Qu’est-ce que le rayonnement – Définition

Formes de rayonnement ionisant

Les rayonnements ionisants sont classés selon la nature des particules ou des ondes électromagnétiques qui créent l’effet ionisant. Ces particules / ondes ont des mécanismes d’ionisation différents et peuvent être regroupées comme:

• Directement ionisant . Les particules chargées ( noyaux atomiques, électrons, positrons, protons, muons, etc. ) peuvent ioniser les atomes directement par interaction fondamentale à travers la force de Coulomb si elle transporte suffisamment d’énergie cinétique. Ces particules doivent se déplacer à des vitesses relativistes pour atteindre l’énergie cinétique requise. Même les photons (rayons gamma et rayons X) peuvent ioniser les atomes directement (bien qu’ils soient électriquement neutres) grâce à l’effet photoélectrique et à l’effet Compton, mais l’ionisation secondaire (indirecte) est beaucoup plus importante.
  • Rayonnement alpha . Le rayonnement alpha se compose de particules alpha à haute énergie / vitesse. La production de particules alpha est appelée désintégration alpha. Les particules alpha se composent de deux protons et de deux neutrons liés ensemble en une particule identique à un noyau d’hélium. Les particules alpha sont relativement grandes et portent une double charge positive. Ils ne sont pas très pénétrants et un morceau de papier peut les arrêter. Ils ne parcourent que quelques centimètres mais déposent toutes leurs énergies le long de leurs courts trajets.
  • Rayonnement bêta . Le rayonnement bêta se compose d’électrons libres ou de positrons à des vitesses relativistes. Les particules bêta (électrons) sont beaucoup plus petites que les particules alpha. Ils portent une seule charge négative. Ils sont plus pénétrants que les particules alpha, mais un mince métal d’aluminium peut les arrêter. Ils peuvent parcourir plusieurs mètres mais déposent moins d’énergie à n’importe quel point de leur trajet que les particules alpha.
• Ionisant indirectement . Les rayonnements ionisants indirects sont des particules électriquement neutres et n’interagissent donc pas fortement avec la matière. La majeure partie des effets d’ionisation sont dus aux ionisations secondaires.
  • Rayonnement photonique ( rayons gamma ou rayons X). Le rayonnement photonique est constitué de photons de haute énergie . Ces photons sont des particules / ondes (dualité onde-particule) sans masse au repos ni charge électrique. Ils peuvent parcourir 10 mètres ou plus dans les airs. Il s’agit d’une longue distance par rapport aux particules alpha ou bêta. Cependant, les rayons gamma déposent moins d’énergie le long de leurs trajectoires. Le plomb, l’eau et le béton arrêtent le rayonnement gamma. Les photons (rayons gamma et rayons X) peuvent ioniser les atomes directement par l’effet photoélectrique et l’effet Compton, où l’électron relativement énergétique est produit. L’électron secondaire continuera à produire de multiples événements d’ ionisation , donc l’ionisation secondaire (indirecte) est beaucoup plus importante.
  • Rayonnement neutronique . Le rayonnement neutronique se compose de neutrons libres à toutes les énergies / vitesses. Les neutrons peuvent être émis par fission nucléaire ou par désintégration de certains atomes radioactifs. Les neutrons ont une charge électrique nulle et ne peuvent pas provoquer directement l’ionisation. Les neutrons n’ionisent la matière qu’indirectement . Par exemple, lorsque les neutrons frappent les noyaux d’hydrogène, il en résulte un rayonnement protonique (protons rapides). Les neutrons peuvent aller des particules à haute vitesse et haute énergie aux particules à basse vitesse et basse énergie (appelées neutrons thermiques). Les neutrons peuvent parcourir des centaines de mètres dans l’air sans aucune interaction.

Blindage dans les centrales nucléaires

Généralement, dans l’industrie nucléaire, le blindage contre les radiations a de nombreux objectifs. Dans les centrales nucléaires, l’objectif principal est de réduire l’exposition aux rayonnements des personnes et du personnel à proximité des sources de rayonnement. Dans les centrales nucléaires, la principale source de rayonnement est sans aucun doute le réacteur nucléaire et son cœur de réacteur . Les réacteurs nucléaires sont en général des sources puissantes de tout un spectre de types de rayonnements ionisants . Le blindage utilisé à cet effet est appelé blindage biologique .

Mais ce n’est pas le seul objectif du blindage contre les radiations. Des boucliers sont également utilisés dans certains réacteurs pour réduire l’intensité des rayons gamma ou des neutrons incidents sur la cuve du réacteur. Ce blindage contre les radiations protège la cuve du réacteur et ses composants internes (par exemple, le barillet de support du cœur ) de l’échauffement excessif dû à la modération rapide des neutrons par absorption des rayons gamma . Ces écrans sont généralement appelés  écrans thermiques .

Voir aussi: Réflecteur à neutrons

Un blindage contre les radiations un peu étrange est généralement utilisé pour protéger le matériau de la cuve sous pression du réacteur (en particulier dans les  centrales électriques REP ). Les matériaux de structure des réservoirs sous pression et les composants internes des réacteurs sont endommagés, en particulier par les neutrons rapides . Les neutrons rapides créent des défauts structurels, qui conduisent à la fragilisation du matériau du récipient sous pression . Afin de minimiser le flux de neutrons à la paroi du vaisseau, la stratégie de chargement du cœur peut également être modifiée. Dans la stratégie de chargement de combustible «à l’extérieur», des assemblages de combustible frais sont placés à la périphérie du cœur. Cette configuration entraîne une fluence neutronique élevée à la paroi du vaisseau. Par conséquent, la stratégie de chargement de carburant «in-out» (avec des modèles de chargement à faible fuite – L3P) a été adopté dans de nombreuses centrales nucléaires. Contrairement à la stratégie «out-in», les noyaux à faible fuite ont des assemblages de combustible frais dans la deuxième rangée, pas à la périphérie du cœur. La périphérie contient du carburant avec une consommation de carburant plus élevée et une puissance relative inférieure et sert de bouclier de rayonnement très sophistiqué.

Dans les centrales nucléaires, le problème central est de se protéger contre les rayons gamma et les neutrons , car les gammes de particules chargées (telles que les particules bêta et les particules alpha) dans la matière sont très courtes. D’autre part, nous devons traiter du blindage de tous les types de rayonnements, car chaque réacteur nucléaire est une source importante de tous les types de rayonnements ionisants.