Quels rayonnements recevons-nous? CSNSM CNRS-IN2P3

Transcription

1 Quels rayonnements recevons-nous? 1

2 Rayonnements d origine naturelle Les radioéléments naturels : particules alpha, électrons, photons X et gamma, neutrons origine : granit,corps, Le rayonnement cosmique : protons, particules alpha, muons, électrons origine : le soleil, la galaxie, les autres galaxies L homme est depuis toujours soumis au rayonnement naturel qui provient : des matériaux qui constituent notre planète, notre environnement quotidien, et même notre propre corps. de l univers (rayonnement cosmique) : de l ensemble des particules qui arrivent dans l atmosphère, seuls les muons et quelques électrons atteignent le sol. 2

3 Rayonnements d origine artificielle scanner Les faisceaux : électrons, protons, neutrons, particules alpha, ions lourds origine : réacteurs, accélérateurs de particules, tubes à rayons X, scanners, tubes cathodiques Accélérateur de particules L homme est exposé également : aux rayonnements artificiels qui sont utilisés par les médecins lors d examens exploratoires (diagnostic), ou pour traiter une tumeur (radiothérapie), aux rayonnements émis par les radioéléments artificiels utilisés dans différentes applications industrielles, en recherche scientifique, Les accélérateurs permettent de produire de nombreux rayonnements (électrons, photons X, photons γ, protons, neutrons, etc...) On peut alors les utiliser comme sources de rayonnement pour explorer l intérieur des objets. pour modifier les propriétés des matériaux pour modifier les tissus biologiques. 3

4 Quels rayonnements recevons-nous? Les rayonnements sont un phénomène naturel. Ils nous entourent de toutes parts : Ils viennent du ciel et nous atteignent sous la forme de rayons cosmiques Ils viennent du sol où ils sont émis par les éléments radioactifs présents dans la croûte terrestre Nous inhalons de la radioactivité avec l air que nous respirons. Nous sommes aussi soumis à la radioactivité de notre propre corps. Au 20 e siècle, l humanité a appris à utiliser ces rayonnements : Les rayons X sont devenus un instrument irremplaçable pour le diagnostic médical Des faisceaux intenses d électrons sont utilisés pour le traitement du cancer etc.. Bref, nous vivons au milieu des rayonnements naturels et de rayonnements artificiels que nous pouvons produire et utiliser. 4

5 Ordre de grandeur des activités Le becquerel (1 désintégration/s) est une très petite unité corps humain : sol granitique : 4500 Bq de 40 K 3700 Bq de 14 C 8000 Bq/kg pomme de terre : 125 Bq/kg Le Becquerel est une très petite unité. Il correspond à une désintégration par seconde. Avec un détecteur de grande efficacité, il est possible d observer la désintégration de chaque noyau radioactif contenu dans un échantillon. Sachant que dans quelques grammes de matière il y a de l ordre de atomes, nous disposons donc pour mettre en évidence la présence de noyaux radioactifs de la méthode la plus précise que l on puisse imaginer. Cette sensibilité redoutable a pour conséquence qu il est possible de mesurer des activités de quelques Bq absolument partout dans la nature (bruit de fond). Il est donc dépourvu de sens et d intérêt de donner le résultat de mesures d activité en un lieu donné sans le comparer à des valeurs de référence. 5

6 Les effets 6

7 Effets biologiques des rayonnements Électrons arrachés IONISATION Effets tardifs Cancers Lésions de la molécule d ADN Transformations physiques et chimiques Effets précoces Destruction de cellules Les effets dus aux radiations sont de 2 types : les effets précoces et les effets tardifs. Les effets précoces sont déterministes. Cela signifie qu ils sont observés à partir d une certaine dose. Par exemple au niveau des testicules, une dose localisée de 2 Sv entraîne une stérilité transitoire et une dose de 6 Sv une stérilité définitive. Au niveau de la peau, une dose locale de 3 à 8 Sv entraîne une rougeur passagère, une dose de 7 à 10 Sv une cloque et une dose supérieure à 10 Sv une nécrose. Les effets tardifs sont beaucoup plus délicats à traiter car ils sont probabilistes. Toutefois aucun effet mesurable n a été mis en évidence au dessous de 100 msv reçus à débit de dose élevée. Au dessus de 100 msv, la probabilité d occurrence de problèmes de cancers ou de leucémies augmente avec la dose. Cependant, quelle que soit la dose reçue, aucun effet héréditaire (problèmes cancérigènes transmis par des gènes irradiés) n a jamais été observé chez l homme. 7

8 De l activité à la dose efficace nombre de particules émises par la source nombre de particules qui interagissent dans la cible Activité Dose reçue Becquerel nombre de particules émises par la source Gray point d impact des particules Activité Dose efficace Becquerel Sievert L importance des effets biologiques dépend de la quantité d énergie déposée localement. La dose absorbée est la quantité d énergie déposée par kilogramme de matière. Son unité est le joule par kilogramme. Elle dépend du nombre de particules émises par la source qui vont interagir dans le milieu c est-à-dire du nombre de particules émises par la source (activité), qui prennent la direction de la cible (flux) et qui interagissent en déposant leur énergie dans le milieu (dose). L importance des effets biologiques dépend aussi de la nature du rayonnement et de la localisation du dépôt d énergie (organe atteint). Nous avons vu par exemple que cette énergie est déposée sur des distances beaucoup plus réduites pour les particules alpha que pour les photons. Aussi, pour une même dose déposée, les particules alpha sont-elles 20 fois plus dangereuses que les photons. Pour prendre en compte cet aspect lié à la nature du rayonnement, un coefficient W R est introduit. Sa valeur est comprise entre 1 pour les photons et 20 pour les particules alpha. Dans le cas d une contamination interne, les organes qui fixent le radioélément reçoivent une dose beaucoup plus importante que les autres. Mais il est alors possible de déterminer à quelle dose reçue par tout l organisme correspond du point de vue du risque celle reçue localement. On introduit pour cela un facteur W T qui est le facteur de pondération du tissu considéré. Par exemple, W T est égal à 0,05 pour la thyroïde ; cela signifie que le risque associé à l administration d une dose de 1 msv sur la thyroïde est équivalent au risque associé à l exposition de l ensemble de l organisme à une dose de 0,05 msv. A partir de la dose efficace, il est possible de comparer les situations quels que soient le rayonnement et l organe touché. 8

9 Ordre de grandeur des activités Le becquerel est une très petite unité corps humain : 4500 Bq de 40 K 3700 Bq de 14 C sol granitique : 8000 Bq/kg pomme de terre : 125 Bq/kg Le gray est une grande unité : 1 mgy quelques milliards de désintégrations/kg Le millisievert Expositions médicales Diagnostic (doses efficaces par examen) scanner thorax ou abdomen, scintigraphies 5 à 20 msv Traitement (doses très locales par traitement) radiothérapie et curiethérapie à msv Expositions professionnelles (doses annuelles) opérateurs centrales, pilotes d avion(selon altitude) 2 à 3 msv mineurs (selon confinement, minerai) 1 à 10 msv Le Becquerel est une très petite unité. Il correspond à une désintégration par seconde. Avec un détecteur de grande efficacité, il est possible d observer la désintégration de chaque noyau radioactif contenu dans un échantillon. Sachant que dans quelques grammes de matière il y a de l ordre de atomes, nous disposons donc pour mettre en évidence la présence de noyaux radioactifs de la méthode la plus précise que l on puisse imaginer. Cette sensibilité redoutable a pour conséquence qu il est possible de mesurer des activités de quelques Bq absolument partout dans la nature (bruit de fond). Il est donc dépourvu de sens et d intérêt de donner le résultat de mesures d activité en un lieu donné sans le comparer à des valeurs de référence. 9

10 Modes d exposition aux rayonnements Irradiation Quand on reçoit des rayonnements, les rayonnements pénètrent notre peau et notre organisme et provoquent des dégâts d irradiation. Contamination La pollution d un milieu par une substance radioactive constitue une contamination. Pour un être humain, la contamination peut intervenir par ingestion de substances radioactives ou inhalation de poussières radioactives. Une contamination forte est dangereuse si le produit est fixé par l organisme. Il existe une différence fondamentale entre les deux modes d exposition aux rayonnements. Dans le cas d une contamination, l exposition persiste jusqu à ce que l organisme rejette le radioélément (ce temps dépend du métabolisme du produit ingéré dans l organisme), ou que le radioélément se soit complètement désintégré s il reste fixé dans un organe. 10

11 Le polonium 210 Demi-vie 138 jours 1 μg = 170 MBq Emetteur alpha 5,4 MeV Contamination par ingestion tissus mous foie, rein, rate, ganglions, parois vasculaires Elimination : ~ ½ en 50 jours Dose léthale ~ 10 ng/kg soit ~ 1 μg pour un homme adulte En vente libre : doses de 3700 Bq ( 0,22 x 10-4 μg ) Rappel corps humain : 4500 Bq de 40 K 3700 Bq de 14 C Le Becquerel est une très petite unité. Il correspond à une désintégration par seconde. Avec un détecteur de grande efficacité, il est possible d observer la désintégration de chaque noyau radioactif contenu dans un échantillon. Sachant que dans quelques grammes de matière il y a de l ordre de atomes, nous disposons donc pour mettre en évidence la présence de noyaux radioactifs de la méthode la plus précise que l on puisse imaginer. Cette sensibilité redoutable a pour conséquence qu il est possible de mesurer des activités de quelques Bq absolument partout dans la nature (bruit de fond). Il est donc dépourvu de sens et d intérêt de donner le résultat de mesures d activité en un lieu donné sans le comparer à des valeurs de référence. 11