Nick Connor

En physique, les équations de Bateman sont un ensemble d’équations différentielles du premier ordre, qui décrivent l’évolution temporelle des concentrations de nucléides subissant une chaîne de désintégration sérielle ou linéaire. Le modèle a été formulé par Ernest Rutherford en 1905 et la solution analytique pour le cas de la désintégration radioactive dans une chaîne linéaire a été fournie par Harry Bateman en 1910. Ce modèle peut également être utilisé dans les codes d’épuisement nucléaire pour résoudre les problèmes de transmutation et de désintégration nucléaires.

Par exemple, ORIGEN est un système de code informatique pour calculer l’accumulation, la désintégration et le traitement des matières radioactives. ORIGEN utilise une méthode exponentielle matricielle pour résoudre un grand système d’équations différentielles ordinaires couplées, linéaires, du premier ordre (similaire aux équations de Bateman) avec des coefficients constants.

Les équations de Bateman pour le cas de désintégration radioactive de la série n – nucléide dans une chaîne linéaire décrivant les concentrations de nucléides sont les suivantes:

Équations de Bateman pour la transmutation nucléaire

Comme cela a été écrit, ce modèle peut également être utilisé dans les codes d’épuisement nucléaire pour résoudre également les problèmes de transmutation et de désintégration nucléaires . En cas de transmutation, les constantes de désintégration qui régissent les équations de Bateman pour un cas de désintégration sont remplacées par des constantes de transmutation. Par la constante de transmutation λ _i,j, nous entendons la probabilité de la i ème production de nucléide par unité de temps à partir de la j ème destruction de nucléide, en raison de l’interaction nucléaire avec l’ensemble du spectre des particules en interaction ou en raison de la désintégration nucléaire naturelle.

Ces équations sont généralement utilisées pour l’évolution exacte des changements isotopiques dans le combustible nucléaire lors de l’épuisement du combustible. L’épuisement du carburant est généralement modélisé mathématiquement par un ensemble d’équations différentielles appelées équations d’ évolution .

Référence spéciale: Jerzy Cetnar, Solution générale des équations de Bateman pour les transmutations nucléaires. Annales de l’énergie nucléaire 33 (2006). janvier 2006.

Voir également:

Équilibre radioactif

En physique des désintégrations nucléaires, un équilibre radioactif existe lorsqu’un nucléide radioactif se désintègre à la même vitesse à laquelle il est produit. Le noyau en désintégration est généralement appelé noyau parent et le noyau restant après l’événement en tant que noyau fille. Le noyau fille peut être stable ou radioactif. S’il est radioactif, il se désintègre en un noyau fille et ainsi de suite. Ainsi, chaque noyau parent radioactif peut initier une série de désintégrations, chaque produit de désintégration ayant sa propre constante de désintégration caractéristique.

La concentration des noyaux filles dans l’équilibre radioactif dépend principalement des proportions de demi-vies (ou constantes de désintégration) des noyaux parents et filles. Puisque le taux de production et le taux de décroissance sont égaux, le nombre d’atomes présents reste constant dans le temps. Dans tous les cas, un équilibre radioactif ne s’établit pas immédiatement, mais il n’intervient qu’après une période de transition. Cette période est de l’ordre de quelques demi-vies du noyau ayant la plus longue durée de vie dans la chaîne de désintégration. En cas de chaînes de désintégration radioactives, un équilibre radioactif peut être établi entre chaque membre de la chaîne de désintégration.

Comme cela a été écrit, la proportionnalité des demi-vies est un paramètre clé, qui détermine le type d’équilibre radioactif:

• L’équilibre radioactif n’est pas établi lorsqu’une demi-vie du noyau parent est plus courte qu’une demi-vie du noyau fille. Dans ce cas, le taux de production et le taux de décroissance de certains membres de la chaîne de décroissance ne peuvent pas être égaux.
• L’équilibre radioactif séculaire existe lorsque le noyau parent a une demi-vie extrêmement longue. Ce type d’équilibre est particulièrement important dans la nature. Au cours des 4,5 milliards d’années d’histoire de la Terre, en particulier l’uranium 238, l’uranium 235 et le thorium 232 et les membres de leurs chaînes de désintégration ont atteint des équilibres radioactifs entre le noyau parent et les différents descendants.
• Un équilibre radioactif transitoire existe lorsqu’une demi-vie du noyau parent est plus longue qu’une demi-vie du noyau fille. Dans ce cas, le nucléide parent et le nucléide fille se désintègrent essentiellement à la même vitesse.

Équilibre radioactif transitoire

L’ équilibre radioactif transitoire existe lorsqu’une demi-vie du noyau parent est plus longue qu’une demi-vie du noyau fille, mais la concentration des noyaux parents diminue de manière significative avec le temps. Dans ce cas, le nucléide parent et le nucléide fils peuvent se désintégrer essentiellement à la même vitesse, mais les deux concentrations de nucléides diminuent à mesure que la concentration des noyaux parents diminue. Contrairement à l’équilibre séculaire, la demi-vie des noyaux filles n’est pas négligeable par rapport à la demi-vie des parents.

Un exemple de ce type de processus de désintégration de composés est un générateur de technétium-99m produisant du technétium-99m pour les procédures de diagnostic en médecine nucléaire à partir de molybdène-99. La courte demi-vie du technétium-99m de 6 heures rend le stockage impossible et rendrait le transport très coûteux. Par conséquent, à des fins médicales, le molybdène-99 est utilisé pour produire du technétium-99m. Ces deux isotopes sont en équilibre transitoire. La constante de désintégration du molybdène-99 est considérablement inférieure à la constante de désintégration du technétium-99m. Bien que la constante de désintégration du molybdène-99 soit plus petite, le taux réel de désintégration est initialement supérieur à celui du molybdène-99 en raison de la grande différence de leurs concentrations initiales. Au fur et à mesure que la concentration de la fille augmente, le taux de décomposition de la fille se rapprochera et finira par correspondre au taux de décomposition du parent. Lorsque cela se produit, on dit qu’ils sont à l’ équilibre transitoire. Dans le cas du générateur de Technétium-99m, l’équilibre transitoire se produit après environ quatre demi-vies. Aujourd’hui, le technétium-99m est l’élément le plus utilisé en médecine nucléaire et est utilisé dans une grande variété d’études d’imagerie en médecine nucléaire.

Aussi l’équilibre transitoire peut-il être occasionnellement rompu lorsque l’un des noyaux intermédiaires quitte l’échantillon où ses ancêtres sont confinés.

Équilibre radioactif transitoire avec source – Exemple

Un exemple particulier d’équilibre radioactif sont les concentrations d’iode-135 et de xénon-135 dans un réacteur nucléaire, mais dans ce cas, la combustion du xénon doit être prise en compte. Notez que, dans ce cas particulier, la demi-vie du noyau parent est plus courte que la demi-vie du noyau fille. La production et l’élimination du xénon peuvent être caractérisées par les équations différentielles suivantes:

Lorsque le taux de production d’iode est égal au taux d’élimination de l’iode, l’équilibre existe. Cet équilibre est également appelé « réservoir de xénon 135 », puisque tout cet iode doit subir une désintégration en xénon. A l’équilibre, la concentration en iode reste constante et est notée N _I (eq). L’équation suivante pour la concentration d’équilibre en iode peut être déterminée à partir de l’équation précédente en fixant dN _I /dt =0. Puisque la concentration d’iode à l’équilibre est proportionnelle à la vitesse de réaction de fission, elle est également proportionnelle au niveau de puissance du réacteur.

Lorsque le taux de production du xénon 135 est égal au taux d’élimination , l’ équilibre existe également pour le xénon. La concentration en xénon reste constante et est notée N_Xe (eq). L’équation suivante (1) pour la concentration à l’équilibre du xénon peut être déterminée à partir de l’équation précédente en fixant dN _Xe /dt =0. Pour que le xénon 135 soit en équilibre, l’iode 135 doit également être en équilibre. La substitution de l’expression de la concentration d’iode 135 à l’équilibre dans l’équation du xénon à l’équilibre (1) donne ce qui suit (2).

À partir de cette équation, on peut voir que la valeur d’équilibre du xénon 135 augmente à mesure que la puissance augmente, car le numérateur est proportionnel à la vitesse de réaction de fission. Mais le flux thermique est aussi au dénominateur. Ainsi, lorsque le flux thermique dépasse une certaine valeur, la combustion du xénon commence à dominer, et à environ 10¹⁵ neutrons.cm^-2.s^-1, la concentration en xénon-135 se rapproche d’une valeur limite. Les concentrations d’équilibre d’iode 135 et de xénon 135 en fonction du flux de neutrons sont illustrées dans la figure suivante.

Voir également:

Équilibre radioactif

Rayonnement cosmique

Le rayonnement cosmique fait référence aux sources de rayonnement sous la forme de rayons cosmiques provenant du Soleil ou de l’espace extra-atmosphérique. La terre a toujours été bombardée par des particules à haute énergie provenant de l’espace extra-atmosphérique qui génèrent des gerbes de particules secondaires dans la basse atmosphère. Les particules chargées (en particulier les protons à haute énergie) du soleil et de l’espace extra-atmosphérique interagissent avec l’atmosphère terrestre et le champ magnétique pour produire une douche de rayonnement (c’est-à-dire une douche d’air), généralement un rayonnement bêta et gamma. Si vous vivez à des altitudes plus élevées ou si vous êtes un passager fréquent des compagnies aériennes, cette exposition peut être considérablement plus élevée, car l’atmosphère est plus fine ici. Les effets du champ magnétique terrestredétermine également la dose de rayonnement cosmique.

Au niveau du sol, les muons, avec des énergies pour la plupart comprises entre 1 et 20 GeV, contribuent à environ 75 % du débit de dose absorbée dans l’air libre. Le reste provient des électrons produits par les muons ou présents dans la cascade électromagnétique. La dose annuelle de rayons cosmiques au niveau de la mer est d’environ 0,27 mSv (27 mrem).

Composition du rayonnement cosmique

Le rayonnement cosmique primaire consiste en un mélange de protons de haute énergie (~87%), de particules alpha (~11%), d’électrons de haute énergie (~1%) et d’une trace de noyaux plus lourds (~1%). L’énergie de ces particules est comprise entre 10⁸ eV et 10²⁰ eV. Une très petite fraction sont des particules stables d’ antimatière, telles que des positrons ou des antiprotons. La nature précise de cette fraction restante est un domaine de recherche active.

Par la suite, un grand nombre de particules secondaires, en particulier des neutrons et des pions chargés, sont produits à la suite des interactions entre les particules primaires et l’atmosphère terrestre. Étant donné que les pions sont des particules subatomiques à courte durée de vie, la désintégration ultérieure des pions entraîne la production de muons de haute énergie. Au niveau du sol, les muons, avec des énergies pour la plupart comprises entre 1 et 20 GeV, contribuent à environ 75 % du débit de dose absorbée dans l’air libre. Le débit de dose du rayonnement cosmique varie dans différentes parties du monde et dépend fortement du champ géomagnétique , de l’ altitude et du cycle solaire. Le débit de dose de rayonnement cosmique dans les avions est si élevé que, selon le rapport UNSCEAR 2000 des Nations Unies, les membres du personnel navigant des compagnies aériennes reçoivent en moyenne plus de dose que tout autre travailleur, y compris ceux des centrales nucléaires.

Nous devons également inclure les neutrons au niveau du sol. Les rayons cosmiques interagissent avec les noyaux dans l’atmosphère et produisent également des neutrons de haute énergie. Selon l’UNSCEAR, la fluidité des neutrons est de 0,0123 cm^-2s^-1 au niveau de la mer pour une latitude géomagnétique de 45 N. Sur cette base, la dose annuelle efficace des neutrons au niveau de la mer et à 50 degrés de latitude est estimée à 0,08 mSv (8 mrem). Il convient de noter qu’à proximité d’objets plus gros et plus lourds, par exemple des bâtiments ou des navires, le flux de neutrons est plus élevé. Cet effet est connu sous le nom de «signature neutronique induite par les rayons cosmiques» ou «effet de navire».« comme il a été détecté pour la première fois avec des navires en mer. Les rayons cosmiques créent des gerbes dans l’atmosphère qui comprennent un large spectre de neutrons secondaires, de muons et de protons. Les neutrons secondaires peuvent être d’une énergie très élevée et peuvent induire des événements de spallation dans les matériaux au sol Par conséquent, à proximité d’objets plus gros et plus lourds, ces multiples neutrons produits lors d’événements de spallation sont appelés neutrons «d’effet de navire».

Les neutrons produits dans la haute atmosphère sont également responsables de la génération de carbone 14 radioactif, qui est le radionucléide cosmogénique le plus connu. Le carbone 14 se forme en continu dans la haute atmosphère par l’interaction des rayons cosmiques avec l’azote atmosphérique. En moyenne, un seul sur 1,3 x 10¹² atomes de carbone dans l’atmosphère est un atome radioactif de carbone 14. Ainsi, toutes les substances biologiques vivantes contiennent la même quantité de C-14 par gramme de carbone, soit 0,3 Bq d’activité carbone-14 par gramme de carbone. Tant que le système biologique est vivant, le niveau est constant en raison de l’apport constant de tous les isotopes du carbone. Lorsque le système biologique meurt, il cesse d’échanger du carbone avec son environnement et, à partir de ce moment, la quantité de carbone 14 qu’il contient commence à diminuer à mesure que le carbone 14 subit une désintégration radioactive.

Énergie des rayons cosmiques

On a observé que les énergies des rayons cosmiques à ultra-haute énergie (UHECR) les plus énergétiques approchent 3 x 10²⁰ eV, soit environ 40 millions de fois l’énergie des particules accélérées par le Large Hadron Collider. L’origine des particules à haute énergie vient de l’espace extra-atmosphérique. On suppose que les particules d’une énergie allant jusqu’à environ 10¹⁵ eV proviennent de notre propre galaxie, alors que celles dont les énergies sont les plus élevées ont probablement une origine extragalactique.

Classification du rayonnement cosmique

Le rayonnement cosmique peut être divisé en différents types selon son origine. Il existe trois sources principales de tels rayonnements:

• Rayonnement Cosmique Solaire. Le rayonnement cosmique solaire fait référence aux sources de rayonnement sous la forme de particules de haute énergie (principalement des protons) émises par le soleil, principalement lors d’événements de particules solaires (SPE).
• Rayonnement cosmique galactique. Le rayonnement cosmique galactique, GCR, fait référence à des sources de rayonnement sous la forme de particules de haute énergie provenant de l’extérieur du système solaire, mais généralement de l’intérieur de notre galaxie, la Voie lactée.
• Rayonnement des ceintures de rayonnement de la Terre (ceintures de van Allen). Les ceintures de rayonnement de Van Allen sont des zones de particules de haute énergie (en particulier des protons) piégées par le champ magnétique terrestre.

Rayonnement cosmique galactique

Rayonnement cosmique galactique, GCR, fait référence aux sources de rayonnement sous la forme de particules de haute énergie provenant de l’extérieur du système solaire. Les GCR sont des noyaux à haute énergie dont tous les électrons environnants ont été arrachés lors de leur passage à grande vitesse à travers la galaxie. L’incident GCR sur la haute atmosphère consiste en une composante nucléonique, dont l’agrégat représente 98% du total (2% sont des électrons). La composante nucléonique est alors constituée d’un mélange de protons de haute énergie (~86%), de particules alpha (~12%) et d’une trace de noyaux plus lourds (~1%). Les GCR sont piégés par le champ magnétique galactique, ils ont donc probablement été accélérés au cours des derniers millions d’années et ont voyagé plusieurs fois à travers la galaxie. Leur mécanisme d’accélération est incertain, mais l’un des mécanismes possibles est que la particule est accélérée par des ondes de choc se propageant à partir de supernovas. L’énergie de ces particules varie entre 10⁸ eV et 10²⁰ eV. Une très petite fraction sont des particules stables d’antimatière, telles que des positrons ou des antiprotons.

La nature précise de cette fraction restante est un domaine de recherche active. Le taux de fluence GCR varie avec l’activité solaire, étant plus faible lorsque l’activité solaire est plus élevée. Aux minimums solaires, en raison d’une protection contre le champ magnétique solaire plus faible, la fluence est nettement plus élevée qu’au maximum solaire.

Rayonnement cosmique solaire – Événement de particules solaires

Le rayonnement cosmique solaire fait référence aux sources de rayonnement sous la forme de particules de haute énergie (principalement des protons) émises par le Soleil, principalement lors d’événements de particules solaires (SPE). Le rayonnement solaire incident sur la haute atmosphère est constitué majoritairement de protons (99%), avec des énergies généralement inférieures à 100 MeV. Les événements de particules solaires, par exemple, se produisent lorsque les protons émis par le Soleil sont accélérés soit à proximité du Soleil lors d’une éruption, soit dans l’espace interplanétaire par des chocs d’éjection de masse coronale. Notez que le Soleil a un cycle de 11 ans, qui culmine par une augmentation spectaculaire du nombre et de l’intensité des éruptions solaires, en particulier pendant les périodes où il y a de nombreuses taches solaires.

Le rayonnement solaire est un risque de rayonnement important pour les engins spatiaux et les astronautes, produit également des débits de dose importants à haute altitude, mais seuls les rayonnements les plus énergétiques contribuent aux doses au niveau du sol. A noter que, quiconque aurait été à la surface de la Lune lors d’une éruption solaire particulièrement violente en 2005 aurait reçu une dose létale.

Rayonnement des ceintures de rayonnement de la Terre – Ceintures de Van Allen

Les ceintures de rayonnement de Van Allen sont des zones de particules de haute énergie (en particulier des protons) piégées par le champ magnétique terrestre. La plupart de ces particules à haute énergie proviennent du vent solaire, qui ont été capturées et maintenues autour d’une planète par le champ magnétique terrestre. La ceinture de van Allen est formée comme un tore au-dessus de l’équateur. Il existe deux ceintures de rayonnement de van Allen, une ceinture interne centrée à environ 3 000 kilomètres et une ceinture externe centrée à environ 22 000 kilomètres de la surface de la Terre. Il contient principalement des protons énergétiques dans la gamme 10-100 MeV.

Les engins spatiaux voyageant au-delà de l’orbite terrestre basse entrent dans la zone de rayonnement des ceintures de Van Allen. Au-delà des ceintures, ils sont confrontés à des dangers supplémentaires liés aux rayons cosmiques et aux événements de particules solaires. Une région entre les ceintures intérieure et extérieure de Van Allen se situe entre deux et quatre rayons terrestres et est parfois appelée la «zone de sécurité».

Débit de dose en avion – Rayonnement en vol

L’exposition au rayonnement cosmique augmente rapidement avec l’altitude. En vol, il faut tenir compte de deux sources principales de rayonnement naturel: les rayons cosmiques galactiques qui sont toujours présents et les événements de protons solaires, parfois appelés événements de rayons cosmiques solaires (SCR), qui se produisent sporadiquement. Le débit de dose du rayonnement cosmique varie dans différentes parties du monde et dépend fortement du champ géomagnétique, de l’altitude et du cycle solaire. Le champ de rayonnement aux altitudes des avions se compose de neutrons, de protons et de pions. En vol, les neutrons contribuent pour 40 à 80 % de la dose équivalente, en fonction du champ géomagnétique, de l’altitude et du cycle solaire. Le débit de dose de rayonnement cosmique dans les avions est si élevé (mais pas dangereux) que, selon le rapport UNSCEAR 2000 des Nations Unies, les membres du personnel navigant des compagnies aériennes reçoivent en moyenne plus de dose que tout autre travailleur, y compris ceux des centrales nucléaires.

Le débit de dose au niveau du sol est en moyenne d’environ 0,10 μSv/h, mais à l’altitude de vol maximale (8,8 km ou 29 000 pieds), il peut atteindre environ 2,0 μSv/h (ou même des valeurs plus élevées). Un débit de dose de 4 μSv/h peut être utilisé pour représenter le débit de dose moyen pour tous les vols long-courriers (en raison des altitudes plus élevées). Il faut ajouter que pour des avions supersoniques comme le Concorde, qui pouvaient effectuer un vol transatlantique en 3,5 heures, le taux d’exposition (environ 9 μSv/h) à leur altitude de 18 km était suffisamment augmenté pour entraîner la même exposition aux rayons cosmiques par traversant comme pour les jets conventionnels circulant sur environ 8 km.

Blindage du rayonnement cosmique

Le champ magnétique terrestre fournit un bouclier de rayonnement vital de rayonnement cosmique. En plus d’une atmosphère protectrice, nous avons aussi la chance que la Terre ait un champ magnétique. Le champ magnétique s’étend sur plusieurs dizaines de milliers de kilomètres dans l’espace, protégeant la Terre des particules chargées du vent solaire et des rayons cosmiques qui autrement dépouilleraient la haute atmosphère, y compris la couche d’ozone qui protège la Terre des rayons ultraviolets nocifs. Il nous protège des pleins effets du vent solaire et du GCR. Sans cette protection, la biosphère terrestre pourrait ne pas exister comme elle le fait aujourd’hui, ou serait au moins limitée au sous-sol. Le champ magnétique terrestre fournit également un bouclier anti-rayonnement aux astronautes et à l’ISS elle-même, car elle est en orbite terrestre basse.

Les calculs de la perte de dioxyde de carbone de l’atmosphère de Mars, résultant du piégeage des ions par le vent solaire, indiquent que la dissipation du champ magnétique de Mars a provoqué une perte quasi totale de son atmosphère.

Rayonnement cosmique – Est-ce dangereux ?

Nous devons souligner que manger des bananes, travailler comme équipage de vol ou vivre dans des endroits avec, augmente votre débit de dose annuel. Mais cela ne signifie pas qu’il doit être dangereux. Dans chaque cas, l’intensité du rayonnement compte également. Il est très similaire à la chaleur d’un incendie (rayonnement moins énergétique). Si vous êtes trop près, l’intensité du rayonnement thermique est élevée et vous pouvez vous brûler. Si vous êtes à la bonne distance, vous pouvez y tenir sans problème et en plus c’est confortable. Si vous êtes trop loin d’une source de chaleur, l’insuffisance de chaleur peut également vous blesser. Cette analogie, dans un certain sens, peut également être appliquée au rayonnement provenant de sources de rayonnement.

En cas de rayonnement provenant des rayons cosmiques, on parle de ce qu’on appelle les « faibles doses ». Une faible dose signifie ici de petites doses supplémentaires comparables au rayonnement de fond normal (10 µSv = dose quotidienne moyenne reçue du fond naturel). Les doses sont très très faibles et donc la probabilité d’induction d’un cancer pourrait être presque négligeable. Deuxièmement, et c’est crucial, la vérité sur les effets des rayonnements à faible dose sur la santé reste à découvrir. On ne sait pas exactement si ces faibles doses de rayonnement sont nuisibles ou bénéfiques (et où est le seuil). Le gouvernement et les organismes de réglementation supposent un modèle LNT au lieu d’un seuil ou d’une hormèse non pas parce qu’il s’agit de l’estimation la plus scientifiquement convaincante, mais parce qu’il s’agit de l’ estimation la plus prudente. Le problème de ce modèle est qu’il néglige un certain nombre de processus biologiques de défense qui peuvent être cruciaux à faibles doses . Les recherches menées au cours des deux dernières décennies sont très intéressantes et montrent que de petites doses de rayonnement administrées à faible débit stimulent les mécanismes de défense. Par conséquent, le modèle LNT n’est pas universellement accepté, certains proposant une relation dose-réponse adaptative où les faibles doses sont protectrices et les doses élevées sont préjudiciables. De nombreuses études ont contredit le modèle LNT et nombre d’entre elles ont montré une réponse adaptative à un rayonnement à faible dose entraînant une réduction des mutations et des cancers. Ce phénomène est connu sous le nom dehormèse radiative.

Voir également:

Sources

Le rayonnement est tout autour de nous. Dans, autour et au-dessus du monde dans lequel nous vivons. C’est une force énergétique naturelle qui nous entoure. C’est une partie de notre monde naturel qui est là depuis la naissance de notre planète. Tous les êtres vivants, depuis la nuit des temps, ont été et sont encore exposés à des rayonnements ionisants. Le rayonnement ionisant est généré par des réactions nucléaires , la désintégration nucléaire, par des températures très élevées ou par l’accélération de particules chargées dans des champs électromagnétiques. Mais en général, il existe deux grandes catégories de sources de rayonnement:

• Rayonnement de fond naturel. Le rayonnement de fond naturel comprend le rayonnement produit par le Soleil, les éclairs, les radio-isotopes primordiaux ou les explosions de supernova, etc.
• Sources artificielles de rayonnement. Les sources artificielles comprennent les utilisations médicales des rayonnements, les résidus d’essais nucléaires, les utilisations industrielles des rayonnements, etc.

Référence spéciale: Sources et effets des rayonnements ionisants, Annexe B. UNSCEAR. New York, 2010. ISBN : 978-92-1-142274-0.

Le Comité scientifique des Nations Unies sur les effets des rayonnements ionisants (UNSCEAR) a répertorié les types d’exposition humaine comme suit:

• exposition du public, qui est l’exposition des membres individuels du public et de la population en général
• l’exposition professionnelle aux rayonnements, qui est l’exposition des travailleurs dans des situations où leur exposition est directement liée ou requise par leur travail

Rayonnement de fond naturel

Tous les êtres vivants, depuis la nuit des temps, ont été et sont encore exposés à des rayonnements ionisants. Ce rayonnement n’est associé à aucune activité humaine. Il y a des isotopes radioactifs dans nos corps, nos maisons, l’air, l’eau et le sol. Nous sommes tous également exposés aux rayonnements de l’espace.

Types de rayonnement de fond naturel

Nous divisons toutes ces sources de rayonnement naturel en trois groupes:

• Rayonnement cosmique. Le rayonnement cosmique fait référence aux sources de rayonnement sous la forme de rayons cosmiques provenant du soleil ou de l’espace extra-atmosphérique. Au niveau du sol, les muons, avec des énergies pour la plupart comprises entre 1 et 20 GeV, contribuent à environ 75 % du débit de dose absorbée dans l’air libre. Le reste provient des électrons produits par les muons ou présents dans la cascade électromagnétique. La dose annuelle de rayons cosmiques  au niveau de la mer est d’environ 0,27 mSv (27 mrem). Si vous vivez à des altitudes plus élevées ou si vous êtes un passager fréquent des compagnies aériennes, cette exposition peut être considérablement plus élevée, car l’atmosphère est plus fine ici. Les effets du champ magnétique terrestre déterminent également la dose de rayonnement cosmique.
• Rayonnement terrestre. Le rayonnement terrestre fait référence aux sources de rayonnement qui se trouvent dans le sol, l’eau et la végétation. Les principaux isotopes préoccupants pour le rayonnement terrestre sont l’uranium et les produits de désintégration de l’uranium, tels que le thorium, le radium et le radon. Le débit de dose moyen provenant des nucléides terrestres (à l’exception de l’exposition au radon) est d’environ 0,057 µGy/h. Les valeurs maximales ont été mesurées sur du sable de monazite à Guarapari au Brésil (jusqu’à 50 µGy/h et au Kerala en Inde (environ 2 µGy/h) et sur des roches à forte concentration en radium à Ramsar en Iran (de 1 à 10 µGy/h).La dose annuelle moyenne de rayonnement pour une personne provenant du radon est d’environ 2 mSv/an et il peut varier sur plusieurs ordres de grandeur d’un endroit à l’autre. Le radon est si important qu’il est généralement traité séparément.
• Rayonnement interne. En plus des sources cosmiques et terrestres, toutes les personnes ont également du potassium 40 radioactif, du carbone 14, du plomb 210 et d’autres isotopes dans leur corps dès la naissance. La concentration de potassium 40 est quasi stable chez toutes les personnes à un niveau d’environ 55 Bq/kg (3850 Bq au total), ce qui correspond à la dose efficace annuelle de 0,2 mSv. La dose annuelle de carbone 14 est estimée à environ 12 μSv/an.

Rayonnement de fond et danger pour la santé

Vous ne pouvez pas traverser la vie sans rayonnement. Le danger des rayonnements ionisants réside dans le fait que le rayonnement est invisible et non directement détectable par les sens humains. Les gens ne peuvent ni voir ni sentir le rayonnement, mais il dépose de l’énergie sur les molécules du corps.

Mais ne vous inquiétez pas, les doses provenant du rayonnement de fond sont généralement  très faibles (sauf l’exposition au radon). Une faible dose signifie ici de petites doses supplémentaires comparables au rayonnement de fond normal (10 µSv  = dose quotidienne moyenne reçue du fond naturel). Le problème est qu’à de très faibles doses, il est pratiquement impossible de corréler une irradiation avec certains effets biologiques. En effet, le taux de cancer de base est déjà très élevé et le risque de développer un cancer fluctue de 40 % en raison du style de vie individuel et des effets environnementaux, masquant les effets subtils des rayonnements de faible intensité.

Deuxièmement, et c’est crucial, la vérité sur les effets des rayonnements à faible dose sur la santé reste à découvrir. On ne sait pas exactement si ces faibles doses de rayonnement sont nuisibles ou bénéfiques (et où est le seuil). Le gouvernement et les organismes de réglementation supposent un modèle LNT au lieu d’un seuil ou d’une hormèse, non pas parce qu’il est le plus scientifiquement convaincant, mais parce qu’il s’agit de l’ estimation la plus prudente. Le problème de ce modèle est qu’il néglige un certain nombre de processus biologiques de défense qui peuvent être cruciaux à faibles doses. Les recherches menées au cours des deux dernières décennies sont très intéressantes et montrent que de petites doses de rayonnement administrées à faible débit de dose stimulent les mécanismes de défense. Par conséquent, le modèle LNT n’est pas universellement accepté, certains proposant une relation dose-réponse adaptative où les faibles doses sont protectrices et les doses élevées sont préjudiciables. De nombreuses études ont contredit le modèle LNT et nombre d’entre elles ont montré une réponse adaptative à un rayonnement à faible dose entraînant une réduction des mutations et des cancers. Ce phénomène est connu sous le nom d’ hormèse radiative.

Selon l’hypothèse de l’ hormèse du rayonnement, une exposition au rayonnement comparable et juste au-dessus du niveau de fond naturel du rayonnement n’est pas nocive mais bénéfique, tout en acceptant que des niveaux de rayonnement beaucoup plus élevés sont dangereux. Les arguments en faveur de l’hormèse s’articulent autour de certaines études épidémiologiques à grande échelle et des preuves d’expériences d’irradiation sur des animaux, mais surtout des progrès récents dans la connaissance de la réponse adaptative. Les partisans de l’hormèse par rayonnement affirment généralement que les réponses radioprotectrices dans les cellules et le système immunitaire non seulement contrent les effets nocifs des rayonnements, mais agissent en outre pour inhiber le cancer spontané non lié à l’exposition aux rayonnements.

Voir aussi: Modèle LNT

Voir également:

Radioprotection

Le potassium est un élément chimique naturel de numéro atomique 19, ce qui signifie qu’il y a 19 protons et 19 électrons dans la structure atomique. Le symbole chimique du potassium est K (du néo-latin kalium).

Le potassium naturel est principalement constitué d’isotope K-39 (93,26 %), donc la masse atomique de l’élément potassium est proche de la masse atomique de l’isotope K-39 (39,098 u). Le potassium naturel se compose également de deux autres isotopes: K-41 (6,73 %) et K-40 (0,012 %). Le potassium 40 est un isotope naturel instable (radioactif) du potassium. Il a une très longue demi-vie de 1,251 × 10⁹ ans. Par conséquent, cet isotope appartient aux nucléides primordiaux, car sa demi-vie est comparable à l’âge de la Terre.

Des traces de K-40 se trouvent dans tout le potassium, et c’est le radio-isotope le plus courant dans le corps humain. Le K-40 est un isotope radioactif du potassium qui a une très longue demi-vie de 1,251×10⁹ ans et subit les deux types de désintégration bêta. De ce point de vue, un corps humain peut également être considéré comme une source d’antimatière.

• Environ 89,28% du temps (10,72% par capture d’électrons), il se désintègre en calcium-40 avec émission d’une particule bêta (β−, un électron) d’une énergie maximale de 1,33 MeV et d’un antineutrino, qui est une antiparticule à le neutrino.
• Très rarement (0,001% du temps), il se désintègrera en Ar-40 en émettant un positron (β+) et un neutrino.

Potassium-40 à l’intérieur du corps – Dose de rayonnement

La concentration de potassium dans le corps humain est strictement basée sur le principe homéostatique. Le potassium est plus ou moins distribué dans l’organisme (surtout dans les tissus mous) suite à l’apport alimentaire. Un homme de 70 kg contient environ 126 g de potassium (0,18 %), dont la majeure partie se trouve dans les muscles. La consommation quotidienne de potassium est d’environ 2,5 grammes. Ainsi, la concentration de potassium 40 est quasiment stable chez tous les individus à un niveau d’environ 55 Bq/kg (3850 Bq au total), ce qui correspond à la dose efficace annuelle de 0,2 mSv.

Dose équivalente à la banane – LIT

La dose équivalente à la banane, BED, est une quantité de dose informelle d’exposition aux rayonnements ionisants. La dose équivalente à la banane est conçue comme un exemple pédagogique général pour comparer une dose de radioactivité à la dose à laquelle on est exposé en mangeant une banane de taille moyenne. Un BED est souvent corrélé à 10^-7 Sievert (0,1 µSv).

Les bananes contiennent des concentrations de potassium significativement élevées, ce qui est vital pour le fonctionnement de toutes les cellules vivantes. Le transfert des ions potassium à travers les membranes des cellules nerveuses est nécessaire à la transmission nerveuse normale. Mais le potassium naturel contient également un isotope radioactif potassium-40 (0,012%). Le potassium 40 est un isotope radioactif du potassium qui a une très longue demi-vie de 1,251 × 10⁹ ans et subit les deux types de désintégration bêta.

Un BED est souvent corrélé à 10^-7 Sievert (0,1 µSv). L’exposition aux rayonnements due à la consommation d’une banane représente environ 1% de l’exposition quotidienne moyenne aux rayonnements, soit 100 doses équivalentes à la banane (BED). Un scanner thoracique délivre 58 000 lits (5,8 mSv). Une dose létale, la dose qui tue un être humain avec un risque de 50 % dans les 30 jours (LD50/30) de rayonnement, est d’environ 50 000 000 BED (5 000 mSv). Cependant, en pratique, cette dose n’est pas cumulative, car le composant radioactif principal est excrété pour maintenir l’équilibre métabolique. De plus, il y a aussi un problème avec la dose collective.

Le BED est uniquement destiné à informer le public de l’existence de très faibles niveaux de radioactivité naturelle dans un aliment naturel et n’est pas une mesure de dose formellement adoptée.

Radiation interne – Est-ce dangereux?

Nous devons souligner que manger des bananes, travailler comme équipage de vol ou vivre dans des endroits avec, augmente votre débit de dose annuel. Mais cela ne signifie pas qu’il doit être dangereux. Dans chaque cas, l’intensité du rayonnement compte également. Il est très similaire à la chaleur d’un incendie (rayonnement moins énergétique). Si vous êtes trop près, l’intensité du rayonnement thermique est élevée et vous pouvez vous brûler. Si vous êtes à la bonne distance, vous pouvez y tenir sans problème et en plus c’est confortable. Si vous êtes trop loin d’une source de chaleur, l’insuffisance de chaleur peut également vous blesser. Cette analogie, dans un certain sens, peut également être appliquée au rayonnement provenant de sources de rayonnement.

En cas de rayonnement interne, on parle généralement de ce qu’on appelle  les « faibles doses ». Une faible dose signifie ici de petites doses supplémentaires comparables au rayonnement de fond normal (10 µSv = dose quotidienne moyenne reçue du fond naturel). Les doses sont très très faibles et donc la probabilité d’induction d’un cancer pourrait être presque négligeable. Deuxièmement, et c’est crucial, la vérité sur les effets des rayonnements à faible dose sur la santé reste à découvrir. On ne sait pas exactement si ces faibles doses de rayonnement sont nuisibles ou bénéfiques (et où est le seuil). Le gouvernement et les organismes de réglementation supposent un modèle LNT au lieu d’un seuil ou d’une hormèse non pas parce qu’il s’agit de l’estimation la plus scientifiquement convaincante, mais parce qu’il s’agit de l’ estimation la plus prudente. Le problème de ce modèle est qu’il néglige un certain nombre de processus biologiques de défense qui peuvent être cruciaux  à faibles doses. Les recherches menées au cours des deux dernières décennies sont très intéressantes et montrent que de petites doses de rayonnement administrées à faible débit stimulent les mécanismes de défense. Par conséquent, le modèle LNT n’est pas universellement accepté, certains proposant une relation dose-réponse adaptative où les faibles doses sont protectrices et les doses élevées sont préjudiciables. De nombreuses études ont contredit le modèle LNT et nombre d’entre elles ont montré une réponse adaptative à un rayonnement à faible dose entraînant une réduction des mutations et des cancers. Ce phénomène est connu sous le nom de hormèse radiative.

Voir également:

Sources internes

En plus des sources cosmiques et terrestres , toutes les personnes ont également des isotopes radioactifs dans leur corps dès la naissance. Ces isotopes sont notamment le potassium-40, le carbone-14 et aussi les isotopes de l’uranium et du thorium. La variation de la dose de rayonnement d’une personne à l’autre n’est pas aussi grande que la variation de la dose provenant des sources cosmiques et terrestres. La dose annuelle moyenne de rayonnement reçue par une personne à partir de matières radioactives internes autres que le radon est d’environ 0,3 mSv/an, dont:

• 0,2 mSv/an provient du potassium-40,
• 0,12 mSv/an provient de la série de l’uranium et du thorium,
• 12 μSv/an proviennent du carbone 40.

L’isotope le plus important en termes de dose est le potassium-40. La composante dominante de l’exposition par inhalation est constituée par les produits de désintégration à courte durée de vie du radon. Mais cette question est si importante qu’elle a été traitée séparément dans la section précédente (Radon – Effets sur la santé).

En excluant la contamination interne par des matières radioactives externes (radon, uranium, etc.), le potassium 40 et le carbone 40 sont les principaux composants de l’exposition interne aux rayonnements des composants biologiquement fonctionnels du corps humain.

Potassium-40

Le potassium est un élément chimique naturel de numéro atomique 19, ce qui signifie qu’il y a 19 protons et 19 électrons dans la structure atomique. Le symbole chimique du potassium est K (du néo-latin kalium).

Le potassium naturel est principalement constitué d’isotope K-39 (93,26 %), donc la masse atomique de l’élément potassium est proche de la masse atomique de l’isotope K-39 (39,098 u). Le potassium naturel se compose également de deux autres isotopes: K-41 (6,73 %) et K-40 (0,012 %). Le potassium 40 est un isotope naturel instable (radioactif) du potassium. Il a une très longue demi-vie de 1,251 × 10⁹ ans. Par conséquent, cet isotope appartient aux nucléides primordiaux, car sa demi-vie est comparable à l’âge de la Terre.

Des traces de K-40 se trouvent dans tout le potassium, et c’est le radio-isotope le plus courant dans le corps humain. Le K-40 est un isotope radioactif du potassium qui a une très longue demi-vie de 1,251×10⁹ ans et subit les deux types de désintégration bêta. De ce point de vue, un corps humain peut également être considéré comme une source d’antimatière.

• Environ 89,28% du temps (10,72% par capture d’électrons), il se désintègre en calcium-40 avec émission d’une particule bêta (β−, un électron) d’une énergie maximale de 1,33 MeV et d’un antineutrino, qui est une antiparticule à le neutrino.
• Très rarement (0,001% du temps), il se désintègrera en Ar-40 en émettant un positon (β+) et un neutrino.

Potassium-40 à l’intérieur du corps – Dose de rayonnement

La concentration de potassium dans le corps humain est strictement basée sur le principe homéostatique. Le potassium est plus ou moins distribué dans l’organisme (surtout dans les tissus mous) suite à l’apport alimentaire. Un homme de 70 kg contient environ 126 g de potassium (0,18 %), dont la majeure partie se trouve dans les muscles. La consommation quotidienne de potassium est d’environ 2,5 grammes. Ainsi, la concentration de potassium 40 est quasiment stable chez tous les individus à un niveau d’environ 55 Bq/kg (3850 Bq au total), ce qui correspond à la dose efficace annuelle de 0,2 mSv.

Dose équivalente à la banane – LIT

La dose équivalente à la banane, BED, est une quantité de dose informelle d’exposition aux rayonnements ionisants. La dose équivalente à la banane est conçue comme un exemple pédagogique général pour comparer une dose de radioactivité à la dose à laquelle on est exposé en mangeant une banane de taille moyenne. Un BED est souvent corrélé à 10^-7 Sievert (0,1 µSv).

Les bananes contiennent des concentrations de potassium significativement élevées, ce qui est vital pour le fonctionnement de toutes les cellules vivantes. Le transfert des ions potassium à travers les membranes des cellules nerveuses est nécessaire à la transmission nerveuse normale. Mais le potassium naturel contient également un isotope radioactif potassium-40 (0,012%). Le potassium 40 est un isotope radioactif du potassium qui a une très longue demi-vie de 1,251 × 10⁹ ans et subit les deux types de désintégration bêta.

Un BED est souvent corrélé à 10^-7 Sievert (0,1 µSv). L’exposition aux rayonnements due à la consommation d’une banane représente environ 1% de l’exposition quotidienne moyenne aux rayonnements, soit 100 doses équivalentes de banane (BED). Un scanner thoracique délivre 58 000 lits (5,8 mSv). Une dose létale, la dose qui tue un être humain avec un risque de 50 % dans les 30 jours (LD50/30) de rayonnement, est d’environ 50 000 000 BED (5 000 mSv). Cependant, en pratique, cette dose n’est pas cumulative, car le composant radioactif principal est excrété pour maintenir l’équilibre métabolique. De plus, il y a aussi un problème avec la dose collective.

Le BED est uniquement destiné à informer le public de l’existence de très faibles niveaux de radioactivité naturelle dans un aliment naturel et n’est pas une mesure de dose formellement adoptée.

Dose interne de l’uranium et du thorium

Comme cela a été écrit, toutes les personnes ont également des isotopes radioactifs à l’intérieur de leur corps dès la naissance. Ces isotopes sont notamment le potassium 40, le carbone 14 et les isotopes de la série de l’uranium et du thorium. La variation de la dose de rayonnement d’une personne à l’autre n’est pas aussi grande que la variation de la dose provenant des sources cosmiques et terrestres. La dose annuelle moyenne de rayonnement reçue par une personne à partir de matières radioactives internes autres que le radon est d’environ 0,3 mSv/an, dont:

• 0,2 mSv/an provient du potassium-40,
• 0,12 mSv/an provient de la série de l’uranium et du thorium,
• 12 μSv/an proviennent du carbone 14.

L’UNSCEAR a, sur la base d’un grand nombre d’enquêtes, présenté des valeurs sur l’absorption annuelle par l’homme des différents isotopes. Nous pouvons citer les suivants:

• Ra-226 (22 Bq/an),
• Pb-210 (30 Bq/an),
• Po-210 (58 Bq/an) et
• Ra-228 (15 Bq/an).

Notez que la composante dominante de l’exposition de fond naturelle, qui provient des produits de désintégration à courte durée de vie du radon, n’est pas impliquée ici. Cette question est si importante qu’elle a été traitée séparément dans la section précédente (Rayonnement terrestre).

En conséquence, le rapport UNSCEAR 2000 estime une dose efficace annuelle de 0,12 mSv, qui provient de l’exposition interne aux isotopes des séries de l’uranium et du thorium. Le principal contributeur à cette dose est le Po-210. Notez que le polonium-210, le produit de désintégration du plomb-210, émet une particule alpha de 5,3 MeV, qui fournit l’essentiel de la dose équivalente. Le facteur de pondération du rayonnement pour le rayonnement alpha est égal à 20. Une dose absorbée de 1 mGy par des particules alpha conduira à une dose équivalente de 20 mSv.

Les doses internes du carbone 14 et du tritium sont décrites dans l’article suivant: Cosmogenic Radionuclides

Radiation interne – Est-ce dangereux?

Nous devons souligner que manger des bananes, travailler comme équipage de vol ou vivre dans des endroits avec, augmente votre débit de dose annuel. Mais cela ne signifie pas qu’il doit être dangereux. Dans chaque cas, l’intensité du rayonnement compte également. Il est très similaire à la chaleur d’un incendie (rayonnement moins énergétique). Si vous êtes trop près, l’intensité du rayonnement thermique est élevée et vous pouvez vous brûler. Si vous êtes à la bonne distance, vous pouvez y tenir sans problème et en plus c’est confortable. Si vous êtes trop loin d’une source de chaleur, l’insuffisance de chaleur peut également vous blesser. Cette analogie, dans un certain sens, peut également être appliquée au rayonnement provenant de sources de rayonnement.

En cas de rayonnement interne, on parle généralement de ce qu’on appelle les « faibles doses ». Une faible dose signifie ici de petites doses supplémentaires comparables au rayonnement de fond normal (10 µSv = dose quotidienne moyenne reçue du fond naturel). Les doses sont très très faibles et donc la probabilité d’induction d’un cancer pourrait être presque négligeable. Deuxièmement, et c’est crucial, la vérité sur les effets des rayonnements à faible dose sur la santé reste à découvrir. On ne sait pas exactement si ces faibles doses de rayonnement sont nuisibles ou bénéfiques (et où est le seuil). Le gouvernement et les organismes de réglementation supposent un modèle LNT au lieu d’un seuil ou d’une hormèse non pas parce qu’il s’agit de l’estimation la plus scientifiquement convaincante, mais parce qu’il s’agit de l’ estimation la plus prudente. Le problème de ce modèle est qu’il néglige un certain nombre de processus biologiques de défense qui peuvent être cruciaux à faibles doses. Les recherches menées au cours des deux dernières décennies sont très intéressantes et montrent que de petites doses de rayonnement administrées à faible débit  stimulent les mécanismes de défense. Par conséquent, le modèle LNT n’est pas universellement accepté, certains proposant une relation dose-réponse adaptative où les faibles doses sont protectrices et les doses élevées sont préjudiciables. De nombreuses études ont contredit le modèle LNT et nombre d’entre elles ont montré une réponse adaptative à un rayonnement à faible dose entraînant une réduction des mutations et des cancers. Ce phénomène est connu sous le nom de hormèse radiative.

Voir également:

Sources

Le radon est un gaz noble incolore, inodore et insipide, présent naturellement comme produit de désintégration du radium. Tous les isotopes du radon sont radioactifs, mais les deux isotopes du radon, le radon-222 et le radon-220, sont très importants du point de vue de la radioprotection.

• 

  Radon-222. L’isotope radon-222 est un produit de désintégration naturelle de l’isotope d’uranium le plus stable (uranium-238), il fait donc partie de la série de l’uranium.
• Radon-220. L’isotope radon-220, communément appelé thoron, est un produit de désintégration naturelle de l’isotope le plus stable du thorium (thorium-232), il fait donc partie de la série du thorium.

Il est important de noter que le radon est un gaz noble, alors que tous ses produits de désintégration sont des métaux. Le principal mécanisme d’entrée du radon dans l’atmosphère est la diffusion à travers le sol. Sous forme de gaz, le radon se diffuse à travers les roches et le sol. Lorsque le radon se désintègre, les isotopes métalliques fils sont des ions qui se fixent à d’autres molécules comme l’eau et aux particules d’aérosol dans l’air. Par conséquent, toutes les discussions sur les concentrations de radon dans l’environnement se réfèrent au radon-222. Alors que le taux moyen de production de radon-220 (thoron) est à peu près le même que celui du radon-222, la quantité de radon-220 dans l’environnement est bien inférieure à celle du radon-222 en raison d’une demi-vie nettement plus courte ( il a moins de temps pour diffuser) du radon-222 (55 secondes, contre 3,8 jours respectivement). Simplement, le radon-220 a moins de chances de s’échapper du substratum rocheux.

Radon-222

Le radon-222 est un gaz produit par la désintégration du radium-226. Les deux font partie de la série de l’uranium naturel. Étant donné que l’uranium se trouve dans le sol du monde entier à des concentrations variables, la dose de radon gazeux varie également dans le monde. Le radon-222 est l’isotope le plus important et le plus stable du radon. Il a une demi-vie de seulement 3,8 jours, ce qui fait du radon l’un des éléments les plus rares puisqu’il se désintègre si rapidement. Une source importante de rayonnement naturel est le gaz radon, qui s’infiltre continuellement du substratum rocheux mais peut, en raison de sa forte densité, s’accumuler dans les maisons mal ventilées. Le fait que le radon est un gaz joue un rôle crucial dans la propagation de tous ses noyaux filles. Le radon est simplement un moyen de transport du substratum rocheux à l’atmosphère (ou à l’intérieur des bâtiments) pour ses produits de désintégration à courte durée de vie (Pb-210 et Po-210), qui présentent beaucoup plus de risques pour la santé.

Effets du radon sur la santé

Le radon est généralement la plus grande source naturelle de rayonnement contribuant à l’exposition des membres du public, représentant parfois la moitié de l’exposition totale de toutes les sources. Le risque sanitaire lié à l’exposition au radon et au thoron provient principalement de l’inhalation des produits de désintégration à vie courte (Pb-210 et Po-210) et de l’irradiation résultante des particules alpha des bronches et des poumons.

Tant que ces isotopes seront à l’extérieur du corps, seul le rayonnement gamma pourra donner une dose. Mais le radon est un gaz et se diffuse hors du sol pour se mélanger à l’air. La demi-vie du radon-222 est longue par rapport au temps de séjour de l’air dans les poumons, de sorte que relativement peu de radon se désintègre pendant la respiration. De plus, le radon est un gaz noble et son inertie empêche sa rétention à long terme dans l’organisme. Mais lorsque le radon se désintègre, les isotopes métalliques fils (Pb-210 et Po-210) ne sont pas inertes et se fixent à d’autres molécules comme l’eau et aux particules d’aérosol dans l’air. Lorsque ces particules sont inhalées, une partie du plomb 210 est retenue par l’organisme. L’ingestion de plomb 210 est également une voie possible. Le plomb 210 étant un faible émetteur bêta, il ne provoque pas de doses importantes. Le plomb 210 est donc un moyen de transport de l’air intérieur vers le corps. Le rayonnement du radon et de ses produits de désintégration est un mélange de particules alpha et bêta ainsi que de rayonnement gamma. Lorsque les isotopes pénètrent dans le corps, tous les types de rayonnement y contribuent.

Mais c’est le polonium-210, produit de désintégration du plomb-210, qui émet une particule alpha de 5,3 MeV , qui fournit l’essentiel de la dose équivalente. Les particules alpha, qui appartiennent au rayonnement à haut LET, sont assez massives et portent une double charge positive, elles ont donc tendance à ne parcourir qu’une courte distance et à ne pas pénétrer très loin dans les tissus, voire pas du tout. Cependant, les particules alpha déposeront leur énergie sur un plus petit volume (éventuellement seulement quelques cellules si elles pénètrent dans un corps) et causeront plus de dommages à ces quelques cellules (plus de 80 % de l’énergie absorbée par le radon est due aux particules alpha). Par conséquent, le facteur de pondération du rayonnement pour le rayonnement alpha est égal à 20. Une dose absorbée de 1 mGy par des particules alpha conduira à une dose équivalente de 20 mSv. En résumé, le radon et le plomb peuvent être considérés comme différents types de transporteurs pour le polonium-210.

La quantité d’isotopes ingérés avec la nourriture est négligeable, et toute préoccupation porte sur la respiration et le dépôt des produits de filiation du radon dans les bronches et les poumons. Chez les non-fumeurs, le radon est la principale cause de cancer du poumon et, dans l’ensemble, la deuxième cause en importance. La dose annuelle moyenne de rayonnement du radon à une personne est d’environ 2 mSv/an et elle peut varier de plusieurs ordres de grandeur d’un endroit à l’autre. Selon un rapport de 2003 sur l’évaluation des risques du radon dans les maisons de l’EPA, des preuves épidémiologiques montrent un lien clair entre le cancer du poumon et des concentrations élevées de radon.

Il faut le souligner, les cigarettes contiennent aussi du polonium-210, provenant des produits de désintégration du radon, qui se collent aux feuilles de tabac. Le polonium-210 émet une particule alpha de 5,3 MeV, qui fournit l’essentiel de la dose équivalente. Un tabagisme important entraîne une dose de 160 mSv/an à des points localisés aux bifurcations des bronches segmentaires dans les poumons à cause de la désintégration du polonium-210. Cette dose n’est pas facilement comparable aux limites de radioprotection, car ces dernières portent sur des doses au corps entier, tandis que la dose due au tabagisme est délivrée à une très petite partie du corps.

Radon à l’intérieur des maisons

Il faut souligner que les concentrations de radon-222 et de radon-220 dans le sol et dans les matériaux de construction varient sur de nombreux ordres de grandeur d’un endroit à l’autre et présentent des variations temporelles importantes sur un site donné. Les emplacements avec un fond de radon plus élevé sont bien cartographiés dans chaque pays. A l’air libre, elle varie de 1 à 100 Bq/m3, voire moins (0,1 Bq/m3) au-dessus de l’océan. Dans les grottes ou les mines aérées, ou les maisons mal aérées, sa concentration grimpe jusqu’à 20-2 000 Bq/m3. Dans l’atmosphère extérieure, il y a aussi une certaine advection causée par le vent et les changements de pression barométrique.

Les problèmes de radon se situent dans les maisons, où il peut s’accumuler surtout, en raison de sa forte densité, dans les zones basses comme les sous- sols et les vides sanitaires. Radonpeut également se produire dans les eaux souterraines – par exemple, dans certaines eaux de source et sources chaudes. Plusieurs possibilités existent pour le rejet de radon dans les maisons. Le fait que le radon soit un gaz rare joue un rôle crucial dans la propagation de tous ses noyaux filles. Le radon est simplement un moyen de transport du substratum rocheux à l’atmosphère (ou à l’intérieur des bâtiments) pour ses produits de désintégration à courte durée de vie (Pb-210 et Po-210), qui présentent beaucoup plus de risques pour la santé. Les sources principales sont la roche ou le sol sur lequel la maison est construite, ainsi que l’approvisionnement en eau. Le principal mécanisme d’entrée du radon dans les bâtiments est la diffusion à travers le sol. Sous forme de gaz, le radon se diffuse à travers les roches et le sol. Le gaz radon peut pénétrer dans la maison par les fissures (dû à un effet de cheminée) dans le plancher et les murs du sous-sol. Le chauffage de l’air crée une aspiration d’air de la partie basse de la maison, vers la partie haute de la maison. Sans aucune membrane de radon, cela signifie en fait que l’air du sol sous la maison est aspiré dans la maison à travers de nombreuses fissures et ouvertures dans le sol.

De plus, les matériaux de construction (par exemple, certains granits) sont également une source de radon. L’approvisionnement en eau est une autre source de radon. L’eau des puits, en particulier dans les régions où le granite est riche en radium, peut contenir des concentrations élevées de radon. Il s’agit d’un matériau avec des concentrations plus élevées d’uranium/radium à partir duquel le radon est continuellement généré. De tels matériaux, par exemple des scories, des cendres volantes, etc., pourraient être utilisés à certains endroits. Pour les matériaux de construction utilisés pour la construction de maisons, les limites critiques des concentrations spécifiques de radium doivent être déterminées.

Le plus grand risque d’exposition au radon survient dans les bâtiments qui sont étanches à l’air, insuffisamment ventilés et dont les fondations présentent des fuites qui permettent à l’air du sol de pénétrer dans les sous-sols et les pièces d’habitation. Le niveau de radon à l’intérieur varie considérablement selon les conditions météorologiques, la période de l’année et même l’heure de la journée – et bien sûr avec le système d’aération. Par exemple, dormir avec une fenêtre ouverte peut réduire considérablement la teneur en radon.

La plupart des pays ont adopté une concentration de radon de 200 à 400 Bq/m³ pour l’air intérieur comme niveau d’action ou niveau de référence. Si les tests montrent des niveaux inférieurs à 4 picocuries de radon par litre d’air (150 Bq/m³), alors aucune action n’est nécessaire. Des concentrations de radon très élevées (>1000 Bq/m³) ont été trouvées dans des maisons construites sur des sols à forte teneur en uranium et/ou à forte perméabilité du sol.

Atténuation du Radon

L’ atténuation du radon dans l’air se fait par la ventilation, soit captée sous une dalle de plancher en béton ou une membrane au sol, soit en augmentant les renouvellements d’air par heure dans le bâtiment. Les membranes anti-radon sont généralement fabriquées à partir de polyéthylène basse densité (LDPE) et s’étendent sur l’ensemble du bâtiment, y compris le sol et les murs. Une autre façon d’atténuer le radon est un système de traitement utilisant l’aération ou le charbon actif pour éliminer le radon des approvisionnements en eau domestiques.

Le radon est un élément chimique avec le numéro atomique 86, ce qui signifie qu’il y a 86 protons et 86 électrons dans la structure atomique. Le symbole chimique du radon est Rn.

Le radon est un gaz noble radioactif, incolore, inodore et insipide. Le radon apparaît naturellement comme une étape intermédiaire dans les chaînes normales de désintégration radioactive par lesquelles le thorium et l’uranium se désintègrent lentement en plomb.

Radon – Propriétés

Masse atomique du radon

La masse atomique du radon est de 222 u. 

Notez que chaque élément peut contenir plus d’isotopes, donc cette masse atomique résultante est calculée à partir des isotopes naturels et de leur abondance.

L’unité de mesure de la masse est l’ unité de masse atomique (uma). Une unité de masse atomique est égale à 1,66 x 10^-24 grammes. Une unité de masse atomique unifiée correspond approximativement à la masse d’un nucléon (soit un seul proton, soit un neutron) et équivaut numériquement à 1 g/mol.

Densité de Radon

La densité du radon est de 9,73 g/cm³.

Densités typiques de diverses substances à la pression atmosphérique.

La densité est définie comme la masse par unité de volume. C’est une thermodynamics/extensive-and-intensive-properties/ »>propriété intensive, qui est mathématiquement définie comme la masse divisée par le volume :

ρ = m / V

En d’autres termes, la densité (ρ) d’une substance est la masse totale (m) de cette substance divisée par le volume total (V) occupé par cette substance. L’unité SI standard est le kilogramme par mètre cube (kg/m³). L’unité anglaise standard est la masse de livres par pied cube (lbm/ft³).

Voir aussi: thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-density-physics/ »>Qu’est-ce que la densité ?

Voir aussi: thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-density-physics/densest-materials-on-the-earth/ »>Matériaux les plus denses de la Terre

Radon – Point de fusion et point d’ébullition

Le point de fusion du Radon est de – 71 °C.

Le point d’ébullition du Radon est de – 61,8 °C.

Notez que ces points sont associés à la thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-pressure-physics/atmospheric-pressure/ »>pression atmosphérique standard.

Radon – Chaleur spécifique, chaleur latente de fusion, chaleur latente de vaporisation

La chaleur spécifique du radon est de  0,09 J/g K.

La chaleur latente de fusion du radon est de  2,89 kJ/mol.

La chaleur latente de vaporisation du radon est de  16,4 kJ/mol.

Voir également:

Sources

Le rayonnement terrestre fait référence aux sources de rayonnement qui se trouvent dans le sol, l’eau et la végétation. Les principaux isotopes préoccupants pour le rayonnement terrestre sont le potassium, l’uranium et les produits de désintégration de l’uranium, tels que le thorium, le radium et le radon. A noter que le rayonnement terrestre inclut une exposition externe causée par ces radionucléides. Une dose interne causée par ces redionuclides est discutée dans : Internal Source of Radiation.

Ces radionucléides sont à l’état de traces tout autour de nous. Lors de la formation de la Terre, un certain nombre d’éléments radioactifs se sont formés. Après les quatre milliards d’années, tous les isotopes à durée de vie plus courte se sont désintégrés. Mais certains de ces isotopes ont des demi-vies très longues, des milliards d’années, et sont toujours présents. Ces radionucléides sont appelés radionucléides primordiaux et contribuent à la dose annuelle à un individu. Parce que la plupart des isotopes radioactifs naturels sont lourds, plus d’une désintégration est nécessaire avant qu’un atome stable soit atteint. Cette séquence de noyaux atomiques instables et leurs modes de désintégration, qui conduit à un noyau stable, est connue sous le nom de série radioactive.

Tous les radionucléides naturels sont généralement divisés en deux groupes en fonction de leur origine:

• Radionucléides primordiaux. Les radionucléides primordiaux sont des radionucléides trouvés sur la Terre qui existaient sous leur forme actuelle depuis avant la formation de la Terre. Les radionucléides primordiaux sont des résidus du Big Bang, de sources cosmogéniques et d’anciennes explosions de supernova qui se sont produites avant la formation du système solaire. Le bismuth, le thorium, l’uranium et le plutonium sont des radionucléides primordiaux car ils ont des demi-vies suffisamment longues pour être encore présents sur Terre. Le potassium 40 appartient également aux nucléides primordiaux.
• Radionucléides cosmogéniques. Les radionucléides cosmogéniques sont ceux qui sont continuellement produits par l’interaction des rayons cosmiques.

Dose provenant du rayonnement terrestre

De faibles niveaux d’uranium, de thorium et de leurs produits de désintégration se retrouvent partout. Certaines de ces matières sont ingérées avec de la nourriture et de l’eau, tandis que d’autres, comme le radon, sont inhalées. La dose provenant de sources terrestres varie également dans différentes parties du monde. Les endroits où les concentrations d’uranium et de thorium dans leur sol sont plus élevées ont des niveaux de dose plus élevés. Le débit de dose moyen provenant des nucléides terrestres (à l’exception de l’exposition au radon) est d’environ 0,057 µGy/h. Les valeurs maximales ont été mesurées sur du sable de monazite à Guarapari au Brésil (jusqu’à 50 µGy/h et au Kerala en Inde (environ 2 µGy/h) et sur des roches à forte concentration en radium à Ramsar en Iran (de 1 à 10 µGy/h).

Les principaux isotopes préoccupants pour le rayonnement terrestre sont l’uranium et les produits de désintégration de l’uranium, tels que le thorium, le radium et le radon. Le radon est généralement la plus grande source naturelle de rayonnement contribuant à l’exposition des membres du public, représentant parfois la moitié de l’exposition totale de toutes les sources. Il est si important qu’il est généralement traité séparément. La dose de rayonnement annuelle moyenne pour une personne provenant du radon et de ses produits de désintégration est d’environ 2 mSv/an et elle peut varier de plusieurs ordres de grandeur d’un endroit à l’autre.

Radon – Effets sur la santé

Le radon est un gaz noble incolore, inodore et insipide , présent naturellement comme produit de désintégration du radium. Tous les isotopes du radon sont radioactifs, mais les deux isotopes du radon, le radon-222 et le radon-220, sont très importants du point de vue de la radioprotection.

• Radon-222. L’isotope radon-222 est un produit de désintégration naturelle de l’isotope d’uranium le plus stable (uranium-238), il fait donc partie de la série de l’uranium .
• Radon-220. L’isotope radon-220, communément appelé thoron, est un produit de désintégration naturelle de l’isotope le plus stable du thorium (thorium-232), il fait donc partie de la série du thorium.

Il est important de noter que le radon est un gaz noble, alors que tous ses produits de désintégration sont des métaux. Le principal mécanisme d’entrée du radon dans l’atmosphère est la diffusion à travers le sol. Sous forme de gaz, le radon se diffuse à travers les roches et le sol. Lorsque le radon se désintègre, les isotopes métalliques fils sont des ions qui se fixent à d’autres molécules comme l’eau et aux particules d’aérosol dans l’air. Par conséquent, toutes les discussions sur les concentrations de radon dans l’environnement se réfèrent au radon-222. Alors que le taux moyen de production de radon-220 (thoron) est à peu près le même que celui du radon-222, la quantité de radon-220 dans l’environnement est bien inférieure à celle du radon-222 en raison d’une demi-vie nettement plus courte ( il a moins de temps pour diffuser) du radon-222 (55 secondes, contre 3,8 jours respectivement). Simplement, le radon-220 a moins de chances de s’échapper du substratum rocheux.

Voir aussi: Radon – Effets sur la santé

Radon-222

Le radon-222 est un gaz produit par la désintégration du radium-226. Les deux font partie de la série de l’uranium naturel. Étant donné que l’uranium se trouve dans le sol du monde entier à des concentrations variables, la dose de radon gazeux varie également dans le monde. Le radon-222 est l’isotope le plus important et le plus stable du radon. Il a une demi-vie de seulement 3,8 jours, ce qui fait du radon l’un des éléments les plus rares puisqu’il se désintègre si rapidement. Une source importante de rayonnement naturel est le gaz radon, qui s’infiltre continuellement du substratum rocheux mais peut, en raison de sa forte densité, s’accumuler dans les maisons mal ventilées. Le fait que le radon est un gaz joue un rôle crucial dans la propagation de tous ses noyaux filles. Le radon est simplement un moyen de transport du substratum rocheux à l’atmosphère (ou à l’intérieur des bâtiments) pour ses produits de désintégration à courte durée de vie (Pb-210 et Po-210), qui présentent beaucoup plus de risques pour la santé.

Séries radioactives dans la nature

Les séries radioactives (également appelées cascades radioactives) sont  trois chaînes de désintégration radioactives naturelles et une chaîne de désintégration radioactive artificielle de noyaux atomiques lourds instables qui se désintègrent par une séquence de  désintégrations alpha et bêta jusqu’à l’obtention d’un noyau stable. La plupart des radio-isotopes ne se désintègrent pas directement dans un état stable et tous les isotopes de la série se désintègrent de la même manière. En physique des désintégrations nucléaires, le noyau en désintégration est généralement appelé noyau parent et le noyau restant après l’événement en tant que noyau fille. Comme la désintégration alpha représente la désintégration d’un noyau parent à un noyau fille par l’émission du noyau d’un atome d’hélium (qui contient quatre nucléons), il n’y a que quatre séries de désintégration. Dans chaque série, par conséquent, le nombre de masse des membres peut être exprimé comme quatre fois un nombre entier approprié (n) plus la constante pour cette série. En conséquence, la série du thorium est connue sous le nom de série 4n, la série du neptunium sous le nom de série 4n + 1, la série de l’uranium sous le nom de série 4n + 2 et la série de l’actinium sous le nom de série 4n + 3.

Trois des ensembles sont appelés séries naturelles ou classiques. Le quatrième ensemble, la série du neptunium, est dirigé par le neptunium-237. Ses membres sont produits artificiellement par des réactions nucléaires et ne se produisent pas naturellement.

• la série du thorium (série 4n),
• la série de l’uranium (série 4n+2),
• la série de l’actinium (série 4n+3),
• la série du neptunium (série 4n+1).

Les séries classiques sont dirigées par  des noyaux primordiaux instables. Les nucléides primordiaux sont des nucléides trouvés sur la Terre qui existent sous leur forme actuelle depuis avant la formation de la Terre. Les quatre séries précédentes sont constituées des radio-isotopes, qui sont les descendants de quatre noyaux lourds à demi-vies longues et très longues:

• la série du thorium avec le thorium-232 (avec une demi-vie de 14,0 milliards d’années),
• la série de l’uranium avec l’uranium-238 (qui vit 4,47 milliards d’années),
• la série de l’actinium avec l’uranium 235 (avec une demi-vie de 0,7 milliard d’années).
• la série du neptunium avec le neptunium-237 (demi-vie de 2 millions d’années).

Les demi-vies de tous les noyaux filles sont toutes extrêmement variables et il est difficile de représenter une gamme d’échelles de temps allant de la seconde à des milliards d’années. Étant donné que les radio-isotopes filles ont des demi-vies différentes, l’équilibre séculaire est atteint après un certain temps. Dans la longue chaîne de désintégration d’un élément naturellement radioactif, tel que l’uranium-238, où tous les éléments de la chaîne sont en équilibre séculaire, chacun des descendants s’est accumulé jusqu’à une quantité d’équilibre et tous se désintègrent au rythme fixé par le parent d’origine. Si et quand l’équilibre est atteint, chaque isotope fils successif est présent en proportion directe de sa demi-vie. Depuis son activité est inversement proportionnel à sa demi-vie, chaque nucléide de la chaîne de désintégration contribue finalement à autant de transformations individuelles que la tête de la chaîne.

Comme on peut le voir sur les figures, la ramification se produit dans les quatre séries radioactives. Cela signifie que la décomposition d’une espèce donnée peut se produire de plusieurs façons. Par exemple, dans la série du thorium, le bismuth-212 se désintègre partiellement par émission bêta négative en polonium-212 et partiellement par émission alpha en thallium-206.

La cascade radioactive  influence de manière significative  la radioactivité (désintégrations par seconde) des échantillons naturels et des matériaux naturels. Tous les descendants sont présents, au moins transitoirement, dans tout échantillon naturel, qu’il soit métallique, composé ou minéral. Par exemple, l’uranium 238 pur est faiblement radioactif (proportionnellement à sa longue demi-vie), mais un minerai d’uranium est environ 13 fois plus radioactif que l’uranium 238 pur en raison de ses isotopes descendants (par exemple radon, radium, etc.) il contient. Non seulement les isotopes instables du radium sont d’importants émetteurs de radioactivité, mais en tant qu’étape suivante de la chaîne de désintégration, ils génèrent également du radon, un gaz radioactif lourd, inerte et naturel. Le radon lui-même est un gaz rare radioactif, mais le principal problème est qu’il s’agit d’un moyen de transport du substratum rocheux à l’atmosphère (ou à l’intérieur des bâtiments) pour ses produits de désintégration à courte durée de vie (Pb-210 et Po-210), qui possède beaucoup plus de santé des risques.

Rayonnement de l’uranium et de ses produits de désintégration

 La cascade d’ uranium influence de manière significative la radioactivité (désintégrations par seconde) des échantillons naturels et des matériaux naturels. Tous les descendants sont présents, au moins transitoirement, dans tout échantillon contenant de l’uranium naturel, qu’il soit métallique, composé ou minéral. Par exemple, l’uranium 238 pur est faiblement radioactif (proportionnellement à sa longue demi-vie), mais un minerai d’uranium est environ 13 fois plus radioactif que l’uranium 238 pur en raison de ses isotopes descendants (par exemple radon, radium, etc.) il contient. Non seulement les isotopes instables du radium sont d’importants émetteurs de radioactivité, mais en tant qu’étape suivante de la chaîne de désintégration, ils génèrent également du radon, un gaz radioactif lourd, inerte et naturel.

Rayonnement du thorium et de ses produits de désintégration

La cascade de thorium influence de manière significative  la radioactivité (désintégrations par seconde) des échantillons naturels et des matériaux naturels. Tous les descendants sont présents, au moins de manière transitoire, dans tout échantillon naturel contenant du thorium, qu’il soit métallique, composé ou minéral. Par exemple, le thorium-232 pur est faiblement radioactif (proportionnellement à sa longue demi-vie), mais un minerai de thorium est environ 10 fois plus radioactif que le métal thorium-232 pur en raison de ses isotopes descendants (par exemple radon, radium, etc.) il contient. Non seulement les isotopes instables du radium sont d’importants émetteurs de radioactivité, mais en tant qu’étape suivante de la chaîne de désintégration, ils génèrent également du radon, un gaz radioactif lourd, inerte et naturel.

Noyau de la Terre liquide

Les trois isotopes naturels de l’uranium ( ²³⁸U, ²³⁵U et  ²³⁴U) et l’isotope naturel du thorium ont une demi-vie très longue (par exemple 4,47 × 10⁹ ans pour  ²³⁸U). En raison de cette très longue demi-vie, l’uranium et le thorium sont faiblement radioactifs et contribuent à de faibles niveaux de rayonnement de fond naturel dans l’environnement. Ces isotopes sont radioactifs alpha (émetteur de particules alpha), mais ils peuvent aussi rarement subir une fission spontanée.

Tous les isotopes naturels appartiennent aux nucléides primordiaux, car leur demi-vie est comparable à l’âge de la Terre (~4,54×10 ⁹ ans). L’uranium a la deuxième masse atomique la plus élevée de ces nucléides primordiaux, plus léger que  le plutonium. De plus, la chaleur de désintégration de l’uranium et du thorium et de leurs produits de désintégration (par exemple le radon, le radium, etc.) contribue au réchauffement du noyau terrestre. Avec le potassium 40 dans le manteau terrestre, on pense que ces éléments sont la principale source de chaleur qui maintient le noyau de la Terre liquide.

Rayonnement terrestre – Est-ce dangereux ?

Nous devons souligner que manger des bananes, travailler comme équipage de vol ou vivre dans des endroits avec, augmente votre débit de dose annuel. Mais cela ne signifie pas qu’il doit être dangereux. Dans chaque cas, l’intensité du rayonnement compte également. Il est très similaire à la chaleur d’un incendie (rayonnement moins énergétique). Si vous êtes trop près, l’intensité du rayonnement thermique est élevée et vous pouvez vous brûler. Si vous êtes à la bonne distance, vous pouvez y tenir sans problème et en plus c’est confortable. Si vous êtes trop loin d’une source de chaleur, l’insuffisance de chaleur peut également vous blesser. Cette analogie, dans un certain sens, peut également être appliquée au rayonnement provenant de sources de rayonnement.

En cas de rayonnement terrestre, on parle généralement de ce qu’on appelle les « faibles doses ». Une faible dose signifie ici de petites doses supplémentaires comparables au rayonnement de fond normal (10 µSv = dose quotidienne moyenne reçue du fond naturel). Les doses sont très très faibles et donc la probabilité d’induction d’un cancer pourrait être presque négligeable. Deuxièmement, et c’est crucial, la vérité sur les effets des rayonnements à faible dose sur la santé reste à découvrir. On ne sait pas exactement si ces faibles doses de rayonnement sont nuisibles ou bénéfiques (et où est le seuil). Le gouvernement et les organismes de réglementation supposent un modèle LNT au lieu d’un seuil ou d’une hormèse non pas parce qu’il s’agit de l’estimation la plus scientifiquement convaincante, mais parce qu’il s’agit de l’ estimation la plus prudente. Le problème de ce modèle est qu’il néglige un certain nombre de processus biologiques de défense qui peuvent être cruciaux à faibles doses. Les recherches menées au cours des deux dernières décennies sont très intéressantes et montrent que de petites doses de rayonnement administrées à faible débit stimulent les mécanismes de défense. Par conséquent, le modèle LNT n’est pas universellement accepté, certains proposant une relation dose-réponse adaptative où les faibles doses sont protectrices et les doses élevées sont préjudiciables. De nombreuses études ont contredit le modèle LNT et nombre d’entre elles ont montré une réponse adaptative à un rayonnement à faible dose entraînant une réduction des mutations et des cancers. Ce phénomène est connu sous le nom dehormèse radiative.

Voir également:

Sources

Le rayonnement est tout autour de nous. Dans, autour et au-dessus du monde dans lequel nous vivons. C’est une force énergétique naturelle qui nous entoure. C’est une partie de notre monde naturel qui est là depuis la naissance de notre planète. Tous les êtres vivants, depuis la nuit des temps, ont été et sont encore exposés à des rayonnements ionisants. Le rayonnement ionisant est généré par des réactions nucléaires, la désintégration nucléaire, par des températures très élevées ou par l’accélération de particules chargées dans des champs électromagnétiques. Mais en général, il existe deux grandes catégories de sources de rayonnement:

• Rayonnement de fond naturel. Le rayonnement de fond naturel comprend le rayonnement produit par le Soleil, les éclairs, les radio-isotopes primordiaux ou les explosions de supernova, etc.
• Sources artificielles de rayonnement. Les sources artificielles comprennent les utilisations médicales des rayonnements, les résidus d’essais nucléaires, les utilisations industrielles des rayonnements, etc.

Référence spéciale: Sources et effets des rayonnements ionisants, Annexe B. UNSCEAR. New York, 2010. ISBN : 978-92-1-142274-0.

Sources artificielles de rayonnement

Étant donné que les rayonnements ionisants ont de nombreuses utilisations industrielles et médicales, les personnes peuvent également être exposées à des sources de rayonnement artificielles. Les sources artificielles comprennent les utilisations médicales des rayonnements, les résidus d’essais nucléaires, les utilisations industrielles des rayonnements, la télévision et de nombreux autres appareils produisant des rayonnements. Par exemple, dans certains types de détecteurs de fumée, vous pouvez rencontrer des radionucléides artificiels tels que l’américium-241. Ce radionucléide artificiel est utilisé pour ioniser l’air et détecter la fumée.

Il convient de noter que la plupart de ces expositions sont de très faible intensité et la dose totale et n’ont pas d’effets plus importants sur la santé. Dans chaque cas, l’utilité des rayonnements ionisants doit être mise en balance avec leurs risques. Aujourd’hui un compromis a été trouvé et la plupart des utilisations des rayonnements sont optimisées. Aujourd’hui, il est presque incroyable que les rayons X aient été, à un moment donné, utilisés pour trouver la bonne paire de chaussures (c’est-à-dire la fluoroscopie d’ajustement des chaussures). Les mesures effectuées ces dernières années indiquent que les doses aux pieds étaient comprises entre 0,07 et 0,14 Gy pour une exposition de 20 secondes. Cette pratique a été stoppée lorsque les risques des rayonnements ionisants ont été mieux compris.

Il existe deux groupes distincts exposés aux sources de rayonnement artificielles. Le Comité scientifique des Nations Unies sur les effets des rayonnements ionisants (UNSCEAR) a répertorié les types d’expositions humaines comme suit :

• exposition du public, qui est l’exposition des membres individuels du public et de la population en général
• l’exposition professionnelle aux rayonnements, qui est l’exposition des travailleurs dans des situations où leur exposition est directement liée ou requise par leur travail

Exposition publique

En général, les sources artificielles suivantes exposent le public à des rayonnements:

• Expositions médicales (de loin, la source artificielle la plus importante)
  • Radiographies diagnostiques
  • Procédures de médecine nucléaire (iode-131, césium-137, technétium-99m, etc.)
• Les produits de consommation
  • Matériaux de construction de bâtiments et de routes
  • Fumer des cigarettes (polonium-210)
  • Combustibles combustibles, y compris le gaz et le charbon
  • Systèmes de sécurité à rayons X
  • Télévisions
  • Détecteurs de fumée (américium)
  • Manteaux de lanterne (thorium)

Dans une moindre mesure, le public est également exposé aux rayonnements du cycle du combustible nucléaire, depuis l’extraction et le broyage de l’uranium jusqu’à l’élimination du combustible irradié. Il convient de noter que le public est également exposé à des rayonnements provenant de ce que l’on appelle des «sources améliorées de matières radioactives naturelles». Cela signifie également que des industries telles que l’extraction des métaux, l’extraction du charbon et la production d’électricité à partir du charbon créent des expositions supplémentaires en raison de la densification des radionucléides naturels. Le public est peu exposé au transport de matières radioactives et aux retombées des essais d’armes nucléaires et des accidents de réacteurs (comme Tchernobyl).

Pour cette raison, la plupart des organismes de réglementation exigent de limiter l’exposition maximale aux rayonnements des membres individuels du public à 100 mrem (1 mSv) par an.

Exposition professionnelle

Comme cela a été écrit, l’exposition professionnelle est l’exposition des travailleurs dans des situations où leur exposition est directement liée ou requise par leur travail. Selon la CIPR, l’exposition professionnelle désigne l’ensemble des expositions subies par les travailleurs dans le cadre de leur travail, à l’exception des

1. expositions exclues et expositions provenant d’activités exemptées impliquant des rayonnements ou des sources exemptées
2. toute exposition médicale
3. le rayonnement de fond naturel local normal.

En général, les personnes exposées professionnellement travaillent dans les domaines suivants:

• Installations du cycle du combustible
• Radiographie industrielle
• Services de radiologie (médical)
• Services de médecine nucléaire
• Services de radio-oncologie
• Centrales nucléaires
• Laboratoires de recherche gouvernementaux et universitaires

Ces personnes sont exposées à différents types et quantités de rayonnement, en fonction de leur travail spécifique et des sources avec lesquelles elles travaillent. Pour cette raison, la plupart des organismes de réglementation exigent de limiter l’exposition professionnelle des adultes travaillant avec des matières radioactives à 5 000 mrem (50 mSv) par an. À cette fin, les employeurs surveillent attentivement l’exposition de ces personnes à l’aide d’instruments appelés dosimètres portés sur une position du corps représentative de son exposition. Dans la plupart des situations d’exposition professionnelle, la dose efficace, E, peut être dérivée des grandeurs opérationnelles à l’aide de la formule suivante:

La dose engagée est une quantité de dose qui mesure le risque stochastique pour la santé dû à l’ apport de matières radioactives dans le corps humain.

Voir aussi: Surveillance des doses

Expositions médicales – Doses provenant de sources de rayonnement médical

Le rayonnement est utilisé dans une variété d’examens médicaux et de traitements. Les doses provenant des sources de rayonnement médical sont naturellement déterminées, qu’une personne ait subi un traitement ou non. En général, les expositions aux rayonnements provenant d’examens diagnostiques médicaux sont faibles (en particulier dans les utilisations diagnostiques). Les doses peuvent également être élevées (uniquement à des fins thérapeutiques), mais dans chaque cas, elles doivent toujours être justifiées par les avantages d’un diagnostic précis d’éventuelles conditions pathologiques ou par les avantages d’un traitement précis. Ces doses comprennent les apports de la radiologie diagnostique médicale et dentaire (rayons X diagnostiques), de la médecine nucléaire clinique et de la radiothérapie.

L’utilisation médicale des rayonnements ionisants reste un domaine en pleine évolution. Dans tous les cas, l’utilité des rayonnements ionisants doit être mise en balance avec leurs risques. Aujourd’hui un compromis a été trouvé et la plupart des utilisations des rayonnements sont optimisées. Aujourd’hui, il est presque incroyable que les rayons X aient été, à un moment donné, utilisés pour trouver la bonne paire de chaussures (c’est-à-dire la fluoroscopie d’ajustement des chaussures). Les mesures effectuées ces dernières années indiquent que les doses aux pieds étaient comprises entre 0,07 et 0,14 Gy pour une exposition de 20 secondes. Cette pratique a été stoppée lorsque les risques des rayonnements ionisants ont été mieux compris.

Dans les points suivants, nous essayons d’exprimer d’énormes plages d’exposition aux rayonnements ainsi que quelques doses provenant de sources médicales.

• 1 µSv – Manger une banane
• 1 µSv – Rayons X des extrémités (main, pied, etc.)
• 5 µSv – Radiographie dentaire
• 10 µSv – Dose quotidienne moyenne reçue du fond naturel
• 40 µSv – Un vol d’avion de 5 heures
• 100 µSv – Radiographie pulmonaire
• 600 µSv – mammographie
• 1 000 µSv – Limite de dose pour les membres individuels du public, dose efficace totale par an
• 3 650 µSv – Dose annuelle moyenne reçue du fond naturel
• 5 800 µSv – Scanner thoracique
• 10 000 µSv – Dose annuelle moyenne reçue du fond naturel à Ramsar, Iran
• 20 000 µSv – tomodensitométrie corps entier unique
• 80 000 µSv – La dose locale annuelle aux points localisés aux bifurcations des bronches segmentaires dans les poumons causée par le tabagisme (1,5 paquets/jour).
• 175 000 µSv – Dose annuelle de rayonnement naturel sur une plage de monazite près de Guarapari, Brésil.
• 5 000 000 µSv – Dose qui tue un humain avec un risque de 50 % en 30 jours (DL50/30), si la dose est reçue sur une très courte durée .

Comme on peut le voir, les faibles doses sont courantes dans la vie quotidienne.

Tabac – Fumer des cigarettes – Dose de rayonnement

En plus des cancérogènes chimiques non radioactifs, le tabac et la fumée de tabac contiennent de petites quantités de plomb-210 et de polonium-210, qui sont tous deux des cancérogènes radioactifs. Il faut le souligner, les cigarettes et le tabac contiennent également du polonium-210, provenant des produits de désintégration du radon, qui se collent aux feuilles de tabac. Le polonium-210 émet une particule alpha de 5,3 MeV, qui fournit l’essentiel de la dose équivalente. En raison de la désintégration du polonium-210, la dose locale annuelle aux points localisés aux bifurcations des bronches segmentaires dans les poumons causée par la cigarette (1,5 paquet/jour) est d’environ 80 mSv/an. Un tabagisme important entraîne une dose de 160 mSv/an. Cette dose est difficilement comparable aux limites de radioprotection, puisque ces derniers traitent des doses corporelles entières, tandis que la dose provenant du tabagisme est délivrée à une très petite partie du corps. De nombreux chercheurs pensent que les doses de polonium-210 sont à l’origine de la forte incidence du cancer du poumon chez les fumeurs.

Rappelons que le plomb-210 et le polonium-210 sont des noyaux filles du radon-222. Le radon-222 est un gaz produit par la désintégration du radium-226. Les deux font partie de la série de l’uranium naturel. Étant donné que l’uranium se trouve dans le sol du monde entier à des concentrations variables, la dose de radon gazeux varie également dans le monde. Le radon-222 est l’isotope le plus important et le plus stable du radon. Il a une demi-vie de seulement 3,8 jours, ce qui fait du radon l’un des éléments les plus rares puisqu’il se désintègre si rapidement. Une source importante de rayonnement naturel est le gaz radon, qui s’infiltre continuellement à partir du substratum rocheux mais peut, en raison de sa densité élevée, s’accumuler au sol. Le fait que le radon est un gaz joue un rôle crucial dans la propagation de tous ses noyaux filles. Lorsque le radon-222 se désintègre en plomb-210, le plomb-210 peut se fixer à la poussière de particules d’humidité et il peut se coller aux feuilles de tabac. Lorsque ces particules sont concentrées par le tabagisme et inhalées sous forme de fumée, une partie du plomb 210 est retenue par l’organisme. Le plomb-210 étant un faible émetteur bêta, il ne provoque pas de doses importantes, contrairement au polonium-210.

Voir aussi: Radon – Effets sur la santé

Le polonium-210 , produit de désintégration du plomb-210, émet une particule alpha de 5,3 MeV, qui fournit l’essentiel de la dose équivalente . Les particules alpha, qui appartiennent au rayonnement à haut LET, sont assez massives et portent une double charge positive, elles ont donc tendance à ne parcourir qu’une courte distance et à ne pas pénétrer très loin dans les tissus, voire pas du tout. Cependant, les particules alpha déposeront leur énergie sur un plus petit volume (éventuellement seulement quelques cellules si elles pénètrent dans un corps) et causeront plus de dommages à ces quelques cellules (plus de 80 % de l’énergie absorbée par le radon est due aux particules alpha). Par conséquent, le facteur de pondération du rayonnement pour le rayonnement alpha est égal à 20. Un une dose absorbée de 1 mGy par les particules alpha conduira à une dose équivalente de 20 mSv.

Référence spéciale: Sources et effets des rayonnements ionisants, Annexe B. UNSCEAR. New York, 2010. ISBN : 978-92-1-142274-0.

Retombées nucléaires – Doses de rayonnement

En général, les retombées nucléaires sont les matières radioactives résiduelles d’une explosion nucléaire qui «tombent» du ciel après une explosion atmosphérique. Les retombées peuvent également faire référence à des accidents de réacteurs nucléaires, bien qu’un réacteur nucléaire n’explose pas comme une arme nucléaire. La signature isotopique des retombées d’une explosion nucléaire est très différente des retombées d’un grave accident de réacteur de puissance.

En cas de doses de rayonnement provenant des retombées, on considère les matières radioactives résiduelles des essais nucléaires (et non des accidents de réacteur) qui ont été effectués en particulier dans les deux périodes de 1954 à 1958 et de 1961 à 1962. Selon l’UNSCEAR, environ 502 essais atmosphériques , avec un rendement total de fission et de fusion de 440 Mt, ont été réalisées.

Référence spéciale: Sources et effets des rayonnements ionisants, Annexe B. UNSCEAR. New York, 2010. ISBN : 978-92-1-142274-0.

Les retombées d’un essai nucléaire sont constituées de fragments de fission et de produits d’activation neutronique. Lorsqu’une explosion a lieu au sol ou dans l’atmosphère près du sol, de grandes quantités de produits d’activation se forment également à partir de matériaux de surface. Les retombées sont particulièrement importantes au voisinage du site d’essai, puisque les particules les plus grosses et la plupart des débris atterrissent sur le sol (retombées locales). Mais des particules plus petites peuvent rester en l’air dans la haute atmosphère pendant des années. Ces particules peuvent donc être réparties presque uniformément dans le monde et contribuer à ce que l’on appelle les retombées mondiales. Les doses équivalentes des retombées mondiales sont passées d’environ 130 μSv/an en 1963 à environ10 μSv/an ces dernières années.

Expositions aux rayonnements provenant de la production d’électricité

Dans ce chapitre, nous aimerions discuter d’un fait très intéressant. Il est généralement connu que l’utilisation croissante de l’énergie nucléaire et de la production d’électricité à l’aide de réacteurs nucléaires conduira à une dose de rayonnement faible mais croissante pour le grand public. Mais on ne le sait pas généralement, la production d’électricité à partir du charbon crée également des expositions supplémentaires et, ce qui est plus intéressant, alors que les niveaux d’exposition sont très faibles, le cycle du charbon contribue à plus de la moitié de la dose totale de rayonnement à la population mondiale provenant de la production d’électricité. Le cycle du combustible nucléaire y contribue pour moins d’un cinquième. La dose collective, qui sont définies comme la somme de toutes les doses efficaces individuelles à un groupe de personnes pendant la période ou pendant l’opération considérée en raison des rayonnements ionisants, est:

• 670-1400 homme Sv pour le cycle charbon, selon l’âge de la centrale,
• 130 homme Sv pour le cycle du combustible nucléaire,
• 5-160 homme Sv pour la géothermie,
• 55 homme Sv pour le gaz naturel
• 0,03 homme Sv pour l’huile

Oui, ces résultats doivent être vus sous l’angle de la part de chaque technologie dans la production mondiale d’électricité. Étant donné que 40 % de l’énergie mondiale était produite par le cycle du charbon en 2010 et 13 % par le nucléaire, la dose collective normalisée sera à peu près la même:

• 0,7 – 1,4 homme Sv/GW.a (homme sievert par gigawatt an) pour le cycle du charbon
• 0,43 homme Sv/GW.a (homme sievert par gigawatt an) pour le cycle du combustible nucléaire

Référence spéciale: Sources et effets des rayonnements ionisants, UNSCEAR 2016 – Annexe B. New York, 2017. ISBN : 978-92-1-142316-7.

Les doses ci-dessus sont liées à l’exposition du public. Si l’on considère l’exposition professionnelle, concernant l’extraction des métaux de terres rares nécessaires à la construction, la dose collective de loin la plus importante pour les travailleurs par unité d’électricité produite évaluée par l’UNSCEAR provenait de l’énergie solaire, suivie de l’énergie éolienne. Pour l’énergie solaire, la dose collective professionnelle normalisée à l’énergie est un facteur quarante et quatre-vingt plus élevée que pour le cycle du combustible nucléaire et le cycle du charbon, respectivement.

Notez que la dose efficace collective est souvent utilisée pour estimer les effets totaux sur la santé, mais selon la CIPR, cela devrait être évité (voir plus: Dose collective).

Protection contre les radiations:

1. Knoll, Glenn F., Radiation Detection and Measurement 4th Edition, Wiley, 8/2010. ISBN-13 : 978-0470131480.
2. Stabin, Michael G., Radioprotection et dosimétrie : une introduction à la physique de la santé, Springer, 10/2010. ISBN-13 : 978-1441923912.
3. Martin, James E., Physics for Radiation Protection 3rd Edition, Wiley-VCH, 4/2013. ISBN-13 : 978-3527411764.
4. USNRC, CONCEPTS DE RÉACTEURS NUCLÉAIRES
5. Département américain de l’énergie, de la physique nucléaire et de la théorie des réacteurs. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.

Physique nucléaire et des réacteurs:

1. JR Lamarsh, Introduction à la théorie des réacteurs nucléaires, 2e éd., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
2. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.
3. WM Stacey, Physique des réacteurs nucléaires, John Wiley & Sons, 2001, ISBN : 0-471-39127-1.
4. Glasstone, Sesonské. Ingénierie des réacteurs nucléaires : Ingénierie des systèmes de réacteurs, Springer ; 4e édition, 1994, ISBN : 978-0412985317
5. WSC Williams. Physique nucléaire et des particules. Presse Clarendon ; 1 édition, 1991, ISBN : 978-0198520467
6. GRKeep. Physique de la cinétique nucléaire. Pub Addison-Wesley. Co; 1ère édition, 1965
7. Robert Reed Burn, Introduction au fonctionnement des réacteurs nucléaires, 1988.
8. Département américain de l’énergie, de la physique nucléaire et de la théorie des réacteurs. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
9. Paul Reuss, Physique des neutrons. EDP ​​Sciences, 2008. ISBN : 978-2759800414.

Voir également:

Sources de rayonnement

Le rayonnement est tout autour de nous. Dans, autour et au-dessus du monde dans lequel nous vivons. C’est une force énergétique naturelle qui nous entoure. C’est une partie de notre monde naturel qui est là depuis la naissance de notre planète. Tous les êtres vivants, depuis la nuit des temps, ont été et sont encore exposés à des rayonnements ionisants. Le rayonnement ionisant est généré par des réactions nucléaires, la désintégration nucléaire, par des températures très élevées ou par l’accélération de particules chargées dans des champs électromagnétiques.

Rayonnement de fond naturel

Le rayonnement de fond naturel est un rayonnement ionisant, qui provient de diverses sources naturelles. Tous les êtres vivants, depuis la nuit des temps, ont été et sont encore exposés à des rayonnements ionisants. Ce rayonnement n’est associé à aucune activité humaine. Il y a des isotopes radioactifs dans nos corps, nos maisons, l’air, l’eau et le sol. Nous sommes tous également exposés aux rayonnements de l’espace.

Sources de rayonnement de fond naturel

Nous divisons toutes ces sources de rayonnement naturel en trois groupes:

• Rayonnement cosmique
• Rayonnement terrestre
• Rayonnement interne

Rayonnement cosmique

Le rayonnement cosmique fait référence aux sources de rayonnement sous la forme de rayons cosmiques provenant du soleil ou de l’espace extra-atmosphérique. Au niveau du sol, les muons, avec des énergies pour la plupart comprises entre 1 et 20 GeV, contribuent à environ 75 % du débit de dose absorbée dans l’air libre. Le reste provient des électrons produits par les muons ou présents dans la cascade électromagnétique. La dose annuelle de rayons cosmiques   au niveau de la mer est d’environ 0,27 mSv (27 mrem). Si vous vivez à des altitudes plus élevées ou si vous êtes un passager fréquent des compagnies aériennes, cette exposition peut être considérablement plus élevée, car l’atmosphère est plus fine ici. Les effets du champ magnétique terrestre déterminent également la dose de rayonnement cosmique.

Le rayonnement cosmique peut être divisé en différents types selon son origine. Il existe trois sources principales de tels rayonnements:

• Rayonnement Cosmique Solaire. Le rayonnement cosmique solaire fait référence aux sources de rayonnement sous la forme de particules de haute énergie (principalement des protons) émises par le soleil, principalement lors d’événements de particules solaires (SPE).
• Rayonnement cosmique galactique. Le rayonnement cosmique galactique, GCR, fait référence à des sources de rayonnement sous la forme de particules de haute énergie provenant de l’extérieur du système solaire, mais généralement de l’intérieur de notre galaxie, la Voie lactée.
• Rayonnement des ceintures de rayonnement de la Terre (ceintures de van Allen). Les ceintures  de rayonnement de Van Allen sont des zones de particules de haute énergie (en particulier des protons) piégées par le champ magnétique terrestre.

Fond naturel en avion – Rayonnement en vol

L’exposition au rayonnement cosmique augmente rapidement avec l’altitude. En vol, il y a deux principales sources de rayonnement naturel à prendre en compte: les rayons cosmiques galactiques qui sont toujours présents, et les événements de protons solaires, parfois appelés événements de rayons cosmiques solaires (SCR), qui se produisent sporadiquement. Le débit de dose du rayonnement cosmique varie dans différentes parties du monde et dépend fortement du champ géomagnétique, de l’altitude et du cycle solaire. Le champ de rayonnement aux altitudes des avions se compose de neutrons, de protons et de pions. En vol, les neutrons contribuent pour 40 à 80 % de la  dose équivalente, en fonction du champ géomagnétique, de l’altitude et du cycle solaire. Le débit de dose de rayonnement cosmique dans les avions est si élevé (mais pas dangereux) que, selon le rapport UNSCEAR 2000 des Nations Unies, les membres du personnel navigant des compagnies aériennes reçoivent en moyenne plus de dose que tout autre travailleur, y compris ceux des centrales nucléaires.

Le débit de dose au niveau du sol est en moyenne d’environ 0,10 μSv/h, mais à l’altitude de vol maximale (8,8 km ou 29 000 pieds), il peut atteindre environ 2,0 μSv/h (ou même des valeurs plus élevées). Un débit de dose de 4 μSv/h peut être utilisé pour représenter le débit de dose moyen pour tous les vols long-courriers (en raison des altitudes plus élevées). Il faut ajouter que pour des avions supersoniques comme le Concorde, qui pouvaient effectuer un vol transatlantique en 3,5 heures, le taux d’exposition (environ 9 μSv/h) à leur altitude de 18 km était suffisamment augmenté pour entraîner la même exposition aux rayons cosmiques par traversant comme pour les jets conventionnels circulant sur environ 8 km.

Le champ magnétique terrestre comme bouclier anti-rayonnement

Le champ magnétique terrestre fournit un bouclier de rayonnement vital de rayonnement cosmique. En plus d’une atmosphère protectrice, nous avons aussi la chance que la Terre ait un champ magnétique. Le champ magnétique s’étend sur plusieurs dizaines de milliers de kilomètres dans l’espace, protégeant la Terre des particules chargées du vent solaire et des rayons cosmiques qui autrement dépouilleraient la haute atmosphère, y compris la couche d’ozone qui protège la Terre des rayons ultraviolets nocifs. Il nous protège des pleins effets du vent solaire et du GCR. Sans cette protection, la biosphère terrestre pourrait ne pas exister comme elle le fait aujourd’hui, ou serait au moins limitée au sous-sol. Le champ magnétique terrestre fournit également un bouclier anti-rayonnement aux astronautes et à l’ISS elle-même, car elle est en orbite terrestre basse.

Les calculs de la perte de dioxyde de carbone de l’atmosphère de Mars, résultant du piégeage des ions par le vent solaire, indiquent que la dissipation du champ magnétique de Mars a provoqué une perte quasi totale de son atmosphère.

Rayonnement terrestre

Le rayonnement terrestre fait référence aux sources de rayonnement qui se trouvent dans le sol, l’eau et la végétation. Les principaux isotopes préoccupants pour le rayonnement terrestre sont l’uranium et les produits de désintégration de l’uranium, tels que le thorium, le radium et le radon. Le débit de dose moyen provenant des nucléides terrestres (à l’exception de l’exposition au radon) est d’environ 0,057 µGy/h. Les valeurs maximales ont été mesurées sur du sable de monazite à Guarapari au Brésil (jusqu’à 50 µGy/h et au Kerala en Inde (environ 2 µGy/h) et sur des roches à forte concentration en radium à Ramsar en Iran (de 1 à 10 µGy/h).

La dose annuelle moyenne de rayonnement du radon à une personne est d’environ 2 mSv/an et elle peut varier de plusieurs ordres de grandeur d’un endroit à l’autre. Le radon est si important qu’il est généralement traité séparément. Le radon est un gaz noble incolore, inodore et insipide, qui s’infiltre en permanence à partir du socle rocheux mais peut, en raison de sa forte densité, s’accumuler dans les maisons mal ventilées. Le fait que le radon soit un gaz joue un rôle crucial dans la propagation de tous ses noyaux filles. Le radon est simplement un moyen de transport du substratum rocheux à l’atmosphère (ou à l’intérieur des bâtiments) pour ses produits de désintégration à courte durée de vie (Pb-210 et Po-210), qui présentent beaucoup plus de risques pour la santé.

Rayonnement interne

En plus des sources cosmiques et terrestres, toutes les personnes ont également du potassium 40 radioactif, du carbone 14, du plomb 210 et d’autres isotopes dans leur corps dès la naissance.

Ces isotopes sont notamment le potassium-40, le carbone-14 et aussi les isotopes de l’uranium et du thorium. La variation de la dose de rayonnement d’une personne à l’autre n’est pas aussi grande que la variation de la dose provenant des sources cosmiques et terrestres. La dose annuelle moyenne de rayonnement reçue par une personne à partir de matières radioactives internes autres que le radon est d’environ 0,3 mSv/an, dont:

• 0,2 mSv/an provient du potassium-40,
• 0,12 mSv/an provient de la série de l’uranium et du thorium,
• 12 μSv/an proviennent du carbone 40.

Rayonnement de fond et danger pour la santé

Vous ne pouvez pas traverser la vie sans rayonnement. Le danger des rayonnements ionisants réside dans le fait que le rayonnement est invisible et non directement détectable par les sens humains. Les gens ne peuvent ni voir ni sentir le rayonnement, mais il dépose de l’énergie sur les molécules du corps.

Mais ne vous inquiétez pas, les doses provenant du rayonnement de fond sont généralement  très faibles (sauf l’exposition au radon). Une faible dose signifie ici de petites doses supplémentaires comparables au rayonnement de fond normal (10 µSv = dose quotidienne moyenne reçue du fond naturel). Le problème est qu’à de très faibles doses, il est pratiquement impossible de corréler une irradiation avec certains effets biologiques. En effet, le taux de cancer de base est déjà très élevé et le risque de développer un cancer fluctue de 40 % en raison du style de vie individuel et des effets environnementaux, masquant les effets subtils des rayonnements de faible intensité.

Deuxièmement, et c’est crucial, la vérité sur les effets des rayonnements à faible dose sur la santé reste à découvrir. On ne sait pas exactement si ces faibles doses de rayonnement sont nuisibles ou bénéfiques (et où est le seuil). Le gouvernement et les organismes de réglementation supposent un modèle LNT au lieu d’un seuil ou d’une hormèse, non pas parce qu’il est le plus scientifiquement convaincant, mais parce qu’il s’agit de l’ estimation la plus prudente. Le problème de ce modèle est qu’il néglige un certain nombre de processus biologiques de défense qui peuvent être cruciaux à faibles doses. Les recherches menées au cours des deux dernières décennies sont très intéressantes et montrent que de petites doses de rayonnement administrées à faible débit de dose stimulent les mécanismes de défense. Par conséquent, le modèle LNT n’est pas universellement accepté, certains proposant une relation dose-réponse adaptative où les faibles doses sont protectrices et les doses élevées sont préjudiciables. De nombreuses études ont contredit le modèle LNT et nombre d’entre elles ont montré une réponse adaptative à un rayonnement à faible dose entraînant une réduction des mutations et des cancers. Ce phénomène est connu sous le nom d’ hormèse radiative.

Selon l’hypothèse de l’ hormèse du rayonnement, une exposition au rayonnement comparable et juste au-dessus du niveau de fond naturel du rayonnement n’est pas nocive mais bénéfique, tout en acceptant que des niveaux de rayonnement beaucoup plus élevés sont dangereux. Les arguments en faveur de l’hormèse s’articulent autour de certaines études épidémiologiques à grande échelle et des preuves d’expériences d’irradiation sur des animaux, mais surtout des progrès récents dans la connaissance de la réponse adaptative. Les partisans de l’hormèse par rayonnement affirment généralement que les réponses radioprotectrices dans les cellules et le système immunitaire non seulement contrent les effets nocifs des rayonnements, mais agissent également pour inhiber le cancer spontané non lié à l’exposition aux rayonnements.

Voir aussi: Modèle LNT

Voir également:

Sources de rayonnement