Dosimétrie des rayonnements

Il existe deux groupes distincts exposés à des sources de rayonnement d’origine humaine. Le Comité scientifique des Nations Unies sur les effets des rayonnements atomiques (UNSCEAR) a défini les types d’expositions humaines comme suit:

• l’exposition du public , qui est l’exposition des membres individuels du public et de la population en général
• 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 professionnelle à partir de sources de rayonnement artificielles

Comme il 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 fait référence à toute exposition subie par les travailleurs au cours de leur travail, à l’exception des

1. expositions exclues et expositions d’activités exonérées impliquant des rayonnements ou des sources exonérées
2. toute exposition médicale
3. le rayonnement de fond naturel local normal.

En général, les personnes professionnellement exposées travaillent dans les domaines suivants:

• Installations du cycle du combustible
• Radiographie industrielle
• Services de radiologie (médical)
• Départements 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 emploi spécifique et des sources avec lesquelles ils 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 à une position du corps représentative de son exposition. Dans la plupart des situations d’exposition professionnelle, la dose efficace, E, peut être dérivée des quantités opérationnelles en utilisant la formule suivante:

La dose engagée est une quantité de dose qui mesure le risque sanitaire stochastique dû à un apport de matières radioactives dans le corps humain.

Voir aussi: Surveillance des doses

Le rayonnement est tout autour de nous . Dans, autour et au-dessus du monde dans lequel nous vivons. C’est une force d’énergie naturelle qui nous entoure. C’est une partie de notre monde naturel qui est là depuis la naissance de notre planète. Toutes les créatures vivantes, depuis le début des temps, ont été et sont encore exposées aux  rayonnements ionisants . Les rayonnements ionisants sont générés par  des réactions nucléaires ,  la décroissance 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 de rayonnement artificielles . Les sources d’origine humaine 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 de rayonnement artificielles

Étant donné que les rayonnements ionisants ont de nombreuses utilisations industrielles et médicales, les personnes peuvent également être exposées à des sources de rayonnement d’origine humaine. Les sources artificielles comprennent les utilisations médicales des rayonnements, les résidus des 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 très faibles en intensité et en dose totale et ne présentent pas d’effets sanitaires plus importants. Dans chaque cas, l’utilité du rayonnement ionisant doit être équilibrée avec ses dangers. De nos jours, un compromis a été trouvé et la plupart des utilisations du rayonnement 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 de la chaussure). 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 interrompue lorsque les risques de rayonnements ionisants ont été mieux compris.

Il existe deux groupes distincts exposés à des sources de rayonnement d’origine humaine. Le Comité scientifique des Nations Unies sur les effets des rayonnements atomiques (UNSCEAR) a défini les types d’expositions humaines comme suit:

• l’exposition du public , qui est l’exposition des membres individuels du public et de la population en général
• 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 aux 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 et de construction routière
  • 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 au rayonnement du cycle du combustible nucléaire, de l’extraction et du traitement de l’uranium à l’élimination du combustible irradié. Il convient de noter que le public est également exposé aux rayonnements 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 reçoit une exposition minimale du transport de matières radioactives et des retombées des essais d’armes nucléaires et des accidents de réacteurs (tels que Tchernobyl).

Pour cette raison, la plupart des organismes de réglementation exigent de limiter à 100 mrem (1 mSv) par an l’exposition maximale aux rayonnements des particuliers.

Exposition professionnelle

Comme il 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 fait référence à toute exposition subie par les travailleurs au cours de leur travail, à l’exception des

1. expositions exclues et expositions d’activités exonérées impliquant des rayonnements ou des sources exonérées
2. toute exposition médicale
3. le rayonnement de fond naturel local normal.

En général, les personnes professionnellement exposées travaillent dans les domaines suivants:

• Installations du cycle du combustible
• Radiographie industrielle
• Services de radiologie (médical)
• Départements 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 emploi spécifique et des sources avec lesquelles ils 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 à une position du corps représentative de son exposition. Dans la plupart des situations d’exposition professionnelle, la dose efficace, E, peut être dérivée des quantités opérationnelles en utilisant la formule suivante:

La dose engagée est une quantité de dose qui mesure le risque sanitaire stochastique dû à un 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 divers examens et traitements médicaux. Les doses provenant de sources de rayonnement médical sont naturellement déterminées, qu’une personne ait subi ou non un traitement. En général, les expositions aux rayonnements provenant des 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 des conditions possibles de la maladie ou par les avantages d’un traitement précis. Ces doses comprennent les contributions de la radiologie diagnostique médicale et dentaire (radiographies diagnostiques), de la médecine nucléaire clinique et de la radiothérapie.

L’utilisation médicale des rayonnements ionisants reste un domaine en évolution rapide. Dans tous les cas, l’utilité des rayonnements ionisants doit être mise en balance avec ses dangers. De nos jours, un compromis a été trouvé et la plupart des utilisations du rayonnement 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 de la chaussure). 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 interrompue lorsque les risques de 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 – Radiographie des extrémités (main, pied, etc.)
• 5 µSv – Radiographie dentaire
• 10 µSv – Dose journalière moyenne reçue du milieu naturel
• 40 µSv – Un vol en avion de 5 heures
• 100 µSv – Radiographie thoracique
• 600 µSv – mammographie
• 1 000 µSv – Limite de dose pour chaque membre du public, dose efficace totale par an
• 3 650 µSv – Dose annuelle moyenne reçue du milieu naturel
• 5 800 µSv – tomodensitométrie thoracique
• 10 000 µSv – Dose annuelle moyenne reçue du milieu naturel à Ramsar, Iran
• 20000 µSv – tomodensitométrie complète du corps entier
• 80 000 µSv – La dose locale annuelle aux taches localisées au niveau des bifurcations des bronches segmentaires dans les poumons provoquées par la cigarette (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% dans les 30 jours (DL50 / 30), si la dose est reçue sur une très courte durée .

Comme on peut le voir, les doses faibles sont courantes dans la vie de tous les jours.

Tabac – Fumer des cigarettes – Dose de rayonnement

En plus des agents cancérigènes chimiques et non radioactifs, le tabac et la fumée de tabac contiennent de petites quantités de plomb-210 et de polonium-210 qui sont tous deux cancérigènes radioactifs. Il faut le souligner, les cigarettes et le tabac contiennent également du polonium-210, provenant des produits de décomposition du radon, qui collent aux feuilles de tabac. Le polonium-210 émet une particule alpha de 5,3 MeV, qui fournit la plupart de la dose équivalente. En raison de la désintégration du polonium-210, la dose locale annuelle aux taches localisées au niveau des bifurcations des bronches segmentaires dans les poumons provoquée par la cigarette (1,5 paquets / jour) est d’environ 80 mSv / an. Une forte consommation de tabac entraîne une dose de 160 mSv / an. Cette dose n’est pas facilement comparable aux limites de radioprotection, puisque ces derniers traitent des doses pour le corps entier, 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 l’incidence élevée du cancer du poumon chez les fumeurs.

Rappelons que le plomb 210 et le polonium 210 sont des noyaux fils 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 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 qui, en raison de sa densité élevée, s’accumule au sol. Le fait que le radon est du gazjoue un rôle crucial dans la propagation de tous ses noyaux filles. À mesure que le radon-222 se désintègre en plomb-210, le plomb-210 peut être attaché à la poussière des particules d’humidité et peut être collé aux feuilles de tabac. Lorsque ces particules sont concentrées en fumant et inhalées sous forme de fumée, une partie du plomb 210 est retenue par l’organisme. Étant donné que le plomb-210 est 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 , le produit de désintégration du plomb-210, émet une particule alpha de 5,3 MeV , qui fournit la plupart de la dose équivalente . Les particules alpha , qui appartiennent à un rayonnement à LET élevé , sont assez massives et portent une double charge positive, elles ont donc tendance à parcourir 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 volume plus petit (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 . Unela 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 réacteur nucléaire, bien qu’un réacteur nucléaire n’explose pas comme une arme nucléaire. La signature isotopique des retombées de l’explosion nucléaire est très différente des retombées d’un grave accident de réacteur de puissance.

En cas de doses de rayonnement dues aux retombées, nous considérons les matières radioactives résiduelles issues d’essais nucléaires (et non d’accidents de réacteurs) qui ont été réalisées notamment au cours des 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 conduits.

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 se produit 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, car les particules plus grosses et la plupart des débris atterrissent sur le sol ( retombées locales ). Mais des particules plus petites peuvent rester en altitude dans la haute atmosphère pendant des années. Ces particules peuvent donc être distribuées de manière presque uniforme dans le monde et contribuer aux soi-disant retombées mondiales . Des doses équivalentes de retombées mondiales ont chuté d’environ 130 mSv / 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 entraînera une dose de rayonnement faible mais croissante pour le grand public. Mais cela n’est pas généralement connu, la production d’électricité à partir du charbon crée également des expositions supplémentaires et, ce qui est plus intéressant, bien que les niveaux d’exposition soient très faibles, le cycle du charbon contribue à plus de la moitié de la dose totale de rayonnement à la population mondiale à partir 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 dans un groupe de personnes au cours de la période ou pendant l’opération considérée en raison des rayonnements ionisants, est:

• 670-1400 homme Sv pour le cycle du charbon, en fonction de l’âge de la centrale,
• 130 hommes Sv pour le cycle du combustible nucléaire,
• 5-160 hommes Sv pour l’énergie géothermique,
• 55 hommes Sv pour le gaz naturel
• 0,03 homme Sv pour l’huile

Oui, ces résultats doivent être considérés du point de vue de la part de chaque technologie dans la production mondiale d’électricité. Étant donné que 40% de l’énergie mondiale a été 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, en ce qui concerne l’extraction des métaux des 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 élevé 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 ).

Le rayonnement est tout autour de nous . Dans, autour et au-dessus du monde dans lequel nous vivons. C’est une force d’énergie naturelle qui nous entoure. C’est une partie de notre monde naturel qui est là depuis la naissance de notre planète. Toutes les créatures vivantes, depuis le début des temps, ont été et sont encore exposées aux rayonnements ionisants . Les rayonnements ionisants sont générés par des réactions nucléaires , la décroissance nucléaire , par des températures très élevées ou par l’accélération de particules chargées dans des champs électromagnétiques.

Rayonnement sur Terre et dans l’espace

Toutes les créatures vivantes, depuis le début des temps, ont été et sont encore exposées aux rayonnements ionisants . Ce rayonnement n’est associé à aucune activité humaine. Il y a des isotopes radioactifs dans notre corps, nos maisons, l’air, l’eau et le sol. Nous sommes tous également exposés aux rayonnements de l’espace.

Rayonnement sur Terre – Rayonnement de fond naturel

Nous divisons toutes ces sources de rayonnement naturel en trois groupes:

• Rayonnement cosmique . Le rayonnement cosmique fait référence aux sources de rayonnement sous forme de rayons cosmiques qui proviennent du soleil ou de l’espace. Au niveau du sol, les  muons , dont l’énergie est principalement comprise entre 1 et 20 GeV, contribuent à environ 75% du débit de dose absorbé dans l’air libre. Le reste provient d’électrons produits par les muons ou présents dans la cascade électromagnétique. La dose annuelle de rayons cosmiques  au niveau de la mer est d’environ  0,27 mSv  (27 mrem). Si vous vivez à des altitudes plus élevées ou si vous êtes un passager fréquent des compagnies aériennes, cette exposition peut être considérablement plus élevée, car l’atmosphère est plus mince ici. Les effets du  champ magnétique terrestre  déterminent également la dose du  rayonnement cosmique .
• Rayonnement terrestre . 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 l’uranium et les produits de désintégration de l’uranium, tels que le thorium, le radium et le radon. 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, Brésil (jusqu’à 50 µGy / h et au Kerala, Inde (environ 2 µGy / h), et sur des roches à forte concentration de radium à Ramsar, Iran (de 1 à 10). µGy / h) .La dose de rayonnement annuelle moyenne à une personne provenant du radon est d’environ  2 mSv / an et il peut varier sur plusieurs ordres de grandeur d’un endroit à l’autre. Le radon est si important qu’il est généralement traité séparément.
• Rayonnement interne . En plus des sources cosmiques et terrestres, toutes les personnes ont également des isotopes radioactifs de potassium-40, de carbone-14, de plomb-210 et d’autres à l’intérieur de leur corps depuis leur naissance. La concentration de potassium-40 est presque  stable  chez toutes les personnes à un niveau d’environ  55 Bq / kg  (3850 Bq au total), ce qui correspond à la dose efficace annuelle de  0,2 mSv . La dose annuelle de carbone 14 est estimée à environ  12 μSv / an .

Rayonnement dans l’espace

Le rayonnement cosmique  fait référence aux sources de rayonnement sous forme de  rayons cosmiques  qui proviennent du Soleil ou de l’espace. La Terre a toujours été bombardée par des particules de haute énergie provenant de l’espace extra-atmosphérique qui génèrent des averses de particules secondaires dans la basse atmosphère. Les particules chargées (en particulier les protons de haute énergie) du soleil et de l’espace interagissent avec l’atmosphère et le champ magnétique de la Terre pour produire une  pluie de radiations (c’est-à-dire une douche d’air), généralement  des radiations bêta  et  gamma . Si vous vivez à des altitudes plus élevées ou si vous êtes un passager fréquent des compagnies aériennes, cette exposition peut être considérablement plus élevée, car l’atmosphère est plus mince ici. Les effets du  champ magnétique terrestre détermine également la dose de  rayonnement cosmique .

Composition du rayonnement cosmique

Le  rayonnement cosmique primaire est  constitué d’un mélange de protons de  haute énergie  (~ 87%), de  particules alpha  (~ 11%),  d’électrons de haute énergie  (~ 1%) et d’une trace de noyaux plus lourds (~ 1%). L’énergie de ces particules se situe entre 10 ⁸  eV et 10 ²⁰  eV. Une très petite fraction est constituée de particules stables d’  antimatière , telles que des  positons  ou des  antiprotons . La nature précise de cette fraction restante est un domaine de recherche active.

Énergie des rayons cosmiques

On a observé que les énergies des rayons cosmiques à ultra-haute énergie (UHECR) les plus énergétiques approchent de 3 x 10 ²⁰  eV, environ 40 millions de fois l’énergie des particules accélérée par le Grand collisionneur de hadrons. L’origine des particules de haute énergie provient de l’espace extra-atmosphérique. On suppose que les particules d’une énergie allant jusqu’à environ 10 ¹⁵  eV proviennent de notre propre galaxie, tandis que celles dont les énergies sont les plus élevées ont probablement une origine extragalactique.

Classification du rayonnement cosmique

Le rayonnement cosmique peut être divisé en différents types selon son origine. Il existe trois principales sources de rayonnement:

• Rayonnement cosmique solaire . Le rayonnement cosmique solaire fait référence aux sources de rayonnement sous forme de particules de haute énergie (principalement des protons) émises par le soleil, principalement lors d’événements de particules solaires (SPE). Le rayonnement solaire est un risque de rayonnement important pour les vaisseaux spatiaux et les astronautes, il produit également des débits de dose importants à haute altitude, mais seul le rayonnement le plus énergétique contribue aux doses au niveau du sol. Notez que quiconque avait été à la surface de la Lune lors d’une éruption solaire particulièrement violente en 2005 aurait reçu une  dose mortelle .
• Rayonnement cosmique galactique . Le rayonnement cosmique galactique, GCR, fait référence à des sources de rayonnement sous forme de particules de haute énergie provenant de l’extérieur du système solaire, mais généralement de l’intérieur de notre galaxie de la Voie lactée. La composante nucléonique est alors constituée d’un mélange de protons de haute énergie (~ 86%), de particules alpha (~ 12%) et d’une trace de noyaux plus lourds (~ 1%). Les GCR sont piégés par le champ magnétique galactique, ils ont donc probablement été accélérés au cours des derniers millions d’années et ont voyagé à plusieurs reprises à travers la galaxie. Leur mécanisme d’accélération est incertain, mais l’un des mécanismes possibles est que les particules sont accélérées par des ondes de choc se propageant à partir des supernovas. L’énergie de ces particules se situe entre 10 ⁸  eV et 10 ²⁰  eV.

• 

  Rayonnement des ceintures de rayonnement de la Terre (ceintures de van Allen ). Les ceintures de radiation Van Allen sont zones de particules de haute énergie (en particulier les protons) piégées par le champ magnétique terrestre. La plupart de ces particules de haute énergie proviennent du vent solaire, qui ont été capturées et maintenues autour d’une planète par le champ magnétique terrestre. La ceinture de van Allen est formée comme un tore au-dessus de l’équateur. Il existe deux ceintures de rayonnement van Allen, une ceinture interne est centrée à environ 3 000 kilomètres et une ceinture externe est centrée à environ 22 000 kilomètres de la surface de la Terre. Il contient principalement des protons énergétiques dans la gamme 10-100 MeV. Les engins spatiaux voyageant au-delà de l’orbite terrestre basse entrent dans la zone de rayonnement des ceintures de Van Allen. Au-delà des ceintures, ils sont confrontés à des risques supplémentaires dus aux rayons cosmiques et aux événements de particules solaires. Une région entre les ceintures intérieure et extérieure de Van Allen se situe entre deux et quatre rayons terrestres et est parfois appelée «zone de sécurité».

Le tritium est le seul radio – isotope naturel de l’hydrogène. Son numéro atomique est naturellement 1 ce qui signifie qu’il y a 1 proton et 1 électron dans la structure atomique. Contrairement au noyau d’hydrogène et au noyau de deutérium, le tritium a 2 neutrons dans le noyau. Le tritium est d’origine naturelle, mais il est extrêmement rare .

Le tritium est produit dans l’atmosphère lorsque les rayons cosmiques entrent en collision avec les molécules d’air. Dans la réaction la plus importante pour la production naturelle, un neutron rapide (qui doit avoir une énergie supérieure à 4,0 MeV) interagit avec l’azote atmosphérique:

Dans le monde, la production de tritium d’origine naturelle est de 148 pétabecquerels par an. En conséquence, l’eau tritiée produite participe au cycle de l’eau.

• environ 400 Bq / m ³ dans l’eau continentale
• environ 100 Bq / m ³ dans les océans

Le tritium est un isotope radioactif, mais il émet une forme de rayonnement très faible, une particule bêta de faible énergie semblable à un électron. Il s’agit d’un émetteur bêta pur (c’est-à-dire émetteur bêta sans rayonnement gamma d’ accompagnement ). L’énergie cinétique de l’électron varie, avec une moyenne de 5,7 keV, tandis que l’énergie restante est emportée par l’ antineutrino électronique presque indétectable . Une si faible énergie d’électrons provoque, que l’électron ne peut pas pénétrer la peau ou même ne voyage pas très loin dans l’air. Les particules bêta du tritium ne peuvent pénétrer qu’environ 6,0 mm d’air. Le tritium se désintègre via une désintégration bêta négative en hélium-3 avec une demi-vie de 12,3 ans .

Par conséquent, le tritium présente un risque pour la santé en raison de l’exposition interne uniquement après ingestion dans l’eau potable ou les aliments, ou par inhalation ou absorption par la peau. Le tritium absorbé par le corps est uniformément réparti entre tous les tissus mous. Une dose annuelle moyenne provenant de l’apport naturel de tritium est de 0,01 μSv .

En cas d’ingestion ou d’inhalation artificielle de tritium, une mi-temps biologique de tritium est de 10 jours pour HTO et de 40 jours pour OBT (tritium lié organiquement) formé à partir de HTO dans le corps des adultes. Il a également été montré que la mi-temps biologique de l’HTO dépend fortement de nombreuses variables et varie d’environ 4 à 18 jours. Pendant les mois les plus chauds, la demi-vie moyenne est inférieure, ce qui est attribué à une augmentation de l’apport d’eau. De plus, boire de plus grandes quantités d’alcool réduira la demi-vie biologique de l’eau dans le corps.

Carbone-14

Le seul radionucléide cosmogène à apporter une contribution significative à l’exposition interne de l’homme est le carbone 14. Le carbone 14 radioactif a une demi-vie de 5730 ans et subit une désintégration β− , où le neutron est converti en proton , en électron et en antineutrino électronique :

Malgré cette courte demi-vie par rapport à l’âge de la terre, le carbone 14 est un isotope naturel. Sa présence peut s’expliquer par la simple observation suivante. Notre atmosphère contient de nombreux gaz, dont l’azote-14. De plus, l’atmosphère est constamment bombardée de rayons cosmiques de haute énergie , constitués de protons, de noyaux plus lourds ou de rayons gamma. Ces rayons cosmiques interagissent avec les noyaux de l’atmosphère et produisent également des neutrons de haute énergie . Ces neutrons produits lors de ces collisions peuvent être absorbés par l’azote-14 pour produire un isotope du carbone-14:

Le carbone 14 peut également être produit dans l’atmosphère par d’autres réactions neutroniques, notamment le 13C (n, γ) 14C et le 17O (n, α) 14C. En conséquence, le carbone 14 est formé en continu dans la haute atmosphère par l’interaction des rayons cosmiques avec l’azote atmosphérique. En moyenne, seulement un atome de carbone sur 1,3 x 10 ¹² dans l’atmosphère est un atome de carbone 14 radioactif. En conséquence, toutes les substances biologiques vivantes contiennent la même quantité de C-14 par gramme de carbone, soit 0,3 Bq d’activité de carbone-14 par gramme de carbone. Le carbone 14 est présent dans le corps humain (13 kg de carbone pour 70 kg d’humain) à un niveau d’environ 3700 Bq (0,1 μCi) avec une demi-vie biologique de 40 jours. Notez que la demi-vie biologiqueest le temps mis pour que la quantité d’un élément particulier dans le corps diminue jusqu’à la moitié de sa valeur initiale en raison de l’élimination par les seuls processus biologiques. Cependant, un atome de carbone fait partie des informations génétiques d’environ la moitié des cellules, tandis que le potassium n’est pas un composant de l’ADN. La désintégration d’un atome de carbone 14 à l’intérieur de l’ADN chez une personne se produit environ 50 fois par seconde, transformant un atome de carbone en azote.

La dose annuelle de carbone 14 est estimée à environ 12 μSv / an .

Tant que le système biologique est vivant, le niveau est constant en raison de l’apport constant de tous les isotopes de carbone. Lorsque le système biologique meurt, il cesse d’échanger du carbone avec son environnement, et à partir de ce moment, la quantité de carbone 14 qu’il contient commence à diminuer à mesure que le carbone 14 subit une décroissance radioactive.

Voir aussi: Rencontres Carbon-14

Le terme ALARP découle de la législation britannique, en particulier de la loi de 1974 sur la santé et la sécurité au travail, etc., qui exige «la fourniture et l’entretien d’installations et de systèmes de travail qui sont, dans la mesure du possible, sûrs et sans risques pour la santé». L’expression So Far As is Reasonably Practicable ( SFARP ) dans cette clause et dans des clauses similaires est interprétée comme conduisant à une exigence selon laquelle les risques doivent être réduits à un niveau aussi bas que raisonnablement praticable (ALARP). ALARP, utilisé surtout au Royaume-Uni, est un terme beaucoup plus large que ALARA, car il est applicable dans divers domaines de la réglementation et de la gestion des systèmes critiques pour la sécurité et liés à la sécurité.

Le terme «aussi bas que raisonnablement possible» (ALARA) utilisé dans le principe d’optimisation est synonyme d’ALARP et est le terme utilisé pour décrire le processus de réduction des risques en dehors du Royaume-Uni. Le terme ALARA, ou «aussi bas que raisonnablement possible» est utilisé de manière interchangeable aux États-Unis d’Amérique, presque exclusivement dans le domaine de la radioprotection. ALARA et ALARP sont considérés comme équivalents en termes de sens et de finalité.

L’un des principes de la radioprotection est l’optimisation de la protection, qui nécessite que:

«Les doses doivent toutes être maintenues à un niveau aussi bas que raisonnablement possible» .

Cette déclaration est connue sous le nom de principe ALARA . ALARA est un acronyme pour «aussi bas que raisonnablement possible». Le principe ALARA signifie que nous devons faire tous les efforts raisonnables pour maintenir les expositions aux rayonnements aussi en dessous des limites de dose dans cette partie que cela est pratique compatible avec le but pour lequel l’activité autorisée est entreprise, tout en ne gaspillant pas beaucoup de argent, temps et efforts pour le faire. Le principe ALARA découle du fait que du temps, des efforts et de l’argent infinis pourraient être dépensés pour réduire un risque à zéro.

Si la source de rayonnement est trop intensive et que le temps ou la distance n’assurent pas une radioprotection suffisante, le blindage doit être utilisé. La protection contre les radiations est généralement constituée de barrières de plomb, de béton ou d’eau. Il existe de nombreux matériaux qui peuvent être utilisés pour la protection contre les radiations, mais il existe également de nombreuses situations en matière de radioprotection. Cela dépend fortement du type de rayonnement à protéger, de son énergie et de nombreux autres paramètres.

Généralement, le blindage des rayons gamma est basé sur la théorie de l’atténuation , qui utilise le concept de couches à demi-valeur. La couche de demi-valeur exprime l’épaisseur du matériau absorbant nécessaire pour réduire l’intensité du rayonnement incident d’un facteur deux . En conséquence, selon la théorie de l’atténuation, il est impossible de protéger complètement le rayonnement , car l’atténuation est exponentielle. Presque chaque fois qu’un rayonnement, aussi petit soit-il, traverse le bouclier anti-rayonnement.

Rappelons que le système de protection est aujourd’hui basé sur l’ hypothèse LNT , en supposant que tous les rayonnements sont mauvais et que l’effet délétère (essentiellement le risque de cancer) augmente linéairement avec une dose sans seuil (commencer à zéro). Mais nous ne pouvons pas protéger complètement le rayonnement, car cela nécessiterait des écrans de rayonnement d’épaisseur infinie. Quelle est donc l’épaisseur optimale du bouclier anti-rayonnement? Étant donné que la dose zéro ne peut être atteint, nous ne pouvons minimiser les effets du rayonnement A de la L OW A s est R easonable A chievable (le ALARA– principe). Le principe ALARA se reflète également dans les limites de dose. En général, ces limites sont fixées pour limiter les effets stochastiques à un niveau acceptable et pour empêcher complètement les effets déterministes .

Les concentrations de matières radioactives dans l’air sont limitées par la concentration en air dérivée (DAC), qui est dérivée de l’ALI. Le DAC est la concentration d’activité dans l’air en unités de Bq / m ³ du radionucléide considéré, ce qui conduirait à l’apport d’un ALI (Bq) en supposant un rythme respiratoire moyen de 1,1 m ³ / h et un temps de travail annuel de 2000 h (une prise d’air annuelle de 2200 m ³ ).

Le CAD a été défini par la CIPR dans la publication 60 (CIPR, 1991b, paragraphe S30) comme:

«La concentration d’air dérivée est égale à la limite annuelle d’admission, ALI, (d’un radionucléide) divisée par le volume d’air inhalé par une personne de référence au cours d’une année de travail (soit 2,2 × 10 ³ m ³ ). L’unité du CAD est le Bq / m ^3. »

Référence spéciale: CIPR, 2007. Les recommandations de 2007 de la Commission internationale de protection radiologique. Publication 103 de la CIPR. Ann. ICRP 37 (2-4).

Par conséquent, si nous divisons l’ALI par 2200 m ³ , nous obtiendrons le DAC en Bq / m ³ . Par exemple, l’ALI de l’iode 131 est de 1 x 10 ⁶ Bq. Le CAD correspondant sera de 1 000 000/2400 = 417 Bq / m ³ .

Le CAD du radionucléide j est donné par:

Si un travailleur respire de l’air contenant des matières radioactives à une concentration de 1 DAC pendant une heure, alors le travailleur a été exposé à 1 DAC.hr.

Voir aussi: Contamination aéroportée

Limite annuelle d’admission – ALI

Dans l’évaluation des doses efficaces engagées pour les travailleurs, les apports de matières radioactives sont contrôlés par la limite annuelle d’apport (ALI) définie par la CIPR, et exprimés en unités d’activité ( becquerels ou curies ).

L’ALI a été défini par la CIPR dans la publication 60 (CIPR, 1991b, paragraphe S30) comme:

« L’apport d’activité (Bq) d’un radionucléide qui conduirait à une dose efficace correspondant à la limite annuelle limite E _{; w} , dans l’hypothèse où le travailleur n’est exposé qu’à ce radionucléide. »

L’ALI du radionucléide j est alors:

où e (50) est le coefficient de dose efficace de référence correspondant en (Sv / Bq). Ce coefficient de dose, e (T), est déterminé par la radiotoxicité d’un nucléide, et il tient compte des facteurs de pondération des rayonnements et des tissus, des informations métaboliques et biocinétiques.

Voir aussi: ICRP, 1994. Coefficients de dose pour les apports de radionucléides par les travailleurs. Publication 68 de la CIPR. Ann. CIPR 24 (4).

Dans la publication 60, la Commission a recommandé que l’ALI soit basé sur la limite de dose de la limite E _{, w} = 0,020 Sv par an, sans moyenne temporelle. Pour les membres du public _limite E _{; w} = 0,001 Sv est la valeur recommandée.

Par exemple, supposons un apport de tritium radioactif . Pour le tritium, l’apport limite annuel (ALI) est de 1 x 10 ⁹ Bq. Si vous absorbez 1 x 10 ⁹ Bq de tritium, vous recevrez une dose de 20 mSv pour tout le corps. Notez que la demi-vie biologique est d’ environ 10 jours, tandis que la demi-vie radioactive est d’environ 12 ans. Au lieu d’années, il faut quelques mois pour que le tritium soit assez bien éliminé. La dose efficace engagée , E (t), est donc de 20 mSv. Cela ne dépend pas si une personne entreprend cette activité en peu de temps ou en longtemps. Dans tous les cas, cette personne reçoit la même dose pour tout le corps de 20 mSv.

Pour ¹³¹ I, la CIPR a calculé que si vous inhalez 1 x 10 ⁶ Bq (ALI pour ¹³¹ I), vous recevrez une dose thyroïdienne de HT = 400 mSv (et une dose pondérée pour tout le corps de 20 mSv).

Exposition professionnelle – Dose efficace

Dans la plupart des situations d’exposition professionnelle, la dose efficace , E, peut être dérivée des quantités opérationnelles en utilisant la formule suivante:

La dose engagée est une quantité de dose qui mesure le risque sanitaire stochastique dû à un apport de matières radioactives dans le corps humain. Étant donné que la limite de dose opérationnelle de 20 mSv s’applique à la somme des expositions internes et externes, si un travailleur a une dose externe, l’ALI doit être modifié ou compensé pour tenir compte de la dose externe. Par exemple, supposons que le travailleur ait 10 mSv de sources externes de rayonnement. Seuls 10 mSv supplémentaires sont autorisés par les rayonnements internes avant que le travailleur n’atteigne la limite professionnelle du corps entier.

Voir aussi: Limites de dose