Table des matières Chapitre 1 : Les bases de la protection radiologique

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1 Table des matières Chapitre 1 : Les bases de la protection radiologique Introduction Radioactivité et exposition, quelques rappels L origine des règles de radioprotection, la CIPR Effets des rayonnements ionisants Altérations de l ADN Effets déterministes Effets stochastiques Notions de doses La dose absorbée La dose équivalente La dose efficace Le cas particulier de l exposition interne, la notion d engagement de dose Bases du système de protection radiologique Types d activités Les trois principes Recommandations de la publication Évolutions prévisibles des bases scientifiques et leurs répercussions potentielles sur le système de protection radiologique Ce que la communauté scientifique sait Mais restent des inconnues Le choix de la CIPR pour la relation dose-effet Un cas particulier qui mériterait plus ample réflexion, la gestion des déchets nucléaires à vie longue, la notion de radiotoxicité Un cancer peut-il être attribué sûrement aux rayonnements ionisants? Cancer radio-induit et prédisposition génétique Effets combinés des rayonnements et d autres polluants La réflexion en cours à la CIPR pouvant modifier le système de protection radiologique Pourquoi modifier le système? Que propose-t-elle de nouveau? Conclusions... 47

2 8 Radioprotection et ingénierie nucléaire Partie I Grandeurs, dosimétrie et surveillance Chapitre 2 : Concepts de base Introduction Interaction des rayonnements avec la matière Classification des rayonnements ionisants Interaction des photons Interaction des particules chargées avec la matière Interactions des neutrons Flux d électrons secondaires dans un milieu irradié par un rayonnement électromagnétique Notion d équilibre électronique Variation du flux électronique à la traversée de deux milieux différents.. 74 Chapitre 3 : Grandeurs radiométriques et dosimétrie Introduction Grandeurs radiométriques Quantités intégrales Quantités globales en un point Grandeurs dosimétriques Rappel Dose absorbée Kerma (Kinetic Energy Released in Matter) Débit de dose et débit de Kerma Exposition (non reprise dans la CIPR 60) Relation entre les différentes grandeurs dosimétriques et radiométriques Notions d équivalent de dose en un point et de dose équivalente pour un organe ou un tissu Notions de microdosimétrie Distribution microscopique de l énergie communiquée Grandeurs microdosimétriques Microdosimétrie et radioprotection Chapitre 4 : Dosimétrie et surveillance pour l exposition externe Introduction Grandeurs opérationnelles Grandeurs opérationnelles de l ICRU pour la surveillance de l environnement et de l individu Passage de la mesure à la dose absorbée (dosimétrie absolue et relative), à l équivalent de dose et à la dose efficace Caractéristiques des instruments de radioprotection requises en dosimétrie L étalonnage : grandeurs de référence et procédures associées Dosimétrie absolue

3 Table des matières Calorimétrie Dosimétrie chimique de Fricke Chambre d ionisation et théorème de Bragg-Gray Dosimétrie relative Film photographique Détecteur solide de traces Thermoluminescence et photoluminescence Dosimètres électroniques Dosimétrie des neutrons Problématique Surveillance de l environnement et dosimétrie individuelle Étalonnage des dosimètres, spectrométrie des neutrons Chapitre 5 : Dosimétrie et surveillance pour l expostion interne Introduction Modèles de la CIPR Modèles d entrée Modèles systémiques Stratégie de surveillance Moyens et objectifs d un programme de surveillance Choix d un programme de surveillance Mesures directes par anthroporadiamétrie Principe Anthroporadiamétrie haute énergie (> 200 kev) Anthroporadiamétrie basse énergie (< 200 kev) Mesure de l iode dans la thyroïde Orientations futures Cas particulier de la mesure des plaies contaminées Mesures «in vitro» : analyses des radioéléments dans les excrétas Principe de détection des rayonnements Analyse des émetteurs γ Analyse des émetteurs β Analyse des émetteurs α Conclusion Calcul de la dose Principe Valeurs de référence et valeurs spécifiques Procédure d interprétation dosimétrique des mesures de surveillance Partie II Ingénierie de la radioprotection Chapitre 6 : L ingénierie de la radioprotection : généralités Introduction L ingénierie de la radioprotection : objectifs Types de particules et gamme d énergie

4 10 Radioprotection et ingénierie nucléaire 6.3. Gamme de temps Grandeurs physiques d intérêt Exemples de grands domaines d études et classes de problèmes Chapitre 7 : Grandeurs physiques fondamentales et dérivées Introduction Flux de particules et grandeurs dérivées Flux de particules Relation entre flux et courant de particules Réponse d un détecteur La concentration des radionucléides et grandeurs dérivées Chapitre 8 : Les sources de rayonnements Introduction Les sources primaires de rayonnements Neutrons prompts de fission Neutrons retardés Gamma prompts de fission Gamma, les alpha et les bêta des produits de fission et des noyaux lourds Sources secondaires Gamma de capture radiative des neutrons (n, γ) Gamma de diffusion inélastique (n, n ) Particules chargées protons et alpha produites par les réactions de type (n, p) et (n, α) Particules α, β et γ des produits d activation Neutrons de fissions spontanées et des réactions (α, n) Neutrons produits par les réactions photonucléaires Inventaire radiologique et déchets radioactifs Classement des déchets radioactifs Formation du tritium Formation du carbone Les sources de rayonnements dans un tokamak Les sources de rayonnements dans un accélérateur et dans un dispositif à spallation Chapitre 9 : Méthodologie des études de protection Introduction Démarche générale Examen du problème/choix des objectifs Identification des sources de rayonnements Recherche des contraintes Recensement des matériaux possibles et disposition Types de matériaux

5 Table des matières Disposition des écrans Mise en œuvre des calculs Choix de la solution Cas de l exploitation Cas de la conception initiale Vérification expérimentale et suivi Notion d incertitude et qualification Construction d une base de qualification Justification de la qualification d un calcul Chapitre 10 : Propagation des rayonnements : méthodes et codes de calcul Introduction Transport des particules chargées Transport des particules neutres : neutrons et gamma Forme intégro-différentielle de l équation du transport Forme intégrale de l équation du transport Notion de flux adjoint Équation adjointe du transport Calculs paramétriques, calculs de sensibilité et propagation d incertitudes La méthode d atténuation en ligne droite Principe de la méthode Cas d une source ponctuelle isotrope Cas d une source polycinétique spatialement distribuée Détermination des facteurs d accumulation Codes de calculs Techniques de calcul «manuelles» Propagation des neutrons rapides Intérêt et limites de la méthode d atténuation en ligne droite La méthode aux ordonnées discrètes (S N ) Principe de la méthode Principe de la résolution en géométrie sphérique Intérêt et limites de la méthode S N La méthode de Monte Carlo Principe de la méthode Les lois de tirage des événements Construction du processus statistique Estimation d une grandeur physique Notion de facteur de qualité Simulation non analogue ou biaisée Intérêt et inconvénients de la méthode de Monte Carlo La méthode de propagation par albédo Principe de la méthode Définitions de l'albédo Méthodes de calcul de l albédo Intérêt de la méthode de propagation par albédo

6 12 Radioprotection et ingénierie nucléaire Chapitre 11 : Évolution isotopique : méthodes et codes de calcul Introduction Équations généralisées de Bateman Évolution des produits de fission (PF) formés en réacteur Évolution des noyaux lourds Évolution des produits d activation Méthodes de résolution Solution analytique pour une chaîne de filiation simple Solution analytique des équations de Bateman généralisées Résolution numérique des équations de Bateman généralisées Codes de calcul Calculs paramétriques, calculs de sensibilité et calcul d incertitudes Partie III Matériaux et dispositifs de radioprotection Chapitre 12 : Les matériaux de protection et leur utilisation Introduction Interactions et atténuation des neutrons et des gamma dans la matière Gamma Neutrons Matériaux Eau (water) Fer (iron) Plomb (lead) Béton (concrete) Uranium Un matériau organique : le polyéthylène Air (20 C, 1 bar) Chapitre 13 : Les dispositifs de protection contre la contamination interne Introduction La méthode d analyse de sûreté Premier niveau, la prévention Second niveau, la surveillance Troisième niveau, l action de sécurité Système de confinement Zonage des installations pour le travail et l intervention Le premier système de confinement dans les usines Le deuxième système de confinement dans les usines Le dispositif de confinement dynamique Captage de contamination Principe de captation Principaux systèmes de captation Prévention individuelle

7 Table des matières Appareils de protection des voies respiratoires Système de surveillance Mesurage des aérosols au poste de travail Inhalation, pénétration et dépôt des aérosols Échantillonnage des aérosols Partie IV Gestion du risque radiologique Chapitre 14 : Réglementation, organisation Élaboration du système de gestion du risque radiologique Concepts de base Des standards de radioprotection établis au niveau international Trois principes pour une gestion responsable du risque radiologique La réglementation communautaire Le traité Euratom La directive 96/29/Euratom fixant les normes de base La réglementation nationale Ordonnance n du 28 mars Décret n du 4 avril Décret n du 31 mars Décret n du 31 mars Nouvelle organisation des pouvoirs publics dans les domaines de la radioprotection et de la sûreté nucléaire (domaine civil) Chapitre 15 : Optimisation La démarche ALARA : anticiper, suivre et analyser Nécessité de l engagement de tous les acteurs Une culture commune ALARA Engagement des autorités Engagement de la hiérarchie Engagement du personnel Intégration dans les relations contractuelles Des moyens adaptés Des structures de décision et d analyse Des outils spécifiques Des procédures adaptées La démarche ALARA : un exemple Étapes de la démarche en phase de préparation Un exemple d application : contrôle d une vanne Valeur monétaire de l homme-sievert Le concept Détermination des valeurs monétaires de référence de l homme-sievert Présentation analytique du modèle Systèmes existants Conclusion

8 14 Radioprotection et ingénierie nucléaire Annexe 1 - Les accidents radiologiques. Bilan de 50 ans d accidents graves Introduction A1.1. Accidents reconnus d emblée A Gestion simple A Gestion délicate A Catastrophes A1.2. Accidents non reconnus d emblée A Nombre réduit de victimes A Victimes en nombre important A Conséquences graves pour la population et l environnement A1.3. Accidents gardés secrets A1.4. Conclusions A Diagnostic de l accident A Diagnostic de la maladie A Gestion de l accident A Gestion médicale de l accidenté Annexe 2 - Introduction aux études d incidence des rejets radioactifs Introduction A2.1. Les radionucléides et les voies de transfert A2.2. Aperçu concernant la dispersion A Dispersion dans l atmosphère A Dispersion dans les rivières A2.3. Migration dans les sols A Notions générales A Modèles de type unicouche A Modèles faisant appel aux équations de diffusion/dispersion A2.4. Transferts aux plantes et aux animaux A Transferts aux plantes A Transferts aux produits d'origine animale A Les formulations globales A Transferts du tritium et du carbone A2.5. Le milieu aquatique A Généralités A Modèles simples A2.6. Influence de la transformation des produits A2.7. Calculs de doses A Doses par immersion dans un nuage et par inhalation A Doses par exposition aux dépôts A Doses par ingestion A2.8. Conclusion

9 Table des matières 15 Annexe 3 - Données complémentaires sur les sources de rayonnements Annexe 4 - Fonctions exponentielles intégrales Annexe 5 - Rappels élémentaires de probabilités et statistique A5.1. Processus aléatoires et mesure A Processus aléatoires A Événements et famille d événements A5.2. Fonction de répartition, densité de probabilité A5.3. Propriétés A Espérance mathématique et variance A Convergence stochastique A Écart-type A Estimation de la grandeur physique aléatoire A5.4. Échantillonnage d une densité de probabilité A5.5. Générateurs de nombres aléatoires