Qu'est-ce que la contamination radioactive

La contamination radioactive désigne la présence de substances radioactives indésirables sur des surfaces ou dans des solides (y compris le corps humain), des liquides ou des gaz, lorsque leur présence est involontaire ou indésirable. Propriétés des matériaux

La contamination est généralement désignée comme la présence d’un constituant indésirable, d’une substance nocive ou d’une impureté dans un endroit (matériel, corps physique, environnement naturel, lieu de travail) où il n’est pas prévu ou souhaité de se trouver. La contamination a un sens beaucoup plus général, puisqu’elle peut être définie dans des disciplines telles que la chimie, la protection de l’environnement, la radioprotection ou l’agriculture.

La contamination radioactive désigne la présence de substances radioactives indésirables sur des surfaces ou dans des solides (y compris le corps humain), des liquides ou des gaz, lorsque leur présence est involontaire ou indésirable. La contamination radioactive consiste en des atomes radioactifs (matériaux) qui se sont échappés du système ou de la structure qui les contiendrait normalement. Étant donné que la contamination radioactive est une matière radioactive, un rayonnement ionisant est émis par la contamination. Il est très important de savoir quel matériau (quel radio-isotope) est le contaminant radioactif. Il est également très important de faire la distinction entre la contamination radioactive et le rayonnement lui-même.

Contamination contre rayonnement

La contamination radioactive consiste en des matières radioactives qui génèrent des rayonnements ionisants. C’est la source du rayonnement, pas le rayonnement lui-même. Chaque fois que des matières radioactives ne se trouvent pas dans un conteneur de source radioactive scellé et pourraient se répandre sur d’autres objets, une contamination radioactive est une possibilité. La contamination radioactive peut être caractérisée par les points suivants:

La contamination radioactive consiste en des matières radioactives (contaminants) qui peuvent être solides, liquides ou gazeuses. Les gros contaminants peuvent même être visibles, mais vous ne pouvez pas voir les radiations produites.
Lorsqu’ils sont libérés, les contaminants peuvent être propagés par l’air, l’eau ou simplement par contact mécanique.
Nous ne pouvons pas protéger la contamination.
Nous pouvons atténuer la contamination en protégeant l’intégrité des barrières (conteneur source, gaine de combustible, cuve du réacteur, bâtiment de confinement)
Étant donné que les contaminants interagissent chimiquement, ils peuvent être contenus dans des objets tels que le corps humain.
On peut se débarrasser de la contamination par de nombreux procédés mécaniques, chimiques (décontamination des surfaces), ou biologiques (demi-vie biologique).
Il est de la plus haute importance de savoir quel matériau est le contaminant radioactif (demi-vie , mode de désintégration, énergie).

Le rayonnement ionisant est formé de particules de haute énergie (photons, électrons, etc.) qui peuvent pénétrer la matière et ioniser (pour former des ions en perdant des électrons) les atomes cibles pour former des ions. L’exposition aux rayonnements est la conséquence de la présence à proximité de la source de rayonnement. L’exposition aux rayonnements en tant que quantité est définie comme une mesure de l’ionisation de la matière due aux rayonnements ionisants. 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. L’énergie est transférée en petites quantités pour chaque interaction entre le rayonnement et une molécule et il existe généralement de nombreuses interactions de ce type. Contrairement à la contamination radioactive, le rayonnement peut être caractérisé par les points suivants:

Le rayonnement consiste en des particules à haute énergie qui peuvent pénétrer dans la matière et ioniser (pour former des ions en perdant des électrons) les atomes cibles. Le rayonnement est invisible et non directement détectable par les sens humains. Il faut noter que le rayonnement bêta est indirectement visible en raison du rayonnement cherenkov.
Contrairement à la contamination, le rayonnement ne peut être propagé par aucun milieu. Il voyage à travers les matériaux jusqu’à ce qu’il perde son énergie. Nous pouvons nous protéger des radiations (par exemple en nous tenant au coin de la rue).
L’exposition aux ionisants ne signifie pas nécessairement que l’objet devient radioactif (à l’exception des rayonnements neutroniques très rares).
Le rayonnement peut pénétrer les barrières, mais une barrière suffisamment épaisse peut minimiser tous les effets.
Contrairement aux contaminants, le rayonnement ne peut pas interagir chimiquement avec la matière et ne peut pas être lié à l’intérieur du corps.
Il n’est pas important de savoir quel matériau est la source de certains rayonnements. Seul le type de rayonnement et l’énergie comptent.

Il y a une caractéristique commune, le rayonnement naturel et les contaminants naturels sont 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 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.

Types de contamination

Les matières radioactives peuvent exister sur des surfaces ou dans des volumes de matière ou d’air, et des techniques spécialisées sont utilisées pour mesurer les niveaux de contamination par détection du rayonnement émis. Nous pouvons distinguer les types de contamination suivants:

Contamination superficielle

La contamination de surface signifie que des matières radioactives ont été déposées sur des surfaces (telles que des murs, des sols). Il peut être déposé de manière lâche, un peu comme de la poussière ordinaire, ou il peut être assez solidement fixé par réaction chimique. Cette distinction est importante et nous classons la contamination de surface en fonction de la facilité avec laquelle elle peut être éliminée:

Contamination gratuite. En cas de contamination libre (ou de contamination lâche), la matière radioactive peut se répandre. Il s’agit d’une contamination de surface qui peut facilement être éliminée avec des méthodes de décontamination simples. Par exemple, si des particules de poussière contenant divers radio-isotopes atterrissent sur la peau ou les vêtements d’une personne, nous pouvons les nettoyer ou enlever les vêtements. Une fois qu’une personne a été décontaminée, toutes les sources de radioactivité particulaire sont éliminées et l’individu n’est plus contaminé. La contamination libre est également un danger plus grave que la contamination fixe, car les particules de poussière peuvent être en suspension dans l’air et être facilement ingérées. Cela conduit à une exposition interne par des contaminants radioactifs. Bien que presque tous les contaminants soient bêta radioactifs avec émission gamma, mais il existe également la possibilité d’une contamination alpha dans toutes les zones de manipulation de combustible nucléaire.
Contamination fixe. Dans le cas d’une contamination fixée, la matière radioactive ne peut pas être propagée, car elle est liée chimiquement ou mécaniquement aux structures. Il ne peut pas être enlevé par les méthodes de nettoyage normales. La contamination fixe est un danger moins grave que la contamination libre, elle ne peut pas être remise en suspension ou transférée sur la peau. Par conséquent, le danger est généralement externe uniquement. En revanche, cela dépend du niveau de contamination. Bien que presque tous les contaminants soient radioactifs bêta avec émission gamma qui l’ accompagne, mais il existe également un risque de contamination alpha dans toutes les zones de manutention du combustible nucléaire. À moins que le niveau de contamination ne soit très sévère, le débit de dose de rayonnement gamma sera faible et l’exposition externe ne sera significative qu’au contact ou très près des surfaces contaminées. Les particules bêta étant moins pénétrantes que les rayons gamma , le débit de dose bêta ne peut être élevé qu’au contact. Une valeur de 1 mSv/h au contact pour un niveau de contamination de 400 – 500 Bq/cm² est assez représentative.

Calcul du débit de dose sous protection dans les sieverts à partir d'une surface contaminée

Supposons une surface contaminée par 1,0 Ci de ¹³⁷Cs. Supposons que ce contaminant puisse être approximé par la source isotrope ponctuelle qui contient 1,0 Ci de ¹³⁷Cs, qui a une demi-vie de 30,2 ans. Notez que la relation entre la demi-vie et la quantité d’un radionucléide nécessaire pour donner une activité d’ un curie est indiquée ci-dessous. Cette quantité de matière peut être calculée à l’aide de λ, qui est la constante de désintégration de certains nucléides:

Environ 94,6 % se désintègrent par émission bêta en un isomère nucléaire métastable du baryum: le baryum-137m. Le pic photonique principal du Ba-137m est de 662 keV. Pour ce calcul, supposons que toutes les désintégrations passent par ce canal.

Calculer le débit de dose de photons primaires, en sieverts par heure (Sv.h^-1), à la surface extérieure d’un blindage en plomb de 5 cm d’épaisseur. Calculez ensuite les débits de dose équivalent et efficace pour deux cas.

Supposons que ce champ de rayonnement externe pénètre uniformément dans tout le corps. Cela signifie: Calculer le débit de dose efficace au corps entier.
Supposons que ce champ de rayonnement externe ne pénètre que dans les poumons et que les autres organes soient complètement protégés. Cela signifie: Calculer le débit de dose efficace.

Notez que le débit de dose de photons primaires néglige toutes les particules secondaires. Supposons que la distance effective de la source au point de dose est de 10 cm. Nous supposerons également que le point de dose est un tissu mou et qu’il peut raisonnablement être simulé par l’eau et nous utilisons le coefficient d’absorption d’énergie massique pour l’eau.

Voir aussi: Atténuation des rayons gamma

Voir aussi: Blindage des Rayons Gamma

La solution:

Le débit de dose de photons primaires est atténué de manière exponentielle, et le débit de dose de photons primaires, compte tenu du bouclier, est donné par:

Comme on peut le voir, nous ne tenons pas compte de l’accumulation de rayonnement secondaire. Si des particules secondaires sont produites ou si le rayonnement primaire change d’énergie ou de direction, alors l’atténuation effective sera bien moindre. Cette hypothèse sous-estime généralement le débit de dose réel, en particulier pour les écrans épais et lorsque le point de dose est proche de la surface de l’écran, mais cette hypothèse simplifie tous les calculs. Dans ce cas, le débit de dose réel (avec l’accumulation de rayonnement secondaire) sera plus de deux fois supérieur.

Pour calculer le débit de dose absorbée , il faut utiliser dans la formule:

k = 5,76 x 10^-7
S = 3,7 x 10¹⁰ s^-1
E = 0,662 MeV
μ _t /ρ = 0,0326 cm² /g (les valeurs sont disponibles au NIST)
μ = 1,289 cm^-1 (les valeurs sont disponibles au NIST)
D = 5cm
r = 10 cm

Résultat:

Le débit de dose absorbée résultant en grays par heure est alors:

1) Rayonnement uniforme

Étant donné que le facteur de pondération du rayonnement pour les rayons gamma est égal à un et que nous avons supposé le champ de rayonnement uniforme (le facteur de pondération des tissus est également égal à l’unité), nous pouvons calculer directement le débit de dose équivalent et le débit de dose effectif (E = H_T) à partir du débit de dose absorbé comme:

2) Irradiation partielle

Dans ce cas, nous supposons une irradiation partielle des poumons uniquement. Ainsi, nous devons utiliser le facteur de pondération tissulaire, qui est égal à w _T = 0,12. Le facteur de pondération du rayonnement pour les rayons gamma est égal à un. En conséquence, nous pouvons calculer le débit de dose efficace comme suit:

Notez que si une partie du corps (par exemple, les poumons) reçoit une dose de rayonnement, cela représente un risque d’effet particulièrement dommageable (par exemple, le cancer du poumon). Si la même dose est administrée à un autre organe, cela représente un facteur de risque différent.

Si nous voulons tenir compte de l’accumulation de rayonnement secondaire, nous devons inclure le facteur d’accumulation. La formule étendue du débit de dose est alors:

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Contamination aéroportée

Ce type de contamination revêt une importance particulière dans les centrales nucléaires, où elle doit être surveillée. Les contaminants peuvent être en suspension dans l’air, en particulier lors du retrait de la tête supérieure du réacteur, du rechargement du réacteur et lors des manipulations dans la piscine de combustible usé. L’air peut être contaminé par des isotopes radioactifs, en particulier sous forme de particules, ce qui présente un risque particulier d’inhalation. Cette contamination est constituée de divers produits de fission et d’activation qui pénètrent dans l’air sous forme gazeuse, vapeur ou particulaire. Il existe quatre types de contamination aéroportée dans les centrales nucléaires, à savoir:

Particules. L’activité particulaire est un danger interne, car elle peut être inhalée. Les matières particulaires transportables introduites dans le système respiratoire pénètrent dans la circulation sanguine et sont transportées dans toutes les parties du corps. Les particules non transportables resteront dans les poumons avec une certaine demi-vie biologique. Par exemple, Sr-90, Ra-226 et Pu-239 sont des radionucléides connus sous le nom de radionucléides ostéotropes. Ces radionucléides ont de longues demi-vies biologiques et constituent de graves dangers internes. Une fois déposés dans l’os, ils y restent essentiellement inchangés en quantité tout au long de la vie de l’individu. L’action continue des particules alpha émisespeuvent causer des blessures importantes: pendant de nombreuses années, ils déposent toute leur énergie dans un volume infime de tissu, car la portée des particules alpha est très courte.
Gaz nobles. Des gaz nobles radioactifs, tels que le xénon-133, le xénon-135 et le krypton-85 sont présents dans le caloporteur du réacteur, en particulier lorsque des fuites de combustible sont présentes. Lorsqu’ils apparaissent dans le liquide de refroidissement, ils deviennent aéroportés et peuvent être inhalés. Ils sont expirés juste après avoir été inhalés, car le corps ne réagit pas chimiquement avec eux. Si les travailleurs travaillent dans un nuage de gaz rares, la dose externe qu’ils recevront est environ 1000 fois supérieure à la dose interne. De ce fait, nous ne nous préoccupons que des débits de dose externe bêta et gamma.
L’iode radioactif. L’iode radioactif, l’ iode-131, est un radio-isotope important de l’iode. L’iode radioactif joue un rôle majeur en tant qu’isotope radioactif présent dans les produits de fission nucléaire, et il est un contributeur majeur aux risques pour la santé lorsqu’il est rejeté dans l’atmosphère lors d’un accident. L’iode-131 a une demi-vie de 8,02 jours. Le tissu cible de l’exposition à l’iode radioactif est la glande thyroïde. La dose externe bêta et gamma de l’iode radioactif présent dans l’air est assez négligeable par rapport à la dose engagée à la thyroïde qui résulterait de la respiration de cet air. La demi-vie biologique pour l’iode à l’intérieur du corps humain est d’environ 80 jours (selon la CIPR). L’iode contenu dans les aliments est absorbé par l’organisme et préférentiellement concentré dans la thyroïde où il est nécessaire au fonctionnement de cette glande. Lorsque l’ ¹³¹I est présent à des niveaux élevés dans l’environnement à cause des retombées radioactives, il peut être absorbé par des aliments contaminés et s’accumulera également dans la thyroïde. ¹³¹I se désintègre avec une demi-vie de 8,02 jours avec des émissions de particules bêta et gamma. En se décomposant, il peut endommager la thyroïde. Le principal risque lié à l’exposition à des niveaux élevés d’ ¹³¹ I est la survenue fortuite d’un cancer radiogénique de la thyroïde plus tard dans la vie. Pour ¹³¹I, la CIPR a calculé que si vous inhalez 1 x 10⁶Bq, vous recevrez une dose thyroïdienne de H_T = 400 mSv (et une dose corps entier pondérée de 20 mSv).
Tritium. Le tritium est un sous-produit des réacteurs nucléaires. La source la plus importante (due aux rejets d’eau tritiée) de tritium dans les centrales nucléaires provient de l’acide borique, qui est couramment utilisé comme cale chimique pour compenser un excès de réactivité initiale. Notez que le tritium émet des particules bêta de faible énergie avec une courte portée dans les tissus corporels et, par conséquent, présente un risque pour la santé en raison d’une exposition interne uniquement après ingestion dans l’eau potable ou la nourriture, ou inhalation ou absorption par la peau. Le tritium introduit dans le corps est uniformément réparti entre tous les tissus mous. Selon la CIPR, une demi-vie biologique du tritium est de 10 jours pour le HTO et de 40 jours pour l’OBT (tritium organiquement lié) formé à partir du HTO dans le corps des adultes. Ainsi, pour un apport de 1 x 10⁹ Bq de tritium (HTO), un individu recevra une dose corps entier de 20 mSv (égale à l’apport de 1 x 10⁶ Bq de ¹³¹I). Si pour les REP le tritium présente un risque mineur pour la santé, pourréacteurs à eau lourde, il contribue de manière significative à la dose collective des travailleurs de la centrale. À noter que « l’air saturé d’eau du modérateur à 35 °C peut donner 3 000 mSv/h de tritium à un travailleur non protégé (Voir aussi : JUBurnham. Radioprotection). La meilleure protection contre le tritium peut être obtenue à l’aide d’un respirateur à adduction d’air. Les respirateurs à cartouche au tritium ne protègent les travailleurs que par un facteur de 3. La seule façon de réduire l’absorption cutanée est de porter du plastique. Dans les centrales PHWR, les travailleurs doivent porter des plastiques pour travailler dans des atmosphères contenant plus de 500 μSv/h.

Des respirateurs avec des filtres à air appropriés ou des combinaisons entièrement autonomes avec leur propre alimentation en air peuvent atténuer les dangers de la contamination en suspension dans l’air. La contamination atmosphérique est généralement mesurée par des instruments radiologiques spéciaux qui pompent en continu l’air échantillonné à travers un filtre. Les instruments qui font cela sont appelés moniteurs d’air continus (CAM). Les particules radioactives dans l’air s’accumulent sur le filtre, où l’activité est mesurée par un détecteur placé à proximité du filtre.

Voir aussi: Concentration dans l’air dérivée

Voir aussi: Limite annuelle d’apport

Décontamination

La décontamination est un processus utilisé pour réduire ou éliminer la contamination radioactive afin de réduire le risque d’exposition aux rayonnements. L’élimination de la contamination des zones occupées, de l’équipement et du personnel est importante pour maintenir une dose de rayonnement ionisant aussi faible que raisonnablement possible (ALARA). La décontamination réduit également les niveaux de rayonnement de fond, l’inventaire des matières radioactives et la propagation de la contamination dans les zones, l’équipement et le personnel non contrôlés.

La décontamination peut être accomplie en nettoyant ou en traitant les surfaces pour réduire ou éliminer la contamination. Cela peut également être accompli en filtrant l’air ou l’eau contaminés ou en recouvrant la contamination pour protéger ou absorber le rayonnement. Le processus peut également simplement laisser suffisamment de temps à la désintégration radioactive naturelle pour diminuer la radioactivité.

Dans les centrales nucléaires, il est inévitable que de nombreux équipements, mais aussi des outils, des vêtements, des zones de travail et même des personnes soient contaminés. Il est assez courant qu’une partie des matières radioactives se fixe sur des surfaces (par exemple la semelle d’une chaussure). Dans ce cas, les travailleurs sont surveillés en permanence et dans ce cas, la contamination de surface doit être éliminée. On peut se débarrasser de nombreuses contaminations mécaniques, chimiques (décontaminer les surfaces). Processus biologiques (demi-vie biologique) fonctionnent toujours en cas de contamination interne. Une personne devient « radioactive » si des particules de poussière contenant divers radio-isotopes atterrissent sur sa peau ou ses vêtements. Une fois qu’une personne a été décontaminée par déshabillage et lavage dermique, toutes les sources de radioactivité particulaire sont éliminées et l’individu n’est plus contaminé.

Techniques de décontamination

De manière générale, il existe de nombreuses techniques et équipements utilisés pour la décontamination des surfaces et des personnes. Dans tous les cas, le type de contamination et le matériel contaminé sont importants. Par exemple, il est très difficile de décontaminer des matériaux poreux. En guise d’orientation générale pour le lecteur, ces techniques de décontamination et leurs principales applications sont mises en évidence dans:

Référence spéciale: Technologie de pointe pour la décontamination et le démantèlement des installations nucléaires, AIEA. AIEA Vienne, 1999. ISBN 92–0–102499–1.

Décontamination chimique. La décontamination chimique est l’une des meilleures méthodes pour la plupart des opérations de décontamination consiste à nettoyer avec de l’eau à laquelle un ou plusieurs agents de nettoyage chimiques appropriés ont été ajoutés. Ces méthodes comprennent la décontamination à l’aide de solutions chimiques, de gels chimiques, de décontamination à la mousse, etc. L’élimination de la contamination du personnel doit être effectuée avec soin pour s’assurer que la peau n’est pas endommagée et pour empêcher la contamination de pénétrer dans le corps ou dans une plaie.
Décontamination mécanique. La décontamination mécanique peut être utilisée notamment pour la décontamination industrielle. Il existe des méthodes de décontamination dans lesquelles la couche externe de la surface contaminée est enlevée par la force physique. De telles méthodes sont efficaces, mais elles sont quelque peu grossières et destructrices, et il peut ne pas être possible de les utiliser sur des objets délicats. Ces méthodes comprennent la décontamination par nettoyage à la vapeur, le nettoyage abrasif, le sablage, le nettoyage par aspiration, le nettoyage par ultrasons, etc.

Références :

Protection contre les radiations:

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Stabin, Michael G., Radioprotection et dosimétrie : une introduction à la physique de la santé, Springer, 10/2010. ISBN-13 : 978-1441923912.
Martin, James E., Physics for Radiation Protection 3rd Edition, Wiley-VCH, 4/2013. ISBN-13 : 978-3527411764.
USNRC, CONCEPTS DE RÉACTEURS NUCLÉAIRES
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:

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

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Voir également:

Protection contre les expositions

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