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Centrale nucléaire Isar, Allemagne

Piscine de combustible nucléaire usé

Turbine d'une centrale nucléaire

Radioactivité

Radioactivité

Qu'est-ce que la radioactivité?

Nous définissons la radioactivité comme l'émission spontanée de particules (particules alpha, particules bêta, neutrons) ou de rayonnement (portée, capture K), ou les deux en même temps, à partir de la désintégration de certains nucléides qui les forment, en raison d'un arrangement dans sa structure interne

La désintégration radioactive se produit dans les noyaux atomiques instables, c'est-à-dire ceux qui n'ont pas suffisamment d'énergie de liaison pour maintenir le noyau en raison d'un excès de protons ou de neutrons.

La radioactivité peut être naturelle ou artificielle. Dans la radioactivité naturelle, la substance la possède déjà à l'état naturel. Dans la radioactivité artificielle, la radioactivité a été induite par irradiation.

Radioactivité naturelle

Qu'est-ce que la radioactivité naturelle?

La radioactivité naturelle est la radioactivité qui se produit dans la nature en raison des chaînes d'éléments radioactifs naturels et d'origine non anthropique. La radioactivité naturelle est constamment présente dans l'environnement et dans l'air, sa concentration varie en fonction des mouvements des masses d'air, de la pression atmosphérique, de la pollution et d'autres facteurs.

La radioactivité naturelle peut également augmenter d'un point de vue pour des causes naturelles (par exemple, l'éruption d'un volcan), ou pour des causes humaines indirectes (par exemple une fouille dans le sol pour faire les fondations d'un bâtiment).

Radioactivité artificielle

Qu'est-ce que la radioactivité artificielle?

La radioactivité artificielle est toute radioactivité ou rayonnement ionisant d'origine humaine. La seule différence entre le rayonnement naturel et le rayonnement artificiel est son origine. Les effets des deux radiations sont identiques. Dans les deux cas, les rayonnements directement ionisants sont le rayonnement alpha et la désintégration bêta formés par les électrons. D'un autre côté, les rayonnements ionisants indirects sont des rayonnements électromagnétiques, tels que les rayons gamma, qui sont des photons.

Les sources de rayonnement artificiel peuvent inclure tout type d'appareil ou de système qui génère un rayonnement à partir des mêmes éléments naturels et également ceux formés par des radionucléides artificiels. Dans ce deuxième groupe, il y a, par exemple, les procédures de diagnostic et les traitements médicaux, tels que les radiographies, la radiothérapie, la médecine nucléaire, certaines procédures industrielles, pour obtenir de l'énergie électrique dans les centrales nucléaires, les accélérateurs de particules et les armes nucléaires.

Lors de l'utilisation ou de la manipulation de sources de rayonnement artificiel, comme pour les sources naturelles, il est généralement fréquent que des déchets radioactifs se produisent.

Types d'émissions radioactives

Parmi les éléments légers, les radiations les plus fréquentes sont:

  • B rayonnement bêta- qui sont des électrons à partir du noyau
  • Rayonnement bêta b + , qui sont des positrons du noyau
  • Rayons gamma (g), qui sont des ondes électromagnétiques de haute énergie
  • Capture électronique (désintégrations K)
  • Le rayonnement alpha est caractéristique des éléments lourds.

Chaque type d'émission radioactive a un pouvoir de pénétration dans la matière et un pouvoir d'ionisation différents (capacité à arracher des électrons des atomes ou des molécules avec lesquels elle entre en collision). Ils peuvent endommager gravement les êtres vivants.

Particules alpha

Les particules alpha (α) ou rayons alpha sont une forme de rayonnement corpusculaire ionisant à haute énergie avec une faible capacité de pénétration en raison de la section élevée. Ils sont constitués de deux protons et de deux neutrons reliés par une force puissante. Les particules alpha appartiennent à la famille des élions. La désintégration bêta est médiée par une force faible, tandis que la désintégration alpha est médiée par une force forte.

Les particules alpha sont généralement émises par des nucléides radioactifs d'éléments lourds, par exemple les isotopes de l'uranium, le thorium plutonium, la radio, etc., dans un processus appelé désintégration alpha. Parfois, cette décomposition laisse les noyaux dans un état excité et, par conséquent, l'excès d'énergie peut être éliminé avec l'émission de rayons gamma.

Les rayons alpha, en raison de leur charge électrique, interagissent fortement avec la matière et, par conséquent, sont facilement absorbés par les matériaux et ne peuvent parcourir que quelques centimètres dans l'air. Ils peuvent être absorbés par les couches les plus externes de la peau humaine et, par conséquent, ne mettent pas la vie en danger à moins que la source soit inhalée ou ingérée. Dans ce cas, les dommages seraient plutôt supérieurs à ceux causés par tout autre rayonnement ionisant. Si la dose était suffisamment élevée, tous les symptômes typiques d'une intoxication par rayonnement apparaîtraient.

Particules bêta

Le rayonnement bêta est une forme de rayonnement ionisant émis par certains types de noyaux radioactifs.

Le rayonnement bêta prend la forme de particules bêta (β), qui sont des particules de haute énergie, expulsées d'un noyau atomique dans un processus appelé désintégration bêta. Il existe deux formes de désintégration bêta, β - et β +, qui émettent respectivement un électron ou un positron.

Dans la désintégration β, un neutron devient un proton, un électron et un antineutrino électronique.

Dans la désintégration β + (observable dans les noyaux riches en protons), un proton interagit avec un antineutrino électronique pour obtenir un neutron et un positron (la désintégration directe du proton dans le positron n'a pas encore été observée).

L'interaction des particules bêta avec la matière a généralement une plage d'action dix fois plus grande et un pouvoir ionisant égal à un dixième par rapport à l'interaction des particules alpha. Ils sont complètement verrouillés avec quelques millimètres d'aluminium.

Rayons gamma

Les rayons gamma sont des rayonnements électromagnétiques produits par la radioactivité. Ils stabilisent le noyau sans modifier sa teneur en protons. Normalement, le rayonnement accompagne généralement un autre type d'émission. Ils pénètrent plus profondément qu'un rayonnement bêta, mais sont moins ionisants.

Les rayons gamma peuvent endommager gravement le noyau des cellules, ils sont donc utilisés pour stériliser l'équipement médical et les aliments.

Noyaux radioactifs: radionucléides

Un radionucléide est l'ensemble des noyaux radioactifs de la même espèce. Tous les noyaux radioactifs qui forment un radionucléide ont une radioactivité bien définie, commune à tous, qui les identifie; de la même manière qu'un type de réaction chimique identifie les éléments qui participent.

Radioactivité - particules émises

Quantitativement, la radioactivité est un phénomène statistique. Pour cette raison, pour l'évaluer, il faut observer le comportement d'un ensemble de noyaux de la même espèce. Par la loi des grands nombres, une constante radioactive λ est définie comme la probabilité de désintégration d'un noyau par unité de temps.

Avec cette définition, le nombre N de noyaux radioactifs de la même espèce trouvés dans une substance à un instant t est donné par N = No · e-λt, où ce n'est pas le nombre de noyaux radioactifs qui existaient avant la fin de la temps t. En réalité, à peine une substance radioactive est formée par un seul radionucléide, bien que chacun de ses composants en désintégration soit transformé en un noyau différent qui, à son tour, peut également être radioactif.

Le radionucléide initial est appelé père, et le dérivé, fils. Cette situation peut se poursuivre tout au long de plusieurs affiliations et l'ensemble de tous est appelé série familiale ou radioactive. Dans ce cas, la relation donnée par le nombre de noyaux radioactifs présents est plus complexe car, en plus de prendre en compte le nombre de chacun d'eux au moment initial, il faut considérer qu'en raison de la désintégration de certains, d'autres se forment.

Le problème est simplifié lorsque vous souhaitez atteindre un équilibre radioactif (également appelé équilibre séculaire dans les séries radioactives naturelles), c'est-à-dire lorsqu'un temps suffisamment long s'est écoulé depuis le début du processus de filiation, car alors le taux de décroissance est imposée par le radionucléide qui a la plus petite constante radioactive.

Noyaux radioactifs naturels

Dans la nature, il existe environ 300 nucléides différents, dont 25 sont radioactifs avec une période suffisamment longue pour qu'il y en ait encore aujourd'hui; 35 autres ont une période beaucoup plus courte et sont créés et désintégrés en continu dans la série radioactive.

Nucléides radioactifs artificiels

Plus de 1000 radionucléides artificiels ont été créés et identifiés. Les séries radioactives sont appelées le nucléide parent à période plus longue. Il y en a quatre. Trois de ces séries radioactives sont naturelles: celle du thorium, celle de l'uranium et celle de l'actinium, qui se retrouvent dans leurs propres isotopes stables de plomb.

Ces isotopes ont respectivement les nombres de masse 208, 206 et 207. Concernant la série du neptunium, comme les radionucléides qui le composent ont une courte période par rapport à la durée des âges géologiques, il ne se trouve pas dans la nature et a été obtenu artificiellement Le dernier nucléide de cette série est l'isotope 209 du bismuth.

Origine de la radioactivité

La radioactivité a été découverte en 1896 par Antoine-Henri Becquerel, qui, lors d'études sur la phosphorescence des substances, a observé qu'un minéral uranifère était capable de voiler des plaques photographiques stockées à côté.

Les effets de la radioactivité sur la santé humaine

Il existe deux principaux effets sur la santé causés par les radiations, qui agissent à court et à long terme ainsi qu'à des distances plus courtes et plus grandes.

Le rayonnement cause des problèmes de santé en tuant les cellules du corps, et la quantité et le type de dommages causés dépendent de la dose de rayonnement reçue et du temps pendant lequel la dose est augmentée.

En cas d' accident nucléaire, les secouristes peuvent recevoir un maximum de 100 millisieverts ( mSv) pour une action de sauvegarde des actifs. Si l'action d'urgence vise à sauver des vies, une exposition aux rayonnements d'un maximum de 250 mSv est admise.

Si une personne reçoit entre 250 millisieverts ( mSv) et 1 sievert ( Sv) en une seule journée, l'exposition radioactive est susceptible de provoquer des symptômes d'empoisonnement par les radiations. Ces symptômes d'empoisonnement par les radiations peuvent être des nausées, des dommages aux ganglions lymphatiques et des dommages à la moelle osseuse.

Si la dose radioactive est augmentée jusqu'à 3 sieverts, ces mêmes effets sont plus graves avec un risque de contracter des infections en raison d'un nombre réduit de globules blancs dans le corps; Avec le traitement, la survie est probable mais non garantie.

Les doses plus importantes, en plus des symptômes mentionnés ci-dessus, provoqueront des saignements, une stérilité et une desquamation de la peau; une dose non traitée de plus de 3,5 Sv sera fatale, et la mort est attendue même avec un traitement pour des doses de plus de 6 Sv.

Le niveau de rayonnement diminue avec le carré de la distance de sa source, de sorte que quelqu'un qui est deux fois plus loin d'une source externe recevra un quart du rayonnement.

Habituellement, recevoir une dose élevée en moins de temps provoque des dommages plus aigus, car des doses plus élevées tuent plus de cellules, tandis que le corps peut avoir eu le temps de réparer certains dommages au fil du temps entre les doses.

Cependant, les matières radioactives qui se propagent sur une zone plus large peuvent avoir des effets à long terme sur la santé en cas d'exposition prolongée, en particulier si elles pénètrent dans la chaîne alimentaire ou si elles sont inhalées ou ingérées directement.

Apporter des matières radioactives au corps présente également le plus grand danger pour les atomes qui souffrent de désintégration alpha, car les particules alpha ne sont pas très pénétrantes et sont facilement absorbées par quelques centimètres d'air. C'est un émetteur alpha de polonium 210 qui a été utilisé pour assassiner Alexander Litvinenko en 2006.

Les isotopes radioactifs de l'iode, qui souffrent de désintégration bêta, peuvent s'accumuler dans la glande thyroïde et provoquer un cancer de la thyroïde. Les tentatives pour empêcher cela impliquent la distribution de pilules qui contiennent de l'iode non radioactif 127 et qui inondent la thyroïde, empêchant l'absorption d'iode radioactif.

Pour les doses uniques, telles que celles provenant des examens médicaux, le risque de développer un cancer ultérieurement est estimé à environ 1 sur 20 000 par mSv reçu.

On estime que l'absorption d'une dose cumulée de 1 Sv sur une plus longue période peut provoquer le cancer chez 5% des personnes.

Cependant, il existe un désaccord quant à savoir si de très petites doses, comparables au niveau de rayonnement de fond, contribuent réellement aux effets sur la santé.

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Références

Dernier examen: 31 janvier 2020