Qu’est-ce que les sources de rayonnement d’origine humaine – Définition

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