Opérateur d analyseurs à fluorescence X portatifs. Livret de renseignements sur la certification et la préparation relatives aux évaluations

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1 Livret de préparation à l examen de RNCan Version 3 - Révisé 17/12/2010 Opérateur d analyseurs à fluorescence X portatifs Livret de renseignements sur la certification et la préparation relatives aux évaluations Droit d auteur Ressources naturelles Canada (RNCan) Gouvernement du Canada Version 3 Décembre Ressources naturelles Canada (RNCan) - i -

2 Avant-propos Note aux candidats pour la certification de RNCan comme opérateur d analyseur FRX Auteurs : Auteur original Richard V. Murphy, Ph. D. Auteurs collaborateurs Harri Maharaj, Ph. D., Julie Lachapelle, Pui Kei Yuen * La version 3 (décembre et octobre 2010) de ce livret contient des mises à jour de la version 2 (septembre 2006) qui comportent les améliorations et les changements des processus administratifs du programme de certification. * La version 2 (septembre 2006) du livret de préparation à l examen de certification des opérateurs d analyseurs à fluorescence X produit par RNCan contient des changements importants par rapport à la version 1 (juin 2004), au plan des exigences de Santé Canada et de RNCan pour les activités et la certification en fluorescence X. La modification de certaines exigences s explique par le fait que : - l évolution de la conception des analyseurs à fluorescence X a amélioré la sécurité, qu il s agisse, par exemple, de l ajout de détecteurs de la proximité de l échantillon ou de l amélioration du blindage interne. - le registre de la radioexposition des personnes qui ont porté divers dispositifs de dosimétrie depuis juillet 2004 ne montre aucune exposition approchant la limite de la dose superficielle professionnelle annuelle fixée par la CIPR à 50 rem/500 msv. Sommaire des changements de Santé Canada et RNCan 1 exigence de mettre des barrières et des panneaux de mise en garde à 1,5 mètre ÉLIMINÉE 2 exigence de porter une bague dosimètre ÉLIMINÉE* 3 réduction de 12 heures à 7 heures de la durée de la formation en classe obligatoire 4 création d un niveau 2 pour l opérateur d analyseurs à fluorescence X l opérateur de ce niveau est capable de donner de la formation au personnel de la compagnie dans le domaine de la fluorescence X 5 période de certification en fluorescence X est passée d une période mobile de 3 ans à une période fixe de 3 ans *Santé Canada n'exige plus qu un opérateur de FRX porte une bague dosimètre, cependant les règles d opération sont différentes parmi les provinces et les territoires; donc les propriétaires et les opérateurs d analyseurs doivent contacter la juridiction provinciale ou territoriale appropriée afin de déterminer les règles spécifiques en ce qui concerne les bagues dosimètres. Le programme de certification des opérateurs d analyseurs à fluorescence X portatifs (analyseurs FRX) est le fruit des efforts conjoints de Ressources naturelles Canada et de Santé Canada, conformément aux exigences de la norme internationale ISO 20807:2004, Essais non destructifs Qualification du personnel pour des

3 applications limitées en essais non destructifs. Dans le contexte de la norme ISO 20807:2004, Ressources naturelles Canada est l organisme de certification. Le présent livret de préparation à l examen de RNCan est conçu pour aider les candidats à se préparer à l examen de certification de RNCan comme opérateur d analyseurs à fluorescence X portatifs. L opérateur doit posséder des connaissances fondamentales de la théorie de la fluorescence des rayons X et de ses utilisations, ainsi que des principes et des pratiques de la radioprotection appliquée aux analyseurs à fluorescence X. Ce livret contient des renseignements sur la théorie, l utilisation, l entretien et l entreposage des appareils portatifs qui contiennent un tube à rayons X. Outre les renseignements généraux sur la radioprotection, il présente des extraits choisis et résumés de trois documents du gouvernement canadien : la Loi sur les dispositifs émettant des radiations de 1985, le Règlement sur les dispositifs émettant des radiations (amendé en 1997), partie XIV, Appareils d analyse aux rayons X, le code de sécurité 34 de Santé Canada : Les appareils de radiologie industriels : radioprotection et sécurité de La production du présent livret qui résume toutes les informations disponibles a exigé beaucoup d attention, nous tenons néanmoins à avertir le lecteur qu il pourrait y trouver des erreurs ou des omissions. Ceci dit, Ressources naturelles Canada ne pourra être tenu responsable de l exactitude des informations présentées. Nous encourageons le lecteur à consulter les autres documents donnés en référence, ainsi que tous les lois, règlements et codes de sécurité applicables. Il y trouva le texte exact dans son intégralité et les références secondaires. Ce document est protégé par la loi sur le droit d auteur. Toute utilisation, reproduction ou distribution non-autorisées seraient illégales et, donc, entraîneraient les sanctions prévues par la loi. Pour préparer votre examen, assurez-vous d utiliser la version la plus récente du livret. Pour la préparation de ce livret, Ressources naturelles Canada a reçu un appui des fabricants d appareils à fluorescence X suivants : Innov-X Systems, Metorex Inc. et Niton LLC. RNCan désire remercier les personnes suivantes, dont les suggestions se sont traduites par la version 2 de ce livret : M. Barry DeLong (GE Industrial Inspection Technologies) et M. Brian Paradis (Acuren). Pour obtenir un certificat d utilisation, veuillez communiquer avec : Ressources naturelles Canada, certification d essais non destructifs, CANMET ndt.nrcan.gc.ca Téléphone :

4 Nous conseillons à l utilisateur de contacter l organisme fédéral, provincial ou territorial responsable de la radioprotection, pour prendre connaissance des règles d exploitation en vigueur.

5 Introduction La fluorescence des rayons X («ou fluorescence X») est une technique d essais non destructifs permettant de détecter et de mesurer la concentration d éléments dans les objets. On appelle fluorescence l absorption d un rayonnement incident et sa réémission sous la forme d un rayonnement de plus basse énergie. Un exemple de fluorescence est la lumière visible émise par les tee-shirts exposés à la lumière ultraviolette invisible d une discothèque. Certains minéraux «fluorescent» : ils émettent de la lumière visible lorsqu ils sont exposés à la lumière ultraviolette. À l échelle atomique, la fluorescence de lumière visible est causée par l absorption de rayons ultraviolets causant l éjection d électrons peu énergétiques sur des couches externes des atomes. Les «trous» laissés par les électrons éjectés sont remplis par d autres électrons qui descendent des couches encore plus éloignées du noyau. Cette chute s accompagne de la libération de quantités spécifiques d énergie que nous percevons comme de la lumière visible d une couleur donnée. Le même phénomène est en jeu pour la fluorescence X, toutefois l énergie du rayonnement incident est plus élevée. Plutôt que d exposer une substance au rayonnement ultraviolet et d observer une fluorescence dans la lumière visible, on expose une substance aux rayons X et on observe la fluorescence de rayons X de moindre énergie. À l échelle atomique, la fluorescence des rayons X est causée par l éjection d un électron de haute énergie d une des couches les plus intérieures des atomes par des rayons X incidents. Le trou laissé par les électrons éjectés sont remplis par d autres électrons qui cascadent des couches externes. Cette chute libère des quantités spécifiques d énergie, sous la forme d un rayonnement X caractéristique. Les rayons X émis par fluorescence possèdent des quantités discrètes d énergie, qui résultent des niveaux d énergie des couches électroniques d un élément. Or, ces niveaux d énergie sont caractéristiques de chaque élément. Ainsi, en analysant les énergies du spectre des rayons X qu une substance émet par fluorescence, on peut déterminer quels éléments composent une substance et quelle est leur concentration. L information contenue dans le spectre peut être suffisante pour identifier la substance. Pour utiliser de façon compétente les analyseurs à fluorescence X portatifs (appareils FRX), les candidats doivent comprendre comment un analyseur de FRX fonctionne, comment l actionner, les sources potentielles d'erreur de mesure et les applications générales de FRX. Pour utiliser de façon sans risque les analyseurs à fluorescence X portatifs (appareils FRX), les candidats doivent comprendre les dangers des rayons X, savoir les principes fondamentaux de la radioprotection et appliquer les pratiques en matière sûres de travail de XRF selon les exigences réglementaires canadiennes applicables.

6 Niveaux de FRX certification et examens Toutes les questions d examen sont basées sur le contenu de ce livret de préparation à l examen de certification des opérateurs d analyseurs à fluorescence X produit par RNCan et sur les références qui y sont fournies. Il y a deux niveaux de certification pour les opérateurs d analyseurs à fluorescence X: Niveau 1 Le niveau 1 est suffisant pour effectuer la plupart des opérations en fluorescence X. Un opérateur d analyseurs à fluorescence X de niveau 1 peut être l agent de radioprotection (RSO) dans le domaine de la fluorescence X pour le compte d une compagnie (la propriétaire de l équipement). Toutefois, l opérateur d analyseurs à fluorescence X de niveau 1 qui fait fonction de RSO dans le domaine de la fluorescence X pour le compte d une compagnie ne peut donner de la formation à des employés de la compagnie afin qu ils deviennent des opérateurs d analyseurs à fluorescence X; le représentant du fabricant (un employé du fabricant) doit donner cette formation. L examen pour le niveau 1 est divisé en deux parties. Pour réussir l examen, le candidat doit obtenir une note minimale de 70 % dans chacune des parties. Partie 1 : 30 questions à choix multiples portant sur les notions de base de la théorie et de l utilisation de la fluorescence X Le candidat a 60 minutes pour faire l examen. La note de passage est de 70 %. Partie 2 : 30 questions à choix multiples portant sur les principes et les pratiques de la radioprotection s appliquant à la fluorescence X Le candidat a 60 minutes pour faire l examen. La note de passage est de 70 %. Niveau 2 Les représentants du fabricant (y compris les fournisseurs canadiens) doivent posséder la certification de niveau 2 pour être aptes à former les personnes employées par une entreprise ayant acheté un appareil à fluorescence X. Ladite entreprise peut faire appel à un employé ou une employée possédant la certification de niveau 2 pour former ses employés quant à l utilisation de cet appareil à fluorescence X particulier. Au moment du renouvellement, les membres du personnel possédant la certification de niveau 2 doivent recevoir une formation actualisée du représentant, de la représentante du fabricant ou une personne au service de la même entreprise que celle où travaille le candidat sinon ils seront rétrogradés au niveau 1. Contrairement à l opérateur de niveau 1, l opérateur de niveau 2 doit réussir un examen supplémentaire sur la radioprotection. Par conséquent, l examen pour le niveau 2 comprenne en l examen pour le niveau 1 (partie 1 et partie 2) et en une partie 3. Partie 3 : Au sujet de la radioprotection liée à la fluorescence X et du Code de sécurité 34 : 30 questions à choix multiples portant surtout sur les responsabilités des diverses parties, notamment le fabricant de l équipement, le propriétaire de l équipement, l employeur, le gestionnaire, le personnel chargé de la sécurité, les travailleurs, le RSO, l opérateur d analyseurs à fluorescence X et Santé Canada. Le candidat a 60 minutes pour faire l examen. La note de passage est de 70 %.

7 Exigences pour la certification, le renouvellement et la recertification NOTE: L'annexe 2 contient tous les formulaires nécessaires en ce qui concerne la certification, renouvellement et recertification de XRF: - demande de certification - vérification de la photo - attestation de formation en FRX - rapport d examen de la vision - RNCan code de conduite Pour être admissible à la certification FRX initiale Le candidat doit remplir le formulaire de demande de certification en fluorescence X de RNCan. Le candidat doit soumettre le formulaire vérification de la photo de RNCan dûment rempli avec deux photos. Le candidat doit fournir une preuve documentaire qu il a reçu 7 heures de formation structurée et cette preuve doit être signée par le représentant du fabricant ou par une personne qui détient un certificat d opérateur d analyseurs à fluorescence X de niveau 2 et qui est un fournisseur canadien de l analyseur à fluorescence X ou qui est employée par la compagnie pour laquelle le candidat travaille. o Les formateurs et les signataires doivent obtenir l approbation de RNCan et figurer sur une liste active de membres du personnel tenue par RNCan Le candidat doit soumettre le formulaire d acuité visuelle satisfaisante de RNCan dûment rempli. Le candidat doit soumettre une copie du Code de conduite de RNCan dûment signée. Le candidat doit payer le traitement de sa demande, l examen et l utilisation du centre d essai. Après que chaque tentative d'examen, accordent svp trois semaines pour que l'agence à l'organisme de certification en END traite les résultats d'examen et pour donne sa notification au candiate. Le candidat doit réussir les examens prévus pour une première certification. Frais pour une première certification Payables à RNCan Centre d examen Frais de traitement de la demande 250 $ Examen sur la méthode - niveau $ 50 $ Examen sur la sécurité - niveau $ 50 $ Total niveau $ 100 $ Examen sur le code 34 niveau $ 50 $ Total niveau 2 $ $ La première certification en fluorescence X est valide pour trois (3) ans à partir de la date de la délivrance de la certification.

8 Renouvellement de la certification en fluorescence X Il est possible de demander un renouvellement peu avant la date d expiration de la première certification (p.e. ~ trois ans après la première certification). Le candidat doit remplir le formulaire de demande de renouvellement en fluorescence X de RNCan. Le candidat doit soumettre le formulaire vérification de la photo de RNCan dûment rempli avec deux photos. L opérateur de niveau 2 doit fournir une preuve documentaire qu il a reçu de la formation structurée et cette preuve doit être signée par le représentant du fabricant ou une personne au service de la même entreprise que celle où travaille le candidat. L opérateur de niveau 1 est exempté de toute formation supplémentaire à l étape du renouvellement de sa certification. Le candidat doit soumettre une copie du journal des vérifications des dispositifs de sécurité selon les directives précisées au paragraphe du Code de sécurité 34. ** Le candidat doit soumettre le formulaire d acuité visuelle satisfaisante de RNCan dûment rempli. Le candidat doit présenter une copie signée du Code de conduite de RNCan. Le candidat doit payer les frais de renouvellement. Frais de renouvellement: payables à RNCan Frais de traitement de la demande: 100 $ Total: 100 $ Il faut deux (2) semaines à l'organisme de certification en END pour traiter une demande. Si le candidat est en retard pour le renouvellement, jusqu'à six mois après la date de l'expiration de sa certification, il peut faire le renouvellement avec un paiement additionnel de $50. Si plus de six mois au delà de la date de l'expiration de sa certification, le candidat ne peut pas faire le renouvellement mais doit faire la recertification. Le renouvellement prolonge la période de la certification par trois (3) ans de date d'émission de dernière certification Recertification de l opérateur d analyseurs à fluorescence X À l approche de la date de renouvellement* (p. ex., environ six ans après la première certification), le candidat ou la candidate peut faire une demande de ré-certification. Le candidat ou la candidate doit remplir un formulaire de demande de récertification de RNCan. Le candidat ou la candidate doit fournir un formulaire de vérification de photo dûment rempli de même que deux photos. L opérateur ou l opératrice possédant la certification de niveau 1 doit fournir une attestation de formation en FRX signée par un opérateur ou une opératrice

9 d analyseurs FRX possédant la certification de niveau 2, lequel est un représentant, une représentante du fabricant ou est employé par la même entreprise que le candidat ou la candidate. o Les formateurs et les signataires doivent obtenir l approbation de RNCan et figurer sur une liste active de membres du personnel tenue par RNCan L opérateur ou l opératrice possédant la certification de niveau 2 doit fournir une attestation de formation en FRX signée par un représentant, une représentante du fabricant ou une personne au service de la même entreprise que celle où travaille le candidat possédant la certification de niveau 2. o Les formateurs et les signataires doivent obtenir l approbation de RNCan et figurer sur une liste active de membres du personnel tenue par RNCan Le candidat doit soumettre une copie du journal des vérifications des dispositifs de sécurité selon les directives précisées au paragraphe du Code de sécurité 34. ** Le candidat doit soumettre le formulaire d acuité visuelle satisfaisante de RNCan dûment rempli. Le candidat doit présenter une copie signée du Code de conduite de RNCan. Le candidat doit payer le traitement de sa demande, l examen et l utilisation du centre d essai. Le candidat doit réussir aux examens de la recertification. Après que chaque tentative d'examen, accordent svp trois semaines pour que l'agence à l'organisme de certification en END traite les résultats d'examen et pour donne sa notification au candiate. Frais pour recertification Payables à RNCan Centre d examen Frais de traitement de la demande 100 $ Examen sur la sécurité - niveau $ 50 $ Total niveau $ 50 $ Examen sur le code 34 niveau $ 50 $ Total niveau 2 $ $ La recertification est valide pour trois (3) ans à partir de la date de la recertification. Un seul renouvellement est permis. Après ce renouvellement, l opérateur doit obtenir une recertification. L information importante concernant le renouvellement et le recertification. *C est la responsabilité de l opérateur d analyseurs à fluorescence X (pas RNCan) de se rendre compte de la date de l'expiration de sa certification. Quand la date de l'expiration s'approche, c est la responsabilité de candidat de s'appliquer à NRCan pour le renouvellement ou la recertification. Note : NRCan n'informera pas l'opérateur qu'il est temps pour le renouvellement ou le recertification.

10 Terminaison de Certification ** Au cas où le candidat ne pourrait pas fournir une copie du journal des vérifications des dispositifs de sécurité selon le Code de sécurité 34 (l'article 9 de la section 2.3), la certification du candidate sera terminée de manière permanente parce que c'est une violation de l'article 2 du code de conduite de RNCan, une désobéissance d un code sous lequel il travaille. En outre, la certification FRX du RSO (FRX) de la compagnie sera terminée de manière permanente parce que, sous le Code de sécurité 34 (l'article 15 de la section 2.2.1), le RSO est responsable pour conduire des examens trimestriels du journal des vérifications signé et daté de l'opérateur de FRX. C'est une violation de l'article 2 du code de conduite de RNCan, une désobéissance d un code sous lequel il travaille. Toute personne ne détenant pas la certification FRX ou dont la certification FRX est échue ne peut faire l usage d un tube à rayons X selon les analyseurs FRX. Le non-respect de cette exigence pénalisera la personne et son employeur.

11 Programme de la formation des opérateurs d analyseurs FRX La formation officielle sera offerte par un opérateur ou une opératrice d analyseurs FRX possédant la certification de niveau 2, lequel est : a) un représentant ou une représentante du fabricant d analyseurs FRX (y compris les fournisseurs canadiens) apte à former toute personne quant à l utilisation des appareils à fluorescence X dudit fabricant; b) un employé ou une employée d une entreprise ayant acheté un appareil à fluorescence X apte à former les autres employés de ladite entreprise quant à l utilisation de cet appareil à fluorescence X particulier. Toute formation doit être authentifiée par écrit par l agent ou l agente de formation. Minimum de 2 heures démonstration et pratique de l utilisation de l analyseur pour la prise de mesures précises Minimum de 2 heures - démonstration et pratique du réglage, de la manipulation, du fonctionnement, de l entretien et de l entreposage sécuritaires de l analyseur. Minimum de 3 heures pour aperçu d ensemble du matériel qui est contenu dans le livret de FRX Note: Toutes les questions d examens sont basées sur le livret de FRX. Afin de réussir aux examens de FRX, tout candidat doit étudier par lui-même tout le contenu de ce livret en plus de suivre la formation de 3 heures donnant un aperçu de ce livret. Les heures de formation recommandées pour se familiariser avec le contenu de ce livret sont celles qui sont mentionnées. THÈME TEMPS DE FORMATION RECOMMANDÉ (heures) 1. Propriétés fondamentales de la matière 1,0 2. Types de rayonnement 1,5 3. Principe de la fluorescence X 0,5 4. Analyseurs de fluorescence X 1,5 5. Sources d erreur 1,0 6. Fonctionnement des analyseurs à fluorescence X 1,0 7. Applications de la fluorescence X 1,0 8. Interaction du rayonnement avec la matière 0,5 9. Effets biologiques du rayonnement 1,5 10. Détection du rayonnement 0,5 11. Pratiques sécuritaires du travail en fluorescence X 0,5 12. Exigences réglementaires applicables 1,5 Total (heures) 12,0 Note : Certaines parties de ce livret portent la mention Référence. L examen de qualification ne contiendra aucune question portant sur les informations de référence. Nous fournissons ces informations afin d aider le candidat ou l opérateur à mieux comprendre certaines notions.

12 Table des matières Avant-propos... ii Introduction... v Niveaux de FRX certification et examens... vi Niveau 1... vi Niveau 2... vi Exigences pour la certification, le renouvellement et la recertification... vii Première certification en fluorescence X...Error! Bookmark not defined. Renouvellement de la certification en fluorescence X...viii Recertification de l opérateur d analyseurs à fluorescence X...viii L information importante concernant le renouvellement et le recertification... ix Programme de la formation des opérateurs d analyseurs FRX... xi Table des matières... Error! Bookmark not defined. 1. Propriétés fondamentales de la matière Atomes, éléments, molécules et composés Particules atomiques : propriétés des protons, électrons et neutrons Structure atomique Le numéro atomique et le nombre de masse Types de rayonnement Spectre électromagnétique Le rayonnement pénétrant : les rayons X et gamma Sources de rayons gamma (référence) Production de rayons gamma (référence)... 8 Référence Sources de rayons X Rayons X du bremsstrahlung Raies d émission caractéristiques Principes de la fluorescence X Énergies caractéristiques des rayons X émis par les éléments Analyseurs par fluorescence X (analyseurs FRX) Constituants principaux Appareil à fluorescence X Détection des rayons X Analyseur multi-canaux Difficultés : le spectre d énergie Ordinateur Élimination de l interférence spectrale provenant du fond et des chevauchements Calcul des concentrations Étalonnage Sources d erreur Erreurs systématiques et aléatoires Erreurs systématiques (biais) Erreurs aléatoires (imprécision) Exactitude, précision et biais Biais Précision... 24

13 Exactitude L écart-type (ET ou ) Référence Fonctionnement de l analyseur à fluorescence X Avantages des analyseurs à fluorescence X portatifs Limites des analyseurs à fluorescence X portatifs Éléments habituels des analyseurs Bibliothèques (pour l analyse des alliages) Paramètres instrumentaux et étalonnage Affichages Prises externes Modes d essai Paramètres fondamentaux Normalisation Compton Comparaison de spectres Étalonnage empirique Utilisation de l analyseur à fluorescence X - Généralités Applications de la fluorescence X Identification et analyse chimique des alliages Considérations sur les échantillons d alliages Alliages Réduction des erreurs Analyse des sols Échantillons de sol - Considérations Sols Réduction des erreurs Analyse des minerais Prospection et exploration Utilisations en extraction minière Considérations relatives aux échantillons de minerais Minerai Réduction des erreurs Comment obtenir des données de qualité Systèmes de mesure basés sur la performance Plan d analyse de l échantillonnage Objectifs de qualité des données - Processus Interaction du rayonnement avec la matière Ionisation Interaction du rayonnement avec la matière Unités d exposition au rayonnement : le coulomb/kg et le rœntgen Atténuation du rayonnement électromagnétique Effets biologiques du rayonnement Unités de la dose absorbée : le gray et le rad (toute substance) Unités de dose équivalente : le sievert et le rem (effets biologiques) Norme de 1990 de la CIPR relative aux limites de dose Rayonnement naturel Radiosensibilité des organes radiolésions et rétablissement Symptômes du mal des rayons Irradiation aiguë et dommages corporels Contrôle de l exposition du personnel au rayonnement Le concept d ALARA (As Low As Reasonably Achievable) Détection du rayonnement... 51

14 10.1 Les instruments de détection et de mesure du rayonnement Chambres d ionisation Tubes de Geiger-Mueller Dosimètres de poche Dosifilms [Rarement utilisés de nos jours] Contrôle des rayonnements reçus par le personnel Contrôle du rayonnement reçu par tout le corps Contrôle du rayonnement reçu par les extrémités (bague dosimètre) Les dosimètres personnels : modèle de poche et électronique Radiamètres Rapport d observation avec le radiamètre Pratiques sécuritaires du travail en FRX Caractéristiques de l analyseur FRX Étiquettes FRX Détermination des zones à accès restreint affichage et surveillance dans ces zones Temps, distance et blindage permettant de réduire l exposition au rayonnement Contrôle des analyseurs FRX lorsqu ils ne sont pas utilisés Exigences réglementaires canadiennes applicables LDER : Loi sur les dispositifs émettant des radiations de Partie XIV de l annexe II du RDER et portant sur la conception de l équipement Code de sécurité 34 : Les appareils de radiologie industriels radioprotection et sécurité Sommaire de responsabilités de sécurité de FRX Annexe 1 : Énergies (kev) des lignes K et L (Référence) Annexe 2 : Formulaires de FRX... 79

15 1. Propriétés fondamentales de la matière 1.1 Atomes, éléments, molécules et composés Notre monde physique est composé de matériaux fondamentaux appelés éléments. Élément : Désigne une substance chimique fondamentale qu on ne peut diviser en substance plus simple par les moyens chimiques. (P. ex. l hydrogène, l oxygène, le sodium, le chlore, etc.) L unité fondamentale de chaque élément est l atome. Bien qu il soit minuscule, tout atome possède l ensemble des propriétés chimiques propres à un élément. Atome : La plus petite portion de matière possédant toutes les propriétés chimiques d un élément. Il est formé d un noyau central, composé de protons chargés positivement et de neutrons électriquement «neutres» et, autour de ce noyau, d électrons en orbite portant une charge négative. Toutes les substances sont formées d une combinaison d atomes. Les atomes du même élément peuvent se combiner pour former des molécules du même élément. Ils peuvent aussi s allier à différents éléments pour former des molécules d une nouvelle substance. Molécule : La plus petite particule d une substance qui possède les propriétés physiques et chimiques qui lui sont propres. Une molécule est formée d un ou plusieurs atomes, d un ou plusieurs éléments. Exemple : Les atomes d hydrogène (H) ne se présentent pas un atome à la fois, mais se combinent avec un deuxième atome d hydrogène pour former une molécule de gaz hydrogène : H 2. Exemple : La plus petite particule d eau (H 2 O) qui peut exister est une molécule composée de deux atomes d hydrogène et d un atome d oxygène. Composé : Une substance pure, formée de deux ou plusieurs éléments qui sont liés chimiquement dans une proportion fixe et définie en masse. Exemple : L eau (H 2 O) est un composé formé par la liaison chimique de deux atomes de l élément hydrogène (H) et d un atome de l élément oxygène (O). Ainsi, 2H + O font H 2 O. - Page 1 -

16 1.2 Particules atomiques : propriétés des protons, électrons et neutrons Les composants de l atome De même que les corps sont formés d atomes, les atomes sont composés de trois particules fondamentales appelées protons, neutrons et électrons. Ces particules déterminent les propriétés, la charge électrique et la stabilité d un atome. Les protons : Ils se trouvent dans le noyau (le coeur) d un atome. Ils portent une charge électrique positive. Leur nombre dans le noyau détermine l identité de l élément. Les neutrons : Ils se trouvent dans le noyau de tout atome, excepté l hydrogène (H). Ils ne portent pas de charge électrique. Leur masse est légèrement supérieure à celle d un proton. Les électrons : De même que les planètes tournent autour du soleil, les électrons tournent autour du noyau dans des orbitales précisément espacées que l on appelle couche. Ils portent une charge électrique négative. Ils déterminent les propriétés chimiques d un atome. Leur masse est minuscule, seulement 1/1840 fois celle d un proton. 1.3 Structure atomique On peut diviser la structure d un atome en deux parties principales : le noyau et les couches électroniques qui l entourent. Le noyau : Il est au centre de l atome. Il est composé de protons et de neutrons. Il émet un champ électrique positif. Il porte presque toute la masse de l atome. Les protons et les neutrons d un noyau sont très fortement liés par les forces nucléaires. - Page 2 -

17 K L M N O Les couches électroniques : Elles encerclent le noyau d un atome à des distances fixes équivalent à des niveaux d énergie discrets et distincts; les électrons des couches les plus internes ont plus d énergie. Elles portent un nombre précis d électrons. Elles produisent un champ électrique négatif. Elles régissent les réactions chimiques. Les électrons (-) sont maintenus dans leur orbitale grâce à leur attraction électromagnétique pour les protons (+) du noyau. De même que les planètes orbitent autour du soleil, les électrons tournent autour du noyau dans des orbitales rigoureusement espacées, appelées couches. La distance entre les couches est typique de chaque élément. L énergie d un électron varie en fonction inverse de sa distance du noyau. Les électrons dans la couche la plus interne (K) sont ceux les plus fortement liés au noyau. Ils ont, ainsi, plus d énergie que les électrons des couches externes (L, M, N, O et P). Chaque couche électronique peut porter un nombre maximal d électrons : Référence : K = 2 L = 8; M = 8 ou 18; N = 8, 18 ou 32; O = 8 ou 18; P = 8. Chaque élément a sa propre configuration d électrons, couches d énergie différente. L unité d énergie utilisée à l échelle atomique est l électronvolt (ev). 1 ev = l énergie acquise par un électron traversant un potentiel de 1 volt. L électronvolt est une petite unité d énergie, c est pourquoi on utilise souvent des unités plus grosses : 1 kev = un millier d électronvolts 1 MeV = un million d électronvolts 1.4 Le numéro atomique et le nombre de masse Chaque atome d un élément possède le même nombre de protons dans son noyau. On utilise ce nombre, le numéro atomique pour désigner précisément chaque élément. Numéro atomique (Z) : Nombre de protons dans le noyau d un atome. Nombre de masse (A) : Somme du nombre de protons et de neutrons d un noyau. Masse atomique : Moyenne pondérée des nombres de masse des isotopes d un même élément. Isotopes : Se dit des atomes d un élément ayant le même numéro atomique (donc les mêmes propriétés chimiques), mais dont le nombre de masse diffère (compte différent de neutrons dans le noyau). - Page 3 -

18 2. Types de rayonnement Le rayonnement est composé d ondes invisibles ou de particules énergétiques qui peuvent affecter la santé humaine s ils sont reçus en trop grande quantité. Il existe deux types distincts de rayonnement : les rayonnements non-ionisants et ionisants. Ionisation : division d une molécule en ces atomes constituants électriquement chargés (ions), enlèvement d électrons d un atome neutre. Les ions portent une charge positive (due à un manque d électrons) ou négative (due à un surplus d électrons).chimiquement, les ions sont très réactifs et essaient de redevenir neutres en se combinant avec des ions qui portent une charge opposée. Une réaction chimique se produit lorsque des ions de deux éléments se combinent pour former un nouveau composé. Rayonnement non-ionisant : Le rayonnement non-ionisant ne porte pas suffisamment d énergie pour ioniser un atome (p. ex. entre ~4 et 25 ev sont nécessaires pour éjecter les électrons d un atome neutre). Les ondes radio, les micro-ondes, la lumière sont des formes de rayonnement non-ionisant. Bien que ces rayonnements peuvent causer des dommages biologiques, comme les brûlures, ils sont moins dangereux que le rayonnement ionisant. Rayonnement ionisant : Le rayonnement ionisant porte assez d énergie pour ioniser un atome (>4 ev). Le rayonnement ionisant constitue un souci pour la santé puisqu il peut modifier la structure chimique des cellules vivantes. Or, ces changements chimiques peuvent nuire au fonctionnement normal des cellules. Une exposition suffisante au rayonnement ionisant peut provoquer la perte des cheveux, des changements dans le sang, différentes maladies, voire la mort. Rayon gamma Il existe quatre types de rayonnement ionisant : les particules alpha, les particules bêta, les neutrons, les rayons gamma ou rayons X (analyseurs FRX) Le pouvoir de pénétration des quatre types de rayonnement diffère énormément. Particule alpha Particule bêta Neutron Rayon X - Page 4 -

19 Particule alpha Particule bêta Rayon gamma Papier Corps humain Métal Béton Les particules alpha : (référence) Formées de deux protons et de deux neutrons, elles sont massives. Elles portent deux charges positives et sont émises par les noyaux. Elles ionisent la matière en arrachant des électrons (-) aux atomes. Portée : Blindage : Danger : Les particules alpha peuvent traverser entre un ou deux pouces d air. Elles sont arrêtées par une feuille de papier ou la couche superficielle de la peau (la peau morte). Elles ne constituent pas un danger de rayonnement externe, elles sont très dangereuses si on ingère une source. Les particules bêta : Elles sont identiques aux électrons : leur masse est minuscule et elles portent une charge négative (-). Elles sont émises par les noyaux atomiques. Elles ionisent les atomes en éjectant des électrons (-) de leur orbite. Portée : Blindage : Danger : Les particules bêta peuvent traverser environ dix pieds d air. Elles sont arrêtées par un blindage de quelques millimètres de plastique, de verre ou une feuille métallique. À courte distance de leur source, elles posent un danger externe pour la peau et les yeux. Si une source est ingérée ou inhalée, le rayonnement bêta peut poser un danger aux tissus internes du corps. Les neutrons : (référence) Ils sont produits par la désintégration naturelle de certains éléments radioactifs, ainsi que dans les réacteurs nucléaires ou les accélérateurs de particules. Ils peuvent diviser les atomes par fission ce qui produit deux atomes instables, ou plus, qui se désintègreront en produisant un rayonnement ionisant composé de particules alpha et bêta et de rayons gamma. - Page 5 -

20 Certains atomes peuvent absorber les neutrons (fusion) ce qui provoque la création d un atome possiblement radioactif en fonction de l élément de départ. Portée : Blindage : Danger : Les neutrons peuvent traverser plusieurs centaines de pieds d air. Une barrière très épaisse de matériel de blindage est nécessaire pour arrêter ces particules très pénétrantes. Les meilleurs matériaux de blindage sont ceux riches en oxygène (l eau, le béton ou le plastique). Ils constituent principalement un danger externe, étant donné leur portée et leur pouvoir de pénétration. 2.1 Spectre électromagnétique On désigne sous le terme de spectre électromagnétique l ensemble de toutes les fréquences, et donc de toutes les énergies, de toutes les ondes électromagnétiques, du 60 Hz circulant dans les fils électriques jusqu aux rayons cosmiques les plus énergétiques. Fréquence (Hz) Lumière visible Énergie électrique Ondes AM Ondes FM Micro-ondes Infrarouge Ultraviolet Rayons X Rayons gamma Rayons cosmiques Énergie (kev) On se rappellera que quatre électronvolts d énergie sont nécessaires pour l ionisation. En voyageant de gauche à droite du graphique, on atteint cette quantité d énergie dans l ultraviolet. Les rayons X et gamma sont donc ionisants. 2.2 Le rayonnement pénétrant : les rayons X et gamma Les rayons X et gamma sont des ondes électromagnétiques, ou photons, de haute énergie; ils n ont ni masse ni charge électrique. - Page 6 -

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