Qu’est-ce que le rayonnement terrestre – Définition

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