Accès rapides :

Rayonnements ionisants

Sommaire du dossier

Vous êtes ici :

  1. Accueil
  2. Risques
  3. Rayonnements ionisants
  4. Généralités (rubrique sélectionnée)

Généralités

Quelques notions à connaître sur les rayonnements ionisants pour mieux comprendre les mesures de radioprotection à mettre en place.

Quelques notions couramment utilisées dans le domaine des rayonnements ionisants sont indispensables pour mieux comprendre les mesures de radioprotection à mettre en place.

Un peu de physique…

La radioactivité est un phénomène naturel lié à la structure de la matière. Tous les corps (gaz, liquides, solides) sont composés d’atomes. Certains de ces atomes sont instables et émettent des rayonnements. Il peut s’agir de :

  • substances radioactives naturelles (uranium, radium, radon…),
  • substances radioactives artificielles (californium, américium, plutonium…).

Ces atomes instables (radioéléments) se transforment spontanément en perdant de l’énergie, et reviennent ainsi progressivement à un état stable. Ils émettent alors des particules, dont le flux constitue un rayonnement porteur d’énergie, spécifique du radioélément qui l’émet. Ces rayonnements sont dits ionisants car, par leur interaction avec la matière, ils peuvent l’ioniser c’est à dire lui enlever un ou plusieurs électrons. Le pouvoir d’ionisation d’un rayonnement dépend de sa nature (alpha, bêta, gamma, X, neutronique) et des énergies de chacune des émissions. On peut observer une ionisation de la matière à partir d’un seuil d’énergie particulaire de 10 électronvolts.

Généralement, un radioélément émet plusieurs types de rayonnement à la fois (alpha, bêta, gamma, X, neutronique).

Les différents types de rayonnements ionisants et leurs caractéristiques

Type de rayonnement

Exemples d’émetteurs *

Nature

Spécificité

Pouvoir pénétrant **

alpha α

Américium 241
Plomb 210
Radon 222
Thorium 232
Uranium 235
Uranium 238

Particules constituées de 2 protons et 2 neutrons (charge électrique positive)

Directement ionisant

Faible pénétration
- parcourt quelques centimètres dans l’air
- arrêté par la couche cornée de la peau ou une feuille de papier

bêta β

Césium 137
Iridium 192
Phosphore 32
Soufre 35
Tritium (ou Hydrogène 3)

Electrons porteurs d’une charge électrique positive (positons ß+) ou négative (ß-)

Directement ionisant

Pénétration limitée
- parcourt quelques mètres dans l’air
- arrêté par une feuille d’aluminium ou par des matériaux de faible poids atomique (plexiglas, etc.)
- ne pénètre pas en profondeur dans l’organisme (pour une source située dans son environnement extérieur)

Gamma γ

Césium 137
Iridium 192
Or 198
Technétium 99

Photons énergétiques

Indirectement ionisant

Pénétration importante
- parcourt quelques centaines de mètres dans l’air
- traverse les vêtements et le corps
- arrêté ou atténué par des écrans protecteurs (épaisseurs de béton, d’acier ou de plomb)

X

Générateur électrique de rayons X

Photons énergétiques

Indirectement ionisant

Pénétration importante
- parcourt quelques centaines de mètres dans l’air
- traverse les vêtements et le corps
- arrêté ou atténué par des écrans protecteurs (épaisseurs de béton, d’acier ou de plomb)

neutronique

Couple Américium- Béryllium
Lors de la fission de l’Uranium 235
Accélérateurs de particules

Neutrons

Indirectement ionisant

Pénétration importante
- parcourt quelques centaines de mètres dans l’air
- traverse les vêtements et le corps
- arrêté par des écrans de paraffine

* Radioéléments ou sources couramment utilisés actuellement en milieu industriel et médical.
** Ne sont indiquées ici que des notions générales. En pratique, ce pouvoir de pénétration dépend de l’énergie de chacun des rayonnements.

Quelques définitions

  • Un rayonnement est dit « directement ionisant » lorsqu’il est constitué de particules électriquement chargées, d’énergie suffisante pour produire des ions (atomes porteurs de charges électriques) par interaction avec la matière.
  • Un rayonnement est dit « indirectement ionisant » lorsqu’il est constitué de particules non chargées électriquement, dont l’énergie est suffisante pour produire, selon plusieurs types d’interactions, une ionisation de la matière.
  • On parle de « rayonnement primaire », lorsqu’il s’agit d’un rayonnement émis spontanément par une source radioactive.
  • L’expression « rayonnement secondaire » est utilisée lorsqu’il s’agit de rayonnements résultant des interactions de rayonnements primaires avec la matière. Par exemple :
    • rayonnement X secondaire, diffusé ou réfléchi par les obstacles (murs, sols ou plafonds) ;
    • rayonnement secondaire lors de l’interaction de neutrons avec la matière (provoquant l’émission secondaire de rayonnements α, ß, γ, X ou de neutrons).
       

Rappelons que l’activité d’une substance radioactive (émission de rayonnements) diminue avec le temps. Ce phénomène est spécifique à chaque radioélément. On appelle période radioactive le temps au bout duquel le nombre de noyaux instables dans un échantillon radioactif aura décru de moitié. Cette période est de l’ordre de 8 jours pour l’iode 131, de 30 ans pour le césium 137, de 5737 ans pour le carbone 14 et de plus de 4 milliards d’année pour l’uranium 238. Il faut donc du temps (souvent très longtemps) pour que l’activité d’un radioélément cesse (retour définitif à un état stable).

Quelques grandeurs et unités

Ne sont présentées ici que les grandeurs et unités internationales utilisées aujourd’hui : becquerel, gray et sievert (Bq, Gy, Sv).
Les anciennes grandeurs ou unités (curie, rad ou rem) ne sont pas explicitées dans ce dossier.

Principales grandeurs et unités internationales utilisées dans le domaine des rayonnements ionisants

Notion / grandeur mesurée

Unité

Définition / caractéristique

Energie de rayonnement (E)

électronvolt (eV)

1 électronvolt = 1,6. 10-19 Joule

Activité d’un corps radioactif (A)

becquerel (Bq)

Nombre de transitions par seconde. Réduite de moitié au bout d’une période, du quart au bout de 2 périodes, etc.
Une transition est une modification de l’état énergétique d’un noyau instable, soit par désintégration, soit par émission ou absorption d’un rayonnement.

Dose absorbée par un organisme vivant (D)

gray (Gy)

Energie absorbée par unité de masse.
Dose (Gy) = Energie (Joule) / Masse (kg)

Dose équivalente (Ht)

sievert (Sv)

Dose équivalente = Dose absorbée x facteur de pondération radiologique
Ce facteur de pondération radiologique (Wr) dépend du type de rayonnement, il vaut 1 pour les rayons X, gamma et bêta, vaut 20 pour les rayons alpha, et est variable pour les neutrons (en fonction de leur énergie). En effet, à dose absorbée égale, les effets biologiques dépendent de la nature des rayonnements (α, β, γ, X ou neutrons) .
La dose équivalente est dite « engagée » quand elle résulte de l’incorporation dans l’organisme de radioéléments jusqu’à l’élimination complète de ceux-ci, soit par élimination biologique, soir par décroissance physique.

Dose efficace (E)

sievert (Sv)

Somme des doses équivalentes pondérées délivrées aux différents tissus et organes du corps. La pondération correspond à l’application d’un facteur de pondération tissulaire (Wt) à la dose équivalente pour chaque organe.
Cette notion correspond à l’évaluation d’une dose corps entier.

Modes d’exposition

L’exposition aux rayonnements ionisants peut se faire selon trois modes :

  • externe sans contact cutané ;
  • externe par contact cutané ;
  • interne.


Pour une exposition externe, la source du rayonnement est extérieure à l’organisme. La source radioactive est située à distance de l’organisme (exposition globale ou localisée). L’irradiation est dans ce cas en rapport avec le pouvoir de pénétration dans le corps des divers rayonnements émis par la source. De ce fait, sont surtout à prendre en compte les rayonnements gamma, X et neutroniques. Les rayonnements ß n’entraînent pas d’irradiation en profondeur du corps humain. Les rayonnements α ne peuvent en aucun cas entraîner d’exposition externe.

Pour une exposition externe par contact cutané, il y a irradiation par dépôt sur la peau de corps radioactifs. Par rapport au cas précédent, le contact cutané avec un radioélément peut induire une exposition interne par pénétration du radioélément à travers la peau (altération cutanée, plaie, ou plus rarement à travers une peau saine).

Pour une exposition interne, les substances radioactives ont pénétré dans l’organisme soit par inhalation (gaz, aérosols), par ingestion, par voie oculaire ou par voie percutanée (altération cutanée, plaie, ou plus rarement à travers une peau saine). Après pénétration dans l’organisme, l’exposition interne de l’organisme se poursuivra tant que la substance radioactive n’aura pas été éliminée naturellement par l’organisme et que celle ci continuera d’émettre des particules ionisantes.

Le mode d’exposition a énormément d’importance sur la nature et l’importance des effets recensés. Une exposition interne aux rayonnements ß sera ainsi plus nocive qu’une exposition externe à ces rayonnements.
Signalons que la majorité des expositions d’origine professionnelle sont des expositions externes. L’exposition reçue par l’organisme dépend alors de :

  • la nature du rayonnement (activité et nature du radioélément) ;
  • la distance à la source : plus l’organisme est éloigné de la source d’exposition, moins la dose absorbée sera forte (varie en fonction inverse du carré de la distance) ;
  • la durée de l’exposition ;
  •  l’épaisseur et la composition des écrans éventuels.
Pour en savoir plus
Mis à jour le 16/06/2015
Formation INRS