Qu’est-ce que Sievert – Gris – Becquerel – Conversion – Calcul – Définition

Mais quelle est la relation entre les becquerels (radioactivité), les gray (dose absorbée) et les sieverts (dose équivalente)? Cet article montre comment convertir et calculer ces quantités. Dosimétrie des rayonnements

sievert - rayonnementEn radioprotection, le sievert est une unité dérivée de dose équivalente et de dose efficace. Le sievert représente l’effet biologique équivalent du dépôt d’un joule d’énergie de rayons gamma dans un kilogramme de tissu humain. Mais quelle est la relation entre les becquerels (radioactivité) et les sieverts (dose équivalente)?

Dans les chapitres précédents, nous avons discuté de la radioactivité et de l’intensité d’une source radioactive, généralement mesurée en becquerels . Mais toute source radioactive ne présente aucun risque biologique tant qu’elle est isolée des environnements. Cependant, lorsque des personnes ou un autre système (également non biologique) sont exposés aux rayonnements, de l’énergie est déposée dans le matériau et la dose de rayonnement est délivrée.

Il est donc très important de faire la distinction entre la radioactivité d’une source radioactive et la dose de rayonnement qui peut résulter de la source. Généralement, la dose de rayonnement dépend des facteurs suivants concernant la source radioactive:

  • Activité. L’activité de la source influence directement la dose de rayonnement déposée dans le matériau.
  • Type de rayonnement . Chaque type de rayonnement interagit avec la matière d’une manière différente . Par exemple, des particules chargées de hautes énergies peuvent directement ioniser les atomes. D’autre part, les particules électriquement neutres n’interagissent qu’indirectement, mais peuvent également transférer une partie ou la totalité de leurs énergies à la matière.
  • Distance. La quantité d’exposition au rayonnement dépend de la distance de la source de rayonnement. Comme pour la chaleur d’un incendie, 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 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.
  • Temps. La quantité d’exposition aux rayonnements dépend directement (linéairement) du temps que les gens passent près de la source de rayonnement.
  • Blindage. Enfin, la dose de rayonnement dépend également du matériau entre la source et l’objet. Si la source est trop intensive et que le temps ou la distance n’assurent pas une radioprotection suffisante, le blindage peut être utilisé.

Le danger des rayonnements ionisants réside dans le fait que les rayonnements sont invisibles et non directement détectables par les sens humains. Les gens ne peuvent ni voir ni ressentir le rayonnement, mais il dépose de l’énergie dans les molécules du corps. L’énergie est transférée en petites quantités pour chaque interaction entre le rayonnement et une molécule et il existe généralement de nombreuses interactions de ce type.

Sievert et Gray

La dose absorbée est définie comme la quantité d’énergie déposée par les rayonnements ionisants dans une substance. La dose absorbée est donnée le symbole D . La dose absorbée est généralement mesurée dans une unité appelée le gris (Gy), qui est dérivée du système SI. Le rad non-SI est parfois également utilisé, principalement aux États-Unis.

dose absorbée - définition

Aux fins de la radioprotection , la dose absorbée est calculée en moyenne sur un organe ou un tissu, T, et cette moyenne de dose absorbée est pondérée pour la qualité du rayonnement en termes de facteur de pondération du rayonnement , w R , pour le type et l’énergie du rayonnement incident sur le corps. Le facteur de pondération du rayonnement est un facteur sans dimension utilisé pour déterminer la dose équivalente à partir de la dose absorbée moyenne sur un tissu ou un organe et est basé sur le type de rayonnement absorbé. La dose pondérée résultante a été désignée comme la dose équivalente d’organe ou de tissu:

dose équivalente - équation - définition

Facteurs de pondération des rayonnements - courant - ICRP
Tableau des facteurs de pondération des rayonnements. Source: CIPR Publ. 103: Les recommandations de 2007 de la Commission internationale de protection radiologique

Une dose équivalente d’ un Sievert représente la quantité de dose de rayonnement qui est équivalente, en termes de dommages biologiques spécifiés , à un gris de rayons X ou de rayons gamma . Une dose d’ un Sv causée par un rayonnement gamma équivaut à un dépôt d’énergie d’un joule dans un kilogramme de tissu. Cela signifie qu’un sievert équivaut à un gray de rayons gamma déposés dans certains tissus. D’un autre côté, des dommages biologiques similaires (un sievert) ne peuvent être causés que par 1/20 de gray de rayonnement alpha (dû à un w R élevé de rayonnement alpha). Par conséquent, le sievert n’est pas une unité de dose physique. Par exemple, une dose absorbée de 1 Gy par des particules alpha entraînera une dose équivalente de 20 Sv. Cela peut sembler être un paradoxe. Cela implique que l’énergie du champ de rayonnement incident en joules a augmenté d’un facteur 20, violant ainsi les lois de conservation de l’énergie . Cependant, ce n’est pas le cas. Sievert est dérivé de la quantité physique absorbée, mais prend également en compte l’ efficacité biologique du rayonnement, qui dépend du type de rayonnement et de l’énergie. Le facteur de pondération du rayonnement fait que le sievert ne peut pas être une unité physique.

Un sievert est une grande quantité de dose équivalente. Une personne qui a absorbé une dose corporelle totale de 1 Sv a absorbé un joule d’énergie dans chaque kg de tissu corporel (en cas de rayons gamma).

Les doses équivalentes  mesurées dans l’industrie et la médecine ont souvent des doses généralement inférieures à un sievert, et les multiples suivants sont souvent utilisés:

1 mSv (millisievert) = 1E-3 Sv

1 µSv (microsievert) = 1E-6 Sv

Les conversions des unités SI en d’autres unités sont les suivantes:

  • 1 Sv = 100 rem
  • 1 mSv = 100 mrem

Facteurs de pondération des rayonnements – ICRP

Pour le rayonnement photonique et électronique, le facteur de pondération du rayonnement a la valeur 1 indépendamment de l’énergie du rayonnement et pour le rayonnement alpha la valeur 20. Pour le rayonnement neutronique, la valeur dépend de l’énergie et s’élève à 5 à 20.

Facteurs de pondération des rayonnements
Source: ICRP, 2003. Efficacité biologique relative (EBR), facteur de qualité (Q) et facteur de pondération des radiations (wR). Publication 92 de la CIPR. Ann. CIPR 33 (4).

En 2007, la CIPR a publié un nouvel ensemble de facteurs de pondération des rayonnements (CIPR Publ. 103: Les recommandations de 2007 de la Commission internationale de protection radiologique). Ces facteurs sont indiqués ci-dessous.

Facteurs de pondération des rayonnements - courant - ICRP
Source: CIPR, 2007. Publ. 103: Les recommandations de 2007 de la Commission internationale de protection radiologique.

Comme le montre le tableau, aw R de 1 est pour toutes les radiations à faible LET, c’est-à-dire les rayons X et les rayons gamma de toutes les énergies ainsi que les électrons et les muons. Une courbe lisse, considérée comme une approximation, a été ajustée aux valeurs de w R en fonction de l’énergie neutronique incidente. Notez que E n est l’énergie neutronique en MeV.

facteur de pondération de rayonnement - neutrons - ICRP
Le facteur de pondération du rayonnement wR pour les neutrons introduit dans la publication 60 (ICRP, 1991) en tant que fonction discontinue de l’énergie neutronique (- – -) et de la modification proposée (-).

Ainsi, par exemple, une dose absorbée de 1 Gy par des particules alpha conduira à une dose équivalente de 20 Sv, et une dose équivalente de rayonnement est estimée avoir le même effet biologique qu’une quantité égale de dose absorbée de rayons gamma, qui est étant donné un facteur de pondération de 1.

Voir aussi: Facteur de qualité

Dose efficace – Sieverts

facteur de pondération tissulaire - ICRPLa dose efficace est une quantité de dose définie comme la somme des doses équivalentes aux tissus pondérées par les facteurs de pondération des organes (tissus) de la CIPR, w T , qui tient compte de la sensibilité variable des différents organes et tissus aux rayonnements.

La dose efficace permet de déterminer les conséquences biologiques d’une irradiation partielle (non uniforme) aux conséquences d’une irradiation complète. Divers tissus corporels réagissent aux rayonnements ionisants de différentes manières, de sorte que la CIPR a attribué des facteurs de sensibilité à des tissus et organes spécifiés de sorte que l’effet d’une irradiation partielle puisse être calculé si les régions irradiées sont connues.

Dans la publication 60, la CIPR définit la dose efficace comme la somme doublement pondérée de la dose absorbée dans tous les organes et tissus du corps. Les limites de dose sont fixées en termes de dose efficace et s’appliquent à l’individu à des fins de radioprotection, y compris l’évaluation du risque en termes généraux. Mathématiquement, la dose efficace peut être exprimée comme suit:

dose efficace - définition

 

Exemples de doses à Sieverts

Nous devons noter que 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 ici depuis la naissance de notre planète. Dans les points suivants, nous essayons d’exprimer d’énormes plages d’exposition aux rayonnements, qui peuvent être obtenues à partir de diverses sources.

  • 0,05 µSv – Dormir à côté de quelqu’un
  • 0,09 µSv – Vivant à moins de 30 miles d’une centrale nucléaire pendant un an
  • 0,1 µSv – Manger une banane
  • 0,3 µSv – Vivant à moins de 50 miles d’une centrale à charbon pendant un an
  • 10 µSv – Dose journalière moyenne reçue du milieu naturel
  • 20 µSv – Radiographie thoracique
  • 40 µSv – Un vol en avion de 5 heures
  • 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
  • 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. Les exemples précédents peuvent aider à illustrer les grandeurs relatives. Du point de vue des conséquences biologiques, il est très important de distinguer les doses reçues sur des périodes courtes et prolongées . Une « dose aiguë » est une dose qui se produit sur une courte période de temps, tandis qu’une « dose chronique »»Est une dose qui se prolonge pendant une période de temps prolongée afin d’être mieux décrite par un débit de dose. Des doses élevées ont tendance à tuer les cellules, tandis que de faibles doses ont tendance à les endommager ou à les modifier. De faibles doses réparties sur de longues périodes ne causent pas de problème immédiat à aucun organe du corps. Les effets de faibles doses de rayonnement se produisent au niveau de la cellule et les résultats peuvent ne pas être observés pendant de nombreuses années.

Calcul du débit de dose blindé chez Sieverts

Supposons la source isotrope ponctuelle qui contient 1,0 Ci de 137 Cs , qui a une demi-vie de 30,2 ans . Notez que la relation entre la demi-vie et la quantité de radionucléide nécessaire pour donner une activité d’ un curie est indiquée ci-dessous. Cette quantité de matière peut être calculée en utilisant λ, qui est la constante de désintégration de certains nucléides:

Curie - Unité d'activité

Environ 94,6 pour cent se désintègre par émission bêta vers un isomère nucléaire métastable du baryum: le baryum-137m. Le pic photonique principal de Ba-137m est de 662 keV . Pour ce calcul, supposons que toutes les désintégrations passent par ce canal.

Calculez le débit de dose de photons primaires , en gray par heure (Gy.h -1 ), à la surface extérieure d’un blindage en plomb de 5 cm d’épaisseur. Calculez ensuite le débit de dose équivalent . Supposons que ce champ de rayonnement externe pénètre uniformément dans tout le corps. Le débit de dose de photons primaires néglige toutes les particules secondaires. Supposons que la distance effective de la source au point de dose soit de 10 cm . Nous supposerons également que le point de dose est un tissu mou et qu’il peut raisonnablement être simulé par l’eau et nous utilisons le coefficient d’absorption d’énergie de masse pour l’eau.

Voir aussi: Atténuation des rayons gamma

Voir aussi: Blindage des rayons gamma

Solution:

Le débit de dose des photons primaires est atténué de façon exponentielle , et le débit de dose des photons primaires, en tenant compte du blindage, est donné par:

calcul du débit de dose

Comme on peut le voir, nous ne tenons pas compte de l’accumulation de rayonnement secondaire. Si des particules secondaires sont produites ou si le rayonnement primaire change d’énergie ou de direction, l’atténuation effective sera alors beaucoup moins importante. Cette hypothèse sous-estime généralement le véritable débit de dose, en particulier pour les écrans épais et lorsque le point de dose est proche de la surface de l’écran, mais cette hypothèse simplifie tous les calculs. Dans ce cas, le véritable débit de dose (avec l’accumulation de rayonnement secondaire) sera plus de deux fois plus élevé.

Pour calculer le débit de dose absorbé , nous devons utiliser dans la formule:

  • k = 5,76 x 10 -7
  • S = 3,7 x 10 10 s -1
  • E = 0,662 MeV
  • μ t / ρ =  0,0326 cm 2 / g (les valeurs sont disponibles au NIST)
  • μ = 1,289 cm -1 (les valeurs sont disponibles au NIST)
  • D = 5 cm
  • r = 10 cm

Résultat:

Le débit de dose absorbé résultant en gray par heure est alors:

débit de dose absorbé - gray - calcul

Étant donné que le facteur de pondération de rayonnement pour les rayons gamma est égal à un et que nous avons supposé le champ de rayonnement uniforme, nous pouvons calculer directement le débit de dose équivalent à partir du débit de dose absorbé comme suit:

dose équivalente - sievert - calcul

Si nous voulons tenir compte de l’accumulation de rayonnement secondaire, nous devons inclure le facteur d’accumulation. La formule étendue pour le débit de dose est alors:

débit de dose absorbé - gris

 

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