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 terrestredétermine également la dose de rayonnement cosmique .
Au niveau du sol, les muons , dont les énergies se situent principalement 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).
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.
Par la suite, un grand nombre de particules secondaires , en particulier des neutrons et des pions chargés, sont produits à la suite des interactions entre les particules primaires et l’atmosphère terrestre. Comme les pions sont des particules subatomiques à courte durée de vie, la désintégration ultérieure des pions entraîne la production de muons de haute énergie . Au niveau du sol, les muons , dont les énergies se situent principalement entre 1 et 20 GeV, contribuent à environ 75% du débit de dose absorbé dans l’air libre. Le débit de dose du rayonnement cosmique varie dans différentes parties du monde et il dépend fortement du champ géomagnétique , de l’ altitude et du cycle solaire. Le débit de dose de rayonnement cosmique dans les avions est si élevé que, selon le rapport UNSCEAR 2000 des Nations Unies, les travailleurs des équipages de conduite aérienne reçoivent en moyenne plus de dose que tout autre travailleur, y compris ceux des centrales nucléaires.
Nous devons également inclure les neutrons au niveau du sol. Les rayons cosmiques interagissent avec les noyaux de l’atmosphère et produisent également des neutrons de haute énergie . Selon l’UNSCEAR, la fluidité des neutrons est de 0,0123 cm -2 s –1 au niveau de la mer pour une latitude géomagnétique de 45 N. Sur cette base, la dose annuelle effective des neutrons au niveau de la mer et à 50 degrés de latitude est estimée à 0,08 mSv (8 mrem). Il convient de noter qu’à proximité d’objets plus gros et plus lourds, par exemple des bâtiments ou des navires, le flux neutronique mesure plus haut. Cet effet est connu sous le nom de «signature neutronique induite par les rayons cosmiques» ou « effet navire».»Car il a été détecté pour la première fois avec des navires en mer. Les rayons cosmiques créent des douches dans l’atmosphère qui incluent un large spectre de neutrons secondaires, de muons et de protons. Les neutrons secondaires peuvent être d’une énergie très élevée et peuvent induire des événements de spallation dans les matériaux au niveau du sol. Par conséquent, à proximité d’objets plus gros et plus lourds, ces multiples neutrons produits lors d’événements de spallation sont appelés neutrons à «effet navire» .
Débit de dose dans l’avion – rayonnement en vol
L’exposition au rayonnement cosmique augmente rapidement avec l’altitude. En vol, il y a deux sources principales de rayonnement naturel à considérer: les rayons cosmiques galactiques qui sont toujours présents et les événements de protons solaires, parfois appelés événements de rayons cosmiques solaires (SCR), qui se produisent de façon sporadique. Le débit de dose du rayonnement cosmique varie dans différentes parties du monde et il dépend fortement du champ géomagnétique, de l’altitude et du cycle solaire. Le champ de rayonnement aux altitudes des avions est constitué de neutrons, de protons et de pions. En vol, les neutrons représentent 40 à 80% de la dose équivalente, en fonction du champ géomagnétique, de l’altitude et du cycle solaire. Le débit de dose de rayonnement cosmique dans les avions est si élevé (mais pas dangereux) que, selon le rapport UNSCEAR 2000 des Nations Unies, les travailleurs des équipages de conduite aérienne reçoivent en moyenne plus de doses que tout autre travailleur, y compris ceux des centrales nucléaires.
Le débit de dose au niveau du sol est en moyenne d’environ 0,10 μSv / h, mais à l’altitude de vol maximale (8,8 km ou 29 000 ft), il peut atteindre environ 2,0 μSv / h (voire des valeurs plus élevées). Un débit de dose de 4 μSv / h peut être utilisé pour représenter le débit de dose moyen pour tous les vols long-courriers (en raison des altitudes plus élevées). Il faut ajouter, pour les avions supersoniques comme le Concorde, qui pourraient effectuer un vol transatlantique en 3,5 heures, le taux d’exposition (environ 9 μSv / h ) à leur altitude de 18 km a été suffisamment augmenté pour aboutir à la même exposition aux rayons cosmiques par traversée comme pour les jets conventionnels qui filent à environ 8 km.
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