Qu’est-ce que le rayonnement terrestre – Définition

Le rayonnement terrestre fait référence aux sources de rayonnement présentes 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 . Notez que le rayonnement terrestre comprend une exposition externe causée par ces radionucléides. Une dose interne causée par ces redionucléides est discutée dans: Source interne de rayonnement .

Ces radionucléides sont en traces tout autour de nous. Lorsque la Terre s’est formée, 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 dégradés. 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 d’un individu. Étant donné 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 selon leur origine:

• Radionucléides primordiaux . Les radionucléides primaires sont des radionucléides trouvés sur Terre qui ont existé sous leur forme actuelle 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 trouvées 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 de rayonnement terrestre

On trouve partout de faibles niveaux d’uranium, de thorium et de leurs produits de décomposition. Certains de ces matériaux sont ingérés avec de la nourriture et de l’eau, tandis que d’autres, comme le radon, sont inhalés. La dose provenant de sources terrestres varie également dans différentes parties du monde. Les emplacements contenant des concentrations plus élevées d’uranium et de thorium dans leur sol 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 de 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. C’est tellement important, c’est généralement traité séparément. La dose annuelle moyenne de rayonnement à une personne à partir du radon et de ses produits de désintégration est d’environ 2 mSv / an et elle peut varier sur 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 , qui se produit naturellement comme produit de désintégration du radium. Tous les isotopes du radon sont radioactifs , mais les deux isotopes du radon radon-222 et radon-220 sont très importants du point de vue de la radioprotection.

• Radon-222 . L’isotope du radon 222 est un produit de désintégration naturel de l’isotope de l’uranium le plus stable (l’uranium 238), il fait donc partie de la série de l’ uranium .
• Radon-220 . L’isotope du radon-220, communément appelé thoron , est un produit de désintégration naturelle de l’isotope du thorium le plus stable ( 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 . En tant que gaz, le radon se diffuse à travers les roches et le sol. Lorsque le radon se désintègre, les isotopes métalliques filles sont des ions qui seront attachés 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 de production moyen 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 beaucoup plus courte ( il a moins de temps pour diffuser) du radon-222 (55 secondes, contre 3,8 jours respectivement). Le radon-220 a tout simplement 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 à travers le monde à des concentrations variables, la dose du radon gazeux varie également à travers 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 car il se désintègre si rapidement. Une source importante de rayonnement naturel est le radon, qui s’infiltre en continu du substratum rocheux mais peut, en raison de sa densité élevée, s’accumuler dans les maisons mal ventilées. Le fait que le radon est du gazjoue un rôle crucial dans la propagation de tous ses noyaux filles. Simplement, le radon est un moyen de transport du substratum rocheux à l’atmosphère (ou à l’intérieur des bâtiments) pour ses produits de désintégration de courte durée ( Pb-210 et Po-210 ), qui présente beaucoup plus de risques pour la santé.

Série radioactive dans la nature

Les séries radioactives  (également appelées cascades radioactives) sont  trois chaînes de désintégration radioactive naturelles  et  une chaîne  de désintégration radioactive artificielle de noyaux atomiques lourds instables qui se désintègrent à travers une séquence de  désintégrations alpha  et  bêta  jusqu’à ce qu’un noyau stable soit atteint. La plupart des radio – isotopes  ne se désintègrent pas directement à un état stable et tous les isotopes  de la série se  désintègrent de la même manière. En physique des désintégrations nucléaires, le noyau se désintégrant est généralement appelé  noyau parent  et le noyau restant après l’événement comme  noyau fille . Puisque la désintégration alpha représente la désintégration d’un noyau parent  à une 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 entier approprié (n) plus la constante pour cette série. En conséquence, la série du thorium est connue comme la série 4n, la série du neptunium comme la série 4n + 1, la série de l’uranium comme la série 4n + 2 et la série actinium comme la série 4n + 3.

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

• la série thorium (série 4n) ,
• la série uranium (séries 4n + 2) ,
• la série actinium (séries 4n + 3) ,
• la série neptunium (série 4n + 1) .

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

• la série thorium avec thorium-232 (avec une demi-vie de 14,0 milliards d’années),
• la série uranium avec de l’uranium-238 (qui vit pendant 4,47 milliards d’années),
• la série d’actinium avec l’uranium 235 (avec une demi-vie de 0,7 milliard d’années).
• la série neptunium avec le neptunium-237 (avec une 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 quelques secondes à des milliards d’années. Comme 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, comme l’  uranium-238 , où tous les éléments de la chaîne sont en équilibre séculaire, chacun des descendants a accumulé une quantité d’équilibre et toute décomposition au taux fixé par le parent d’origine. Si et quand l’équilibre est atteint, chaque isotope fille successif est présent en proportion directe avec sa demi-vie. Depuis son  activité est inversement proportionnelle à sa demi-vie, chaque nucléide de la chaîne de désintégration apporte finalement autant de transformations individuelles que la tête de 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 manières. Par exemple, dans la série du thorium, le bismuth-212 se désintègre en partie par émission bêta négative au polonium-212 et en partie par émission alpha au thallium-206.

La cascade radioactive  influence considérablement la  radioactivité  ( désintégrations par seconde ) des échantillons naturels et des matériaux naturels. Tous les descendants sont présents, au moins de façon transitoire, dans n’importe quel échantillon naturel, qu’il soit métallique, composé ou minéral. Par exemple, l’uranium 238 pur est faiblement radioactif (proportionnel à sa longue demi-vie), mais un minerai d’uranium est environ 13 fois plus radioactif que le métal uranium 238 pur en raison de ses isotopes filles (par exemple le radon, le radium, etc.) il contient. Non seulement les isotopes du radium instables sont des émetteurs de radioactivité importants, mais en tant que prochaine étape de la chaîne de désintégration, ils génèrent également du radon, un gaz radioactif lourd, inerte et naturel. Le radon lui-même est un gaz noble radioactif, mais le principal problème est qu’il est un moyen de transport du substratum rocheux à l’atmosphère (ou à l’intérieur des bâtiments) pour ses produits de désintégration de courte durée (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 de manière transitoire, dans tout échantillon naturel contenant de l’uranium, qu’il soit métallique, composé ou minéral. Par exemple, l’uranium 238 pur est faiblement radioactif (proportionnel à sa longue demi-vie), mais un minerai d’uranium est environ 13 fois plus radioactif que le métal uranium 238 pur en raison de ses isotopes filles (par exemple le radon, le radium, etc.) il contient. Non seulement les isotopes du radium instables sont d’importants émetteurs de radioactivité, mais en tant que prochaine étape de la chaîne de désintégration, ils génèrent également du radon, un gaz radioactif naturel lourd et inerte.

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 (proportionnel à sa longue demi-vie), mais un minerai de thorium est environ 10 fois plus radioactif que le thorium-232 pur en raison de ses isotopes filles (par exemple le radon, le radium, etc.) il contient. Non seulement les isotopes du radium instables sont d’importants émetteurs de radioactivité, mais en tant que prochaine étape de la chaîne de désintégration, ils génèrent également du radon, un gaz radioactif naturel lourd et inerte.

Noyau de la Terre liquide

Les trois isotopes naturels  de l’ uranium ( ²³⁸ U,  ²³⁵ U et  ²³⁴ U) et les isotopes naturels du  thorium ont  une demi-vie très longue  (par exemple 4,47 × 10 ⁹  ans pour  ²³⁸ U). 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 (émettant des  particules alpha ), mais ils peuvent également 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 possède 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 cœur de la Terre. Avec le potassium-40 dans le manteau terrestre, on pense que ces éléments sont la principale source de chaleur qui maintient le liquide central de la Terre.

Radiation terrestre – Est-ce dangereux?

Nous devons insister sur le fait que manger des bananes, travailler en tant qu’équipage de conduite ou vivre dans des endroits avec augmente votre débit de dose annuel. Mais cela ne signifie pas que cela doit être dangereux. Dans chaque cas, l’intensité du rayonnement est également importante. Il est très similaire à la chaleur d’un feu (moins de rayonnement 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 résister sans aucun 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 être appliquée au rayonnement provenant également de sources de rayonnement.

En cas de rayonnement terrestre  , nous parlons généralement de ce que l’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 sur la santé des rayonnements à faible dose 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 adoptent un modèle LNT au lieu d’un seuil ou d’une hormesienon pas parce que c’est la plus convaincante scientifiquement, mais parce que c’est l’ estimation la plus conservatrice . 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 beaucoup d’entre elles ont montré une réponse adaptative aux rayonnements à faible dose entraînant une réduction des mutations et des cancers. Ce phénomène est connu sous le nom dehormesis de radiation .