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Rayonnements ionisants

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Généralités


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 d'entre eux sont instables et émettent des rayonnements. Il peut s’agir de :

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

 

Ces atomes instables (radionucléides) se transforment spontanément en perdant de l’énergie, et reviennent ainsi progressivement à un état stable. Ils émettent alors des particules ou des photons, dont le flux constitue un rayonnement porteur d’énergie, spécifique du radionucléide qui l’émet. Ces rayonnements sont dits ionisants car ils peuvent ioniser la matière en interagissant avec elle, c’est-à-dire lui enlever un ou plusieurs électrons. Ces ionisations provoquent des modifications physico-chimiques dans la matière susceptibles d’entrainer des effets néfastes sur la santé. Le pouvoir d’ionisation d’un radionucléide dépend de la nature des rayonnements qu’il émet (alpha, bêta, gamma, X, neutronique) et de l’énergie de chacune des émissions. On peut observer une ionisation de la matière à partir d’un seuil d’énergie de l’ordre de 10 électronvolts.

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

Les différents types de rayonnements ionisants et leurs caractéristiques

Type de rayonnement

Exemples d’émetteurs

Nature

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)

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)

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

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 (en l'absence d'un contact direct avec la source)

gamma γ

Césium 137
Iridium 192
Or 198
Technétium 99

Photons énergétiques

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

X

Générateurs électriques de rayons X
Certains radionucléides

 

Photons énergétiques

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

neutronique

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

Neutrons

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

* Ne sont indiquées ici que des notions générales. En pratique, ce pouvoir de pénétration dépend de l’énergie de chacun des rayonnements et de la matière sur laquelle ceux-ci agissent.
 

Quelques définitions

  • On parle de « rayonnement primaire » lorsqu’il s’agit d’un rayonnement émis directement par une source (radionucléide, générateur de rayons X…).
  • 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 diffusé par les obstacles (murs, sols ou plafonds) ;
    • 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 radionucléide. 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’années pour l’uranium 238.

Quelques grandeurs et unités

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

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

Notion / grandeur mesurée

Unité

Définition / caractéristique

Énergie de rayonnement (E)

électronvolt (eV)

1 électronvolt = 1,6. 10-19 Joule

Activité d’un corps radioactif (A)

becquerel (Bq)

Nombre de désintégrations par seconde. Réduite de moitié au bout d’une période, de trois quarts au bout de 2 périodes, etc.

Dose absorbée dans la matière (D)

gray (Gy)

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

Dose équivalente (HT)

sievert (Sv)

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 particules 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, par décroissance physique et/ou par élimination biologique.

Dose efficace (E)

sievert (Sv)

La dose efficace correspond à l’évaluation d’une dose corps entier.
Lorsque l’exposition est à la fois externe et interne, c’est la somme des doses dues à chaque type d’exposition.

Exposition externe

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 ou tissu.
La dose efficace correspond à l’évaluation d’une dose corps entier.

Exposition interne

Lorsqu’elle est due à une exposition par ingestion ou inhalation, la dose efficace engagée est exprimée par unité d’incorporation (DPUI) en Sv/Bq. Pour un radionucléide inhalé ou ingéré, cette DPUI est à multiplier par l’activité (en Bq) absorbée.

Lorsque l’exposition est à la fois externe et interne, la dose efficace est la somme des doses efficaces dues à une exposition externe et interne.

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 sans contact cutané, la source 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 de corps radioactifs sur la peau. Par rapport au cas précédent, le contact cutané avec un radionucléide 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 peuvent pénètrer dans l’organisme par inhalation (gaz, aérosols), par ingestion, par voie oculaire, par voie percutanée (altération cutanée, plaie, ou plus rarement à travers une peau saine). Après pénétration dans l’organisme, l’exposition interne se poursuivra tant que la substance radioactive continuera d’émettre des rayonnements ionisants et n'aura pas été éliminées par l'organisme.

Le mode d’exposition a énormément d’impact 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. La dose reçue par l’organisme dépend alors de :

  • la nature du rayonnement (type, activité, énergie) ;
  • 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 (équipements de protection collective et individuelle).
Pour en savoir plus :
Mis à jour le 22/03/2022