Rayonnement ionisant

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Les rayonnements alpha (constitués de noyaux d'hélium) sont simplement arrêtés par une feuille de papier. Les rayonnements bêta (constitués d'éléctrons) sont arrêtés par une plaque d'aluminium. Les rayonnements gamma, eux, sont atténués quand ils pénètrent de la matière.

Un rayonnement ionisant est un rayonnement qui produit des ionisations dans la matière qu'il traverse. Pour les rayons ionisants, il y a beaucoup d'usages pratiques, mais ces rayons sont aussi dangereux pour la santé humaine. Les deux aspects sont traités ici.

[modifier] 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 ultraviolets et infrarouges. Ces rayonnements sont des ondes électromagnétiques comme le sont aussi les ondes radio, les rayons X et les 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 radioactifs présents dans notre environnement émettent des rayonnements alpha, bêta et gamma. Les rayonnements gamma sont des ondes électromagnétiques tandis que les rayonnements alpha et bêta sont des 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 becquerels. Parmi les rayonnements particulaires existent aussi les neutrons.

Parmi ces rayonnements, certains sont ionisants.

Note

Sources radioactives : écriture et prononciation

Les sources radioactives, qui produisent donc des rayonnements ionisants, sont des isotopes particuliers d'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 :

• ²⁴¹Am : américium deux cent quarante-et-un ;
• ¹⁴C : carbone quatorze ;
• ²⁵²Cf : californium deux cent cinquante-deux ;
• ⁶⁰Co : cobalt soixante ;
• ¹³⁷Cs : césium cent trente-sept ;
• ³H : tritium (le terme « hydrogène trois » n'est pas utilisé) ;
• ¹³¹I : iode cent trente-et-un ;
• ¹⁹²Ir : iridium cent quatre-vingt douze ;
• ⁴⁰K : potassium quarante ;
• ²²⁴ Ra : radium deux cent vingt-quatre ;
• ²²⁶ Ra : radium deux cent vingt-six ;
• ²²⁰Rn : radon deux cent vingt ;
• ²²²Rn : radon deux cent vingt-deux ;
• ⁹⁰Sr : strontium quatre-vingt dix ;
• ^99mTc : technétium quatre-vingt dix-neuf métastable ;
• ²³⁵U : uranium deux cent trente-cinq.

[modifier] Les différents rayonnements ionisants

Les rayonnements les plus énergétiques transfèrent assez d’énergie aux électrons 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 ions. 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 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 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 ionisant, mais ils peuvent induire des rayonnement ionisants.

Les autres rayonnements sont appelés rayonnements non ionisants et comprennent les ondes électromagnétiques les moins énergétiques.

[modifier] Pouvoir de pénétration des rayonnements ionisants

Par leur énergie, les rayonnements ionisants sont pénétrants, c’est-à-dire qu’ils peuvent traverser la matière. Cependant, le pouvoir de pénétration est différent pour chacun d’entre eux, ce qui définit des épaisseurs différentes de matériaux pour se protéger. Mentionnons que les positrons (rayonnements bêta plus) sont pratiquement absorbés sur place : un positron s’annihile avec le premier électron rencontré sur son passage en formant deux photons gamma, ce qui ramène le problème au cas du rayonnement gamma.

[modifier] Particules alpha : noyaux d'hélium-4

Pénétration très faible dans l’air. Une simple feuille de papier est suffisante pour arrêter les noyaux d’hélium.

[modifier] Particules bêta moins : électrons

Pénétration faible. Parcourent quelques mètres dans l’air. Une feuille d’aluminium de quelques millimètres peut arrêter les électrons.

[modifier] 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.

[modifier] 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 fissions nucléaires, ils peuvent générer des rayonnements ionisants.

Les neutrons libres sont surtout présents dans les 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.

[modifier] La dose : énergie absorbée par la matière

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 (Gy) qui est équivalent à un Joule absorbé par kilogramme de matière.

[modifier] Les manifestations cliniques des lésions

[modifier] 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:

1. effets héréditaires, ou effets génétiques qui se manifestent chez les descendants des personnes exposées ; et
2. effets somatiques, 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.

[modifier] Effets aigus

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 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. A 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.

Ds les effets aigue on trouve : - les erytheme ou " coup de soleil" -Necrose aigue : exposition de particules Beta de faible energie - ulceration aigue : pour 20 Gy en exposition aigue

[modifier] 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).

[modifier] 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. Egalement 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.

[modifier] 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.

[modifier] 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 sterilité transitoire pr 0,5 sievert; definitive 3,5 à 6 Chez les femmes sterilité pour 2,5 à 6 sievert Il n'y a pas de consequences genetique , puisque on est dans un etat de stérilité

[modifier] 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.

[modifier] 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.

[modifier] 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, comme nous le notons plus loin. Il y a également lieu de signaler que la radiosensibilité d’un tissu augmente s’il est en phase de croissance rapide.

[modifier] 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 :

1. une phase prodromique initiale caractérisée par des symptômes tels que malaises, anorexie, nausées et vomissements ;
2. une période de latence ;
3. une deuxième phase (principale) de maladie ; et enfin
4. 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 :

1. forme hématologique ;
2. forme gastro-intestinale ;
3. forme cérébrale ; ou
4. forme pulmonaire.

[modifier] 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.

[modifier] Effets en fonction des radionucléides

Certains radionucléides, comme le tritium (³H), le carbone 14 (¹⁴C) et le césium 137 (¹³⁷Cs), 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 (⁹⁰Sr), 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.

[modifier] 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.

[modifier] Les modes d'exposition aux rayonnements

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 (¹³¹I) : 8 jours ;
• pour le carbone 14 (¹⁴C) : 5 700 ans ;
• pour le potassium 40 (⁴⁰K) : 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.

[modifier] L'exposition naturelle

Les rayonnements ionisants que nous recevons de sources naturelles ont des origines diverses et se répartissent en trois principaux types :

[modifier] 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).

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.

Débit d’équivalent de dose des rayonnements cosmiques dans des régions de haute altitude.

[modifier] 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 ⁴⁰K, isotope naturel du Potassium (0,011%). 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 Nord-Ouest de l’Inde, il atteint même 30 mSv/an.

Notons que c'est cette radioactivité naturelle du sol qui est l'origine de la géothermie.

[modifier] 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 fixons une partie dans notre organisme 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 (²²²Rn engendré par le ²²⁶Ra, et le ²²⁰Rn appelé également thoron, engendré par le ²²⁴Ra). Ces gaz émanent du sol, des eaux et des matériaux de construction. Les valeurs moyennes des concentrations ont été évaluées à 2 Bq/m³ en plein air et 20 Bq/m³ dans les habitations pour le plus important d’entre eux : le ²²²Rn. Ces gaz et leurs descendants solides irradient les poumons.

L’isotope ⁴⁰K présent dans le sol, passe en partie dans les plantes que nous consommons et se fixe dans notre organisme.

Exemple : Radioactivité de différents milieux naturels

• Eau de pluie : 0,3 à 1 Bq/L
• Eau de rivière : 0,07 Bq/L (²²⁶Ra et descendants) ; 0,07 Bq/L (⁴⁰K) ; 11 Bq/L (³H)
• Eau de mer : 14 Bq/L (⁴⁰K essentiellement)
• Eau minérale : 1 à 2 Bq/L (²²⁶Ra, ²²²Rn)
• Lait : 60 Bq/L
• Sol sédimentaire : 400 Bq/kg
• Sol granitique : 8 000 Bq/kg
• Corps humain : 12 000 Bq (6000 dus au ⁴⁰K)

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.

[modifier] 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.

[modifier] Les irradiations médicales

Il s’agit principalement des radiographies 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 XX^e 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 (scanners) qui, associés à des ordinateurs, permettent de réaliser des images en coupe (tomographies) de l’organisme.

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 ⁶⁰Co 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) 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 ¹³¹I pour l’exploration fonctionnelle de la thyroïde et surtout le technétium ^99mTc dont l’intérêt est sa courte période (T = 6,02 h) ce qui minimise les équivalents de dose administrés.Il peut être obtenu à partir de molybdène ^99mMo 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 (¹⁸F, de période 2 h) injecté sous une forme liée à un sucre : l'activité cérébrale consomme du glucose et les zones les plus sollicitées par une tâche seront visualisées par une gamma-caméra.

Equivalents de dose après injection de ^99mTc pour différentes explorations

[modifier] 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 :

• ⁶⁰Co : émetteur gamma d’énergies de 1,17 et 1,33 MeV (15 % des appareils)
• ¹⁹²Ir : 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 ¹⁹²Ir. 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 ⁶⁰Co 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 ²⁵²Cf (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 ²⁴¹Am (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 ²⁴¹Am 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.
  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.

[modifier] Destruction de germes par irradiation

Radioconservation des denrées alimentaires

Actuellement en plein essor, la radioconservation des denrées alimentaires utilise le rayonnement gamma du ⁶⁰Co ou des électrons accélérés. Elle n’induit, bien entendu, 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 10⁴ 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.

[modifier] 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 ²³⁵U 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 ²²²Rn.

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.

[modifier] 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.

Inventaire général des engagements de dose (mSv/an) pour un individu moyen.

[modifier] Voir aussi

• Radioactivité
• Interaction rayonnement-matière
• Radioprotection
• La radioactivité - TPE

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