őľ(Y) ‚ąí 2me)C2=Qő≤+ La r√©action n'est donc possible que si Q > 0 c'est-√†-dire que si (őľ(X) ‚ąí őľ(Y)C2 > 2meC2 = 1.022Mev

La capture électronique

Article d√©taill√© : Capture √©lectronique.

La capture √©lectronique (őĶ) ne concerne que des nucl√©ides qui pr√©sentent un exc√®s de protons et dont l'√©nergie disponible (dans la r√©action potentielle) n'est pas nulle.

 {}^{A}_{Z}\hbox{X} + e^- \;\to\;^{A}_{Z-1}\hbox{Y} + {\nu}_e

L'émission alpha

émission d'une particule alpha (noyau d'hélium).
Article d√©taill√© : Radioactivit√© őĪ.

On parle[1] de radioactivit√© alpha (őĪ) pour d√©signer l'√©mission d'un noyau d'h√©lium ou h√©lion :

 {}^{A}_{Z}\hbox{X}\;\to\;^{A-4}_{Z-2}\hbox{Y}\;+{}^{4}_{2}\hbox{He}

Ces hélions, encore appelés particules alpha, ont une charge 2e, et une masse de 4,001 505 8 unités de masse atomique.

Loi de désintégration radioactive

Article d√©taill√© : d√©croissance radioactive.

Un radionucléide quelconque a autant de chances de se désintégrer à un moment donné qu'un autre radionucléide de la même espèce, et la désintégration ne dépend pas des conditions physico-chimiques dans lesquelles le nucléide se trouve. En d'autres termes, la loi de désintégration radioactive est une loi statistique.

Soit N(t) le nombre de radionucl√©ides d'une esp√®ce donn√©e pr√©sents dans un √©chantillon √† un instant t quelconque. Comme la probabilit√© de d√©sint√©gration d'un quelconque de ces radionucl√©ides ne d√©pend pas de la pr√©sence des autres radionucl√©ides ni du milieu environnant, le nombre total de d√©sint√©grations dN pendant un intervalle de temps dt √† l'instant t est proportionnel au nombre de radionucl√©ides de m√™me esp√®ce N pr√©sents et √† la dur√©e dt de cet intervalle : c'est une loi de d√©croissance exponentielle. On a en effet :

dN = ‚ąí őĽNdt

Le signe moins (‚Äď) vient de ce que N diminue au cours du temps, de sorte que la constante őĽ est positive.

En int√©grant l'√©quation diff√©rentielle pr√©c√©dente, on trouve le nombre N(t) de radionucl√©ides pr√©sents dans le corps √† un instant t quelconque, sachant qu'√† un instant donn√© t = 0 il y en avait N0 :

N(t) = N0e ‚ąí őĽt

Interaction entre les rayonnements et la matière

En irradiation externe, le rayonnement őĪ est arr√™t√© par une feuille de papier.
Le rayonnement ő≤ est arr√™t√© par une feuille d'aluminium.
Le rayonnement ő≥ est att√©nu√© (mais jamais arr√™t√©) par de grandes √©paisseurs de mat√©riaux denses, comme le plomb.


Article d√©taill√© : Rayonnements ionisants.

Les rayonnements ionisants provoquent tous au sein de la matière des ionisations et des excitations. La façon dont se produisent ces ionisations dépend du type de rayonnement considéré.

  • rayonnement őĪ : un noyau atomique instable √©met une particule lourde charg√©e positivement constitu√©e de deux protons et de deux neutrons (noyau d'h√©lium-4). En traversant la mati√®re, cette particule interagit principalement avec le cort√®ge √©lectronique des atomes du mat√©riau travers√©, ce qui les excite ou les ionise. Ce m√©canisme se produit sur une tr√®s courte distance car la section efficace d'interaction est √©lev√©e: le pouvoir de p√©n√©tration des rayonnements alpha est faible (une simple feuille de papier ou 4 √† 5 cm d'air les arr√™tent totalement) et par cons√©quent le d√©p√īt d'√©nergie par unit√© de longueur travers√©e sera √©lev√©. Cette √©nergie dissip√©e dans la mati√®re travers√©e se traduira par des excitations et des ionisations et donne lieu √† des rayonnements secondaires.


  • rayonnement ő≤- : un noyau atomique instable √©met une particule l√©g√®re et charg√©e n√©gativement (un √©lectron) qu'une feuille d'aluminium peut arr√™ter. Cependant ce rayonnement interagit avec la mati√®re en provoquant des excitations et des ionisations par diffusion. Le parcours des √©lectrons dans la mati√®re est plus important que celui des particules alpha (de l'ordre de quelques m√®tres maximum dans l'air). La perte d'√©nergie du rayonnement b√™ta par unit√© de longueur travers√©e sera, toute autre chose √©tant √©gale, moindre que celle du rayonnement alpha. Il en sera donc de m√™me du nombre d'excitation et d'ionisation produite par unit√© de longueur. Dans certains cas (√©lectron de forte √©nergie et mat√©riau travers√© de masse atomique √©lev√©e) l'√©mission d'un rayonnement de freinage √©lectromagn√©tique est possible.


  • rayonnement ő≤+ : un noyau atomique instable √©met une particule l√©g√®re et charg√©e positivement (un positon) qui interagit imm√©diatement avec un √©lectron du milieu provoquant son annihilation et la production de deux rayons gamma de 511 keV chacun ayant entre eux un angle solide de 180¬į.


  • rayonnement ő≥ : un noyau atomique qui ne souffre pas d'un d√©s√©quilibre baryonique, mais qui se trouve dans un √©tat d'√©nergie instable, √©met un photon tr√®s √©nerg√©tique, donc tr√®s p√©n√©trant, pour atteindre un √©tat d'√©nergie stable ; il faut plusieurs centim√®tres de plomb pour l'att√©nuer. Il n'y a gu√®re de diff√©rence entre les rayons X durs et le rayonnement ő≥ ‚ÄĒ seul leur origine les diff√©rencie. En g√©n√©ral, l'√©mission de rayons ő≥ suit une d√©sint√©gration őĪ ou ő≤, car elle correspond √† un r√©arrangement des nucl√©ons, et notamment √† une r√©organisation de la charge √©lectrique √† l'int√©rieur du nouveau noyau. On rencontre donc fr√©quemment un noyau radioactif √©mettant simultan√©ment plusieurs types de rayonnement : par exemple, l'isotope 239 du plutonium (239Pu) est un √©metteur őĪ‚Äďő≥, l'isotope 59 du fer (59Fe) est un √©metteur ő≤‚Äďő≥. Le rayonnement gamma est un faisceau de photons sans charge ni masse. En traversant la mati√®re il provoque trois types d'interactions :
Ces mécanismes produiront, in fine, des excitations et ionisations dans le matériau traversé. Le rayonnement gamma a un fort pouvoir de pénétration dans la matière (plusieurs mètres de béton).

La nature des lois physiques permettant de calculer les parcours ou l'att√©nuation des rayonnements dans la mati√®re est diff√®rent selon les rayonnements consid√©r√©s. Les rayonnements gamma ne sont jamais compl√®tement arr√™t√©s par la mati√®re. C'est pourquoi le flux de photons √©mergeant d'un √©cran sera faible, voire quasi ind√©tectable, mais jamais nul. Les lois physiques qui traduisent le parcours des rayonnements alpha et b√™ta montrent qu'au-del√† d'une certaine distance, il est impossible que des particules puissent √™tre retrouv√©es. Le rayonnement incident peut donc √™tre compl√®tement bloqu√© par un mat√©riau qui joue le r√īle d'√©cran.

Mesure de radioactivité

Grandeurs objectives

Ces grandeurs objectives sont mesurables à l'aide d'appareils de physique (compteurs, calorimètres, horloges).

  • L'activit√© d'une source radioactive se mesure en becquerels (Bq), unit√© correspondant au nombre de d√©sint√©grations par seconde, en hommage √† Henri Becquerel. On utilise quelquefois (en biologie par exemple) le nombre de d√©sint√©grations par minute.
  • L'activit√© massique ou volumique est plus souvent utilis√©e. Elle correspond √† l'activit√© rapport√©e √† la masse (Bq/kg) ou au volume de l'√©chantillon mesur√© (Bq/L ou Bq/m¬≥).
  • Le curie (Ci) √©tait autrefois utilis√© : il se d√©finit comme l'activit√© d'un gramme de radium, soit 37√ó109 d√©sint√©grations par seconde, soit 37 Bq = nCi.
  • le coulomb par kilogramme (C/kg) peut √©galement √™tre utilis√© : il mesure l'exposition aux rayonnements X et gamma (la charge d'ions lib√©r√©e dans la masse d'air). L'ancienne unit√© √©quivalente √©tait le Roentgen qui correspond au nombre d'ionisations par kilogramme d'air.
  • Pour le radon, l'√©nergie alpha potentielle volumique (EAPV)peut √™tre mesur√©e en joule (unit√©) par m√®tre cube (j/m¬≥). Cela correspond √† l'√©nergie des particules alpha √©mises dans un certain volume par les descendants du radon.

Conversion des diff√©rentes unit√©s objectives :

1 Ci = 3,7√ó1010 Bq
1 Bq = 0,027 nCi

Grandeurs subjectives

Ce sont des grandeurs non mesurables directement. Elles sont estimées à partir de mesures et de coefficients de pondération définis par la CIPR.

  • La dose absorb√©e par la cible est d√©finie comme l'√©nergie re√ßue par unit√© de masse de la cible, en joules par kilogramme, c'est-√†-dire en Grays (Gy) dans le syst√®me SI. L'ancienne unit√© √©tait le rad. 1 Gy = 100 rad. On d√©finit √©galement un d√©bit de dose, c'est-√†-dire l'√©nergie absorb√©e par kilogramme et par unit√© de temps, c'est-√†-dire en gray par seconde (Gy/s).
  • La dose √©quivalente, H pour laquelle chaque rayonnement doit √™tre pond√©r√© pour tenir compte de leur nocivit√© respective. L'unit√© du Syst√®me International SI) est le Sievert (Sv). Lorsque le rad √©tait utilis√© comme unit√© de dose absorb√©e, l'unit√© de dose √©quivalente √©tait le rem, acronyme de ¬ę rad equivalent man ¬Ľ.
  • La dose efficace, E est la somme pond√©r√©e des doses √©quivalentes HT aux organes et tissus T irradi√©s. Elle rend compte du risque d'apparition de cancer. L'unit√© utilis√©e est √©galement le Sievert.

Chiffres √† manier avec pr√©caution et pas sourc√© :

Le facteur de risque d'induction de cancer est estimé à 4% par Sv pour une population de travailleurs et à 5% par Sv pour la population en général. À titre d'exemple, les personnes vivant en Europe occidentale reçoivent une dose annuelle naturelle de mSv dont la moitié est due au radon.

  • L'√©quivalent de dose ambiant, H*(10), est une grandeur op√©rationnelle exprim√©e en mSv. C'est une mesure approchante de la dose efficace externe, utilis√©e pour les mesures de l'environnement.
  • L'√©quivalent de dose individuel, Hp(10), est une grandeur op√©rationnelle exprim√©e en mSv. C'est une mesure approchante de la dose efficace externe, utilis√©e pour les mesures de l'exposition des personnes aux radiations ionisantes dans le cadre de leur profession.

Conversion des diff√©rentes unit√©s subjectives :

1 rad = 0,01 Gy
1 Gy = 100 rad
1 rem = 0,01 Sv = 10 mSv
1 Sv = 100 rem

Origines de la radioactivité

La radioactivit√© a principalement pour origine les radioisotopes existants dans la nature et produits lors des explosions des supernovas. On trouve des traces de ces √©l√©ments radioactifs et de leurs descendants dans notre environnement : un roc de granite contient des traces d'uranium qui, en se d√©sint√©grant, √©mettent du radon.

On parle de ¬ę radioactivit√© naturelle ¬Ľ pour d√©signer la radioactivit√© due √† des sources non produites par les activit√©s humaines, comme celle issue du radon, ou du rayonnement cosmique. √Ä contrario, on parle de ¬ę radioactivit√© artificielle ¬Ľ pour d√©signer la radioactivit√© due √† des sources produites par les activit√©s humaines : √©l√©ments transuraniens synth√©tiques, concentrations artificiellement √©lev√©es de mati√®res radioactives, production artificielle de rayonnement Gamma (dans un acc√©l√©rateur de particules par exemple) ou de rayons X (radiographies). Physiquement, il s'agit exactement du m√™me ph√©nom√®ne.

Nature de la source Exposition humaine √† la radioactivit√© selon l'OMS[2] : mSv par personne et par an Radioactivit√© naturelle en % Radioactivit√© artificielle en %
Radon (gaz radioactif naturel souvent présent dans les rez-de-chaussée) 1,3 42%
Irradiation d'origine médicale (Radiographies, scanners, radiothérapies...) 0,6 20%
√Čl√©ments absorb√©s par alimentation (essentiellement du potassium 40 contenu naturellement dans les aliments) 0,5 16%
Rayonnement cosmique 0,4 13%
Rayonnement interne 0,2 6%
Autres origines artificielles sauf énergie nucléaire civile (industries minières diverses, retombées atmosphériques des essais militaires, instruments de mesure, certains procédés industriels tels la radiographie de soudures...) 0,1 3%
Energie nucléaire civile 0,01 0,3%
Total 3,1 77% 23%

Selon une √Čtude de Billon S. et Al[3], l'exposition naturelle √† la radioactivit√© repr√©senterait environ 2,5 mSv sur un total de 3,5. Cette dose peut varier de 1 √† 40 mSv, selon l'environnement g√©ologique et les mat√©riaux d'habitation. Il y a aussi le rayonnement interne du corps : La radioactivit√© naturelle des atomes de notre corps se traduit par environ 8 000 d√©sint√©grations par seconde (8 000 Bq). Ce taux est principalement du √† la pr√©sence de carbone 14 et de potassium 40 dans notre organisme.

Radioactivité naturelle

Radioactivité tellurique

Le rayonnement tellurique d√Ľ aux radionucl√©ides pr√©sents dans les roches (uranium, thorium et descendants) est d'environ 0,50 mSv par an en France [4]. Il peut cependant √™tre bien plus important dans certaines r√©gions ou la roche est tr√®s concentr√©e en uranium (r√©gions granitiques comme la For√™t-Noire en Allemagne ou la Bretagne et le Massif central en France) ou en thorium (R√©gion du K√©rala en Inde).

Radon

A ce rayonnement s'ajoute la pr√©sence d'un gaz radioactif : le radon. Il est responsable √† lui seul de la plus grande part de l'exposition humaine moyenne √† la radioactivit√© : 42 % du total. Il est issu de la d√©composition de l'uranium naturellement contenu dans les sols. Dans les r√©gions o√Ļ la concentration en uranium dans la roche est √©lev√©e, il est souvent pr√©sent dans les habitations peu ventil√©es, ou construites sur des sols √† fort d√©gagement de radon (rez-de-chauss√©e, maisons, caves). Il entraine alors une exposition interne cons√©quente √† cause de ces descendants √† vie courte (dont fait notamment partie le polonium).

La radioactivité du radon est la deuxième source de décès par cancer du poumon en France juste derrière le tabac[5].

Rayons cosmiques

  • La Terre est en permanence soumise √† un flux de particules primaires de haute √©nergie en provenance essentiellement de l'espace et (en bien moindre mesure) du Soleil : les rayons cosmiques.

Le vent solaire, et le champ magn√©tique qu'il entraine d√©vie une partie des rayons cosmiques ¬ę interstellaires ¬Ľ ; Le champ magn√©tique terrestre (la Ceinture de Van Allen) d√©vie la majeure partie de ceux approchant la Terre. L‚Äôatmosph√®re n'absorbant qu‚Äôune partie de ces particules de haute √©nergie, une fraction de celle-ci atteint le sol, voire pour les plus √©nerg√©tiques, traverse les premi√®res couches rocheuses.

  • Ce rayonnement extraterrestre, par un ph√©nom√®ne de spallation √† partir des noyaux plus lourds pr√©sents dans la haute atmosph√®re, entraine la production de rayonnements et de particules ionisantes secondaires ou tertiaires (neutrons, √©lectrons, alpha, ions ...). Ce ph√©nom√®ne est √† l'origine, entre autres, de la production de radionucl√©ides cosmog√©niques sur notre plan√®te tels que le carbone 14 et le tritium.

La part due au rayonnement cosmique repr√©sente environ 0,32 nGy/h[6] au niveau de la mer. Cette valeur varie en fonction de la latitude et de l'altitude, elle double √† 1 500 m d'altitude.

Radioactivité artificielle

L'activit√© humaine est une autre source majeure de rayonnements ionisants. Principalement, pour 20 % du total des expositions humaines √† la radioactivit√©, par les activit√©s m√©dicales : production de radionucl√©ides par cyclotron (pour les scintigraphies et TEP par exemple). Le reste, repr√©sentant 3% du total des expositions humaines, est produit, par ordre d'importance, par :

Note : L'imagerie m√©dicale au moyen de rayons X produit la plus forte dose d'exposition de l'homme aux rayonnements ionisants.
On ne parle cependant pas de radioactivité car les rayons X ne sont pas issus de réactions nucléaires du noyaux mais d'excitation électronique de l'atome

Radioprotection

Risque sanitaire

Nouveau symbole lancé par l'AIEA représentant un danger de mort ou de dommages sérieux.

Une substance radioactive doit √™tre rep√©r√©e par le symbole ‚ėĘ (Unicode 2622, UTF-8 E2 98 A2).

Les cons√©quences de la radioactivit√© sur la sant√© sont complexes. Le risque pour la sant√© d√©pend non seulement de l'intensit√© du rayonnement et la dur√©e d'exposition, mais √©galement du type de tissu concern√© ‚ÄĒ les organes reproducteurs sont 20 fois plus sensibles que la peau. Les effets sont diff√©rents selon le vecteur de la radioactivit√© :

Les normes internationales, basées sur les conséquences épidémiologiques de l'explosion des bombes d'Hiroshima et Nagasaki, partent du principe que le risque pour la santé est proportionnel à la dose reçue et que toute dose de rayonnement comporte un risque cancérigène et génétique (CIPR 1990).

La r√®glementation pour la protection contre les radiations ionisantes est bas√©e sur trois recommandations fondamentales :

  1. Justification : on ne doit adopter aucune pratique conduisant √† une irradiation, √† moins qu'elle ne produise un b√©n√©fice suffisant pour les individus expos√©s ou pour la soci√©t√©, compensant le pr√©judice li√© √† cette irradiation.
  2. Optimisation : l'irradiation doit √™tre au niveau le plus bas que l'on peut raisonnablement atteindre.
  3. Limitation de la dose et du risque individuels : aucun individu ne doit recevoir des doses d'irradiation sup√©rieures aux limites maximum autoris√©es.

De récentes études de l'IRSN s'intéressent aux effets de la contamination radioactive chronique, qui même à des faibles doses, pourraient ne pas être négligeables, et pourraient provoquer différentes pathologies atteignant certaines fonctions physiologiques (système nerveux central, respiration, digestion, reproduction). [1] Mais cette vision est contestée, et d'autres acteurs, dont notamment l'Académie de médecine, estiment au contraire que ces craintes sont inutiles.[7]

Dose radiative

L'environnement naturel √©met un rayonnement inf√©rieur 0,00012 mSv‚čÖh-1. L'exposition peut devenir dangereuse √† partir de 0,002 mSv‚čÖh-1, selon le temps auquel on y est soumis.

Les doses actuellement tol√©r√©es dans les diff√©rents secteurs contr√īl√©s des centrales nucl√©aires fran√ßaises sont

  • zone bleue : de 0,0025 √† 0,0075 mSv‚čÖh-1
  • zone verte : de 0,0075 √† 0,025 mSv‚čÖh-1
  • zone jaune : de 0,025 √† 2 mSv‚čÖh-1
  • zone orange : de 2 √† 100 mSv‚čÖh-1
  • zone rouge : > 100 mSv‚čÖh-1
Article d√©taill√© : Dose radiative.

Dose équivalente

La dose √©quivalente est la mesure de dose cumul√©e d'exposition continue aux radiations ionisantes durant une ann√©e, avec des facteurs de pond√©ration. Jusqu'en 1992, les doses √©quivalentes n'√©taient pas mesur√©es de la m√™me fa√ßon en Europe et aux √Čtats-Unis ; aujourd'hui ces doses sont standardis√©es.

La dose cumul√©e d'une source radioactive artificielle devient dangereuse √† partir de 500 mSv (ou 50 rem), dose √† laquelle on constate les premiers sympt√īmes d'alt√©ration sanguine. En 1992, la dose √©quivalente maximale (dem) pour une personne travaillant sous rayonnements ionisants √©tait fix√©e √† 15 mSv sur les 12 derniers mois en Europe (CERN et Angleterre) et √† 50 mSv sur les 12 derniers mois aux √Čtats-Unis. Depuis ao√Ľt 2003, la dem est pass√©e √† 20 mSv sur les 12 derniers mois.

Lors d'un scanner m√©dical, le patient re√ßoit une dose de 0,05 mSv √† 15 mSv suivant les organes. Pour √©viter tout sympt√īme d'alt√©ration sanguine, on se limite √† un maximum de trois examens de ce type par an.

Radioprotection

Article d√©taill√© : Radioprotection.

Irradiation

En France, la r√©glementation fixe les limites annuelles de radiation √† 20 mSv (2 rem) pour les travailleurs et √† 1 mSv (0,1 rem) pour la population.

Les facteurs qui prot√®gent des radiations sont :

  • Distance (√©viter de mettre la t√™te sur la source),
  • Activit√© (r√©duire au mieux le ddd),
  • Temps (rester le moins longtemps pr√®s de la source),
  • √Čcran (plomber, immerger, b√©tonner, ‚Ķ la source).

Certains comportements sont susceptibles d'entrainer une surexposition √† la radioactivit√© : un patient qui effectue 5 radiographies aux rayons X subit une dose d'environ 1 mSv ; les passagers et les pilotes des avions de ligne, et les astronautes en orbite, subissent aussi de l'ordre d'1 mSv lors d'une √©ruption solaire tr√®s intense. S'ils r√©p√®tent ces voyages ou effectuent des missions de longues dur√©es, une exposition prolong√©e accro√ģt le risque d'irradiation.

Article d√©taill√© : Irradiation.

Contamination radioactive

En zone contamin√©e par des poussi√®res radioactives, on se prot√®ge par une hygi√®ne tr√®s stricte : nettoyage des surfaces de travail, pr√©cautions pour √©viter de soulever la poussi√®re, tenues de protection

Alimentation

La Communaut√© europ√©enne a fix√© des doses de radioactivit√© √† ne pas d√©passer dans les aliments : le lait ne doit pas d√©passer 500 Bq/l pour l'iode 131. Dans certains l√§nder allemands, les normes sont beaucoup plus s√©v√®res (100 Bq/l en Sarre, 20 Bq/l en Hesse et Hambourg).

Article d√©taill√© : contamination radioactive.

Principaux isotopes radioactifs

  1 2   3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba * Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra * Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uuo
  ‚Üď  
  * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb  
  * Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No
 
  Pb   Un isotope au moins de cet √©l√©ment est stable
  Cm   Un isotope a une p√©riode d'au moins 4 millions d'ann√©es
  Cf   Un isotope a une p√©riode d'au moins 800 ans
  Md   Un isotope a une p√©riode d'au moins 1 journ√©e
  Mt   Un isotope a une p√©riode d'au moins 1 minute
  Uuo   Aucun isotope connu n'a de p√©riode d√©passant 1 minute

Voir aussi la Carte des nucléides.

Notes et références

  1. ‚ÜĎ J.P. Sarmant (1988). Dictionnaire Hachette de Physique, Hachette, Paris. ISBN 2-01-007597-8
  2. ‚ÜĎ Jean-Marc Jancovici : A propos de quelques objections fr√©quentes sur le nucl√©aire civil
  3. ‚ÜĎ "French population exposure to radon, terrestrial gamma and cosmics ray", Billon S. et Al, Radiation Protection Dosimetry, 2005, Vol 113 n¬į3
  4. ‚ÜĎ "French population exposure to radon, terrestrial gamma and cosmics ray", Billon S. et Al, Radiation Protection Dosimetry, 2005, Vol 113 n¬į3
  5. ‚ÜĎ O Catelinois, ¬ę Lung Cancer Attributable to Indoor Radon Exposure in France: Impact of the Risk Models and Uncertainty Analysis ¬Ľ, dans Environmental Health Perspectives, National Institute of Environmental Health Science, vol. 114, no 9, May 2006, p. 1361‚Äď1366 [texte int√©gral lien PMID lien DOI (pages consult√©es le 2007-08-10)] 
  6. ‚ÜĎ UNSCEAR 2000
  7. ‚ÜĎ Faibles doses de radioactivit√© : une r√©volution dans la radioprotection par Emmanuel Grenier (Source : Fusion n¬į77, 1999)

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