Quelques questions
Comment sont constitués les atomes ?
La matière est constituée de molécules elles-mêmes formées d'atomes. L'atome est constitué d'un noyau autour duquel gravitent des électrons.
Le noyau est constitué de protons et de neutrons.
L'élément naturel dont le noyau contient le plus de protons est le noyau d'uranium. Celui qui en contient le moins (un seul) est le noyau d'hydrogène. En général, protons et neutrons sont solidement liés entre eux ; le noyau est alors " stable ".
Qu'est-ce que la radioactivité ?
Certains noyaux sont instables, c'est-à-dire qu'ils se transforment spontanément. Ils perdent des neutrons et des protons (on dit qu'ils se désintègrent) en émettant différents types de rayonnements : on appelle cela la radioactivité.
Les éléments constitués d'atomes ayant des noyaux instables sont des éléments radioactifs ou radioéléments ou radionucléides.
En se désintégrant, un noyau radioactif peut émettre divers types de rayonnements : alpha, bêta ou gamma.
Le rayonnement alpha a un très faible pouvoir de pénétration dans l'air. Une simple feuille de papier suffit à l'arrêter.
Le rayonnement bêta parcourt quelques mètres dans l'air. Une feuille d'aluminium de quelques millimètres peut l'arrêter.
Le rayonnement gamma peut parcourir plusieurs centaines de mètres dans l'air. Il faut une forte épaisseur de béton ou de plomb pour l'arrêter.
Chaque substance radioactive est donc constituée d'atomes, dont les noyaux ont tendance à se désintégrer en émettant des rayonnements caractéristiques, pendant un temps spécifique. Le temps mis par la moitié des noyaux de la substance pour se désintégrer est appelé période radioactive (T) ou demi-vie.
Cette période varie, dans de grandes proportions, selon la nature du radioélément : elle est de huit jours pour l'iode 131, de trente ans pour le césium 137, de 24 000 ans pour le plutonium 239 et de plus d'un milliard d'années pour le potassium 40.
Au bout d'une période, la radioactivité est divisée par 2, au bout de deux périodes, elle est divisée par 4, etc. Ainsi, au bout de dix périodes, la radioactivité est divisée par plus de 1 000.
La radioactivité disparaît donc dans le temps, rapidement pour les radioéléments à période courte et très lentement pour ceux qui ont une période très longue.
Qu'est-ce que la fission ?
Certains noyaux lourds et donc instables, comme l'uranium 235 et le plutonium, sont radioactifs. Sous l'action de particules comme les neutrons, qui viennent les heurter, ils se cassent en deux ou trois morceaux. C'est ce que l'on appelle la fission.
La fission d'un kilogramme d'uranium 235 produit une énergie équivalente à celle produite par la combustion de 2 400 tonnes de charbon ou1 600 tonnes de fuel.
En se cassant, ces noyaux libèrent de l'énergie. Les morceaux appelés produits de fission sont des éléments plus légers que l'élément de départ, mais très radioactifs (iode 131 et césium 137 par exemple).
Ce phénomène de fission est mis en œuvre dans les réacteurs électronucléaires, où l'on utilise l'énergie libérée par les fissions, sous forme de chaleur, pour la transformer en énergie mécanique, puis en électricité comme dans n'importe quelle centrale thermique (fuel, gaz, charbon).
Qu'est-ce que la contamination ?
Des éléments radioactifs peuvent être rejetés accidentellement dans l'air et transportés au gré des vents, souvent très loin de leurs lieux d'émission. On parle alors de contamination de l'air.
En respirant cet air contaminé, l'homme absorbe certaines des particules radioactives véhiculées par l'air : on dit qu'il y a inhalation d'éléments radioactifs.
Une certaine quantité des particules radioactives véhiculée par l'air se dépose sur le sol, les végétaux, dans l'eau des cours d'eau ou lacs : il y a contamination de l'environnement.
Si l'homme consomme des légumes sur lesquels se sont déposées des particules radioactives ou ayant poussé sur un sol contaminé, il ingère une partie de leur radioactivité. Les éléments radioactifs inhalés ou ingérés circulent dans l'organisme et vont se fixer temporairement sur certains organes. On dit qu'il y a contamination interne de l'organisme.
Qu'est-ce que l'irradiation interne ?
Au cours de la période où ils restent dans l'organisme, ces éléments radioactifs émettent des rayonnements qui irradient de l'intérieur les organes sur lesquels ils se sont temporairement fixés : il y a irradiation interne.
Une irradiation des tissus, qu'elle soit externe ou interne, produit
le même type d'effets.
Progressivement, les éléments radioactifs fixés à l'intérieur de l'organisme s'éliminent par les phénomènes biologiques naturels ou par décroissance physique de leur radioactivité. Celle-ci est d'autant plus rapide que la période des radioéléments en cause est courte.
Les unités de mesure
Le danger des substances radioactives provient des lésions que peuvent créer les rayonnements lorsqu'ils traversent la matière vivante. Aussi on distingue trois unités de mesures qui correspondent à trois phénomènes différents.
Le becquerel pour mesurer la radioactivité
L'unité qui mesure l'activité d'un radioélément est le becquerel (Bq). On dit qu'une substance radioactive (une source radioactive) présente une radioactivité (une activité) d'un becquerel (1 Bq), lorsque dans cette source un noyau se désintègre chaque seconde.
1 Bq = 1 désintégration par seconde
Ordre de grandeur de la radioactivité naturelle de quelques produits courants
Produits |
Radioactivité en Bq/kg |
Aliments |
. |
Lait |
50 à 80 |
Pommes de terre |
150 |
Blé |
140 |
Viande |
90 |
Légumes verts |
100 |
Fruits |
40 à 90 |
Matériaux de construction |
. |
Briques |
600 à 1000 |
Béton |
200 à 700 |
Plâtre |
40 à 1000 (surtout radium) |
Radioactivité du
corps humain |
4 000
(potassium 40) |
Le gray pour mesurer la dose absorbée
En traversant la matière, les rayonnements émis par des sources radioactives heurtent les atomes constituant cette matière. Ils cèdent ainsi de l'énergie à ces atomes, qui vont être perturbés par cet apport d'énergie. Ces perturbations sont à l'origine des dégâts causés par les rayonnements à la matière irradiée (vivante ou non).
L'énergie cédée par les rayonnements à la matière irradiée est caractéristique de l'effet de l'irradiation. La quantité d'énergie dissipée dans un kilogramme de matière est appelée la dose absorbée (Da) et se mesure en gray.
1 gray = 1 joule par kg (1 Gy = 1 J/kg)
Le débit de dose absorbée
Si une dose absorbée d'un gray est cédée à la matière irradiée en une heure, on dira que le débit de dose absorbée est d'un gray par heure (1 Gy/h ou 1Gy.h-1).
Le sievert pour mesurer les dégâts biologiques
L'énergie cédée par les rayonnements aux tissus d'un organisme vivant crée des dégâts dans certaines des cellules constituant ce tissu.
Le dégât biologique dépend de :
- la quantité d'énergie cédée, donc de la dose absorbée ;
- la nature du rayonnement qui a irradié le tissu (par exemple les neutrons sont plus nocifs que les rayonnements gamma) ;
- la nature des tissus irradiés (les différents organes du corps sont plus ou moins sensibles aux rayonnements).
La dose absorbée, mesurable physiquement à l'aide d'un dosimètre, ne permet pas d'évaluer les dégâts biologiques. C'est pourquoi, un coefficient biologique doit pondérer la dose absorbée pour rendre compte de ces effets. Concrètement, on multiplie la dose absorbée mesurée en gray par ce
coefficient biologique, afin d'obtenir une mesure de dose équivalente en sievert (Sv).
Les effets des rayonnements sur l'homme
Les conséquences d'une irradiation
Les conséquences d'une exposition aux rayonnements varient selon :
- la dose reçue ;
- la nature du rayonnement (alpha, beta, gamma, neutrons) ;
- l'importance de la zone du corps atteinte ;
- la nature des tissus concernés ;
- le type d'irradiation, externe ou interne par contamination.
On distingue deux types d'effets des irradiations sur l'homme.
Les effets non aléatoires dus à de fortes doses d'irradiation
Ces effets n'apparaissent qu'au-dessus d'un certain niveau d'irradiation. Ils interviennent rapidement après l'irradiation (quelques heures à quelques semaines).
Au fur et à mesure que croît le niveau d'irradiation, on observe :
- une modification de la formule sanguine ;
- l'apparition de maux divers : malaises, nausées, vomissements, érythèmes (brûlures de la peau), fièvre, agitation ;
- la probabilité d'une issue fatale.
Au-dessus d'un certain niveau, l'issue fatale est certaine.
Les effets aléatoires engendrés par de faibles doses d'irradiation.
Ces effets n'apparaissent pas systématiquement chez toutes les personnes irradiées. Leur probabilité d'apparition chez un individu irradié est d'autant plus faible que le niveau d'irradiation est faible. Ces effets se manifestent longtemps après l'irradiation (plusieurs années). Ce sont principalement l'induction de cancers et, à un degré moindre, l'apparition d'anomalies génétiques.
Comment réduire l'irradiation?
L'exposition aux rayonnements émis par une source radioactive peut être diminuée en :
s'éloignant de la source ;
limitant son temps de séjour au voisinage de cette source ;
interposant entre la source et l'individu exposé des écrans de nature et d'épaisseur adaptées au type de rayonnement émis par la source (alpha, beta,gamma).
Les normes admissibles
Les normes fixent les limites d'irradiation (externe, plus interne s'il y a lieu) à ne pas dépasser durant l'année pour la population (irradiation naturelle) et pour les travailleurs de l'industrie nucléaire, susceptibles d'être exposés à des rayonnements.
Le becquerel ne mesure que l'émission de radioactivité par une source : cette unité n'est pas adaptée à l'estimation du risque pour l'homme. C'est le sievert qui doit être utilisé.
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Actuellement, les normes d'exposition à une irradiation résultant d'une activité nucléaire sont les suivantes :
irradiation annuelle à ne pas dépasser pour la population : un millisievert (1 mSv)
irradiation à ne pas dépasser pour les travailleurs : vingt millisieverts (20 mSv) sur douze mois consécutifs.
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Répartition des doses annuelles en fonction des différentes sources d'exposition
| Exposition moyenne d’origine naturelle |
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Radon (inhalation) |
1,2 mSv |
Tellurique (externe) |
0,4 mSv |
Cosmique (externe) |
0,4 mSv |
Alimentation (ingestion) |
0,4 mSv |
Total |
2,4 mSv |
Exposition résultant d’activités
humaines |
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Médical |
1,0 mSv |
Industrie nucléaire, essais de bombes
en atmosphère, autres activités |
0,2 mSv |
Total |
1,2 mSv |
Informations disponibles sur le site Internet de l'Autorité de sûreté nucléaire L'irradiation d'origine naturelle subie en moyenne chaque année, est d'environ 2 mSv provenant du rayonnement cosmique (0,4 mSv au niveau de la mer), de l'irradiation externe par des éléments radioactifs naturels contenus dans les sols comme le potassium 40 ou l'uranium (0,4 mSv) et de l'irradiation interne par suite de l'ingestion et de l'inhalation des radioéléments naturels, principalement le potassium 40 et le gaz radon (1,2 mSv).
L'irradiation provenant des pratiques médicales (radiographie par exemple) représente environ 1 mSv par personne chaque année. À titre d'exemple, une radiographie du thorax délivre en moyenne une exposition de 0,04 mSv, une radiographie du bassin 1,5 mSv et une radiographie du rein 6 mSv.
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