La mesure de la radioactivité consiste à quantifier l'émission de rayonnements ionisants provenant de matières radioactives. Elle est réalisée à l'aide de divers instruments tels que des compteurs Geiger-Müller, des dosimètres et des spectromètres de rayonnement. Ces appareils détectent et mesurent la quantité de particules alpha, bêta et gamma émises par une source radioactive.
La mesure de la radioactivité est essentielle dans de nombreux domaines. Par exemple, en matière de sûreté nucléaire, elle garantit que les centrales nucléaires ne rejettent pas de niveaux dangereux de rayonnements. De même, en médecine, elle permet d’administrer des traitements comme la radiothérapie précisément pour attaquer les tumeurs sans endommager les tissus sains. De plus, dans l’industrie, il est utilisé pour vérifier la qualité des soudures ou mesurer l’épaisseur des matériaux. Dans le domaine scientifique, il est utilisé pour dater les fossiles anciens. Enfin, en matière de protection de l'environnement, elle permet de détecter une contamination radioactive et de protéger la population.
Différence entre les unités de mesure et la dose de rayonnement
Les unités de mesure de la radioactivité quantifient l'activité radioactive, c'est-à-dire le nombre de désintégrations nucléaires qui se produisent par seconde dans une source. En revanche, les unités de dose de rayonnement mesurent l’énergie que le rayonnement dépose dans un matériau ou un tissu et prennent en compte les effets biologiques de ce rayonnement.
Alors que les premiers se concentrent sur la quantité de rayonnement émis, les seconds se concentrent sur l’impact de ce rayonnement en termes d’énergie absorbée et de dommages potentiels à la santé.
Unités de mesure
Ces unités se concentrent sur la mesure de l'activité radioactive d'une source, c'est-à-dire le nombre de désintégrations nucléaires qui se produisent en une seconde.
- Becquerel (Bq) : Un becquerel équivaut à une désintégration nucléaire par seconde, ce que l'on appelle une activité typique. Il s'agit de l'unité du Système International (SI) de mesure de la radioactivité. Par exemple, un échantillon de matière radioactive peut avoir une activité de 500 Bq, ce qui signifie qu’il y a 500 désintégrations par seconde.
- Curie (Ci) : Un curie équivaut à 3,7 x 10^10 désintégrations par seconde. Il s’agit d’une unité plus ancienne qui est encore utilisée dans certains contextes, notamment aux États-Unis. 1 Ci = 37 GBq (gigabecquerel).
Unités de dose de rayonnement
Ces unités se concentrent sur la mesure de l'énergie que le rayonnement dépose dans un matériau ou un tissu et sur les effets biologiques de ce rayonnement.
- Gray (Gy) : Un gray équivaut à l'absorption d'un joule d'énergie de rayonnement par kilogramme de matière. C'est l'unité SI pour mesurer la dose de rayonnement absorbée.
- Rad : Un rad équivaut à l’absorption de 0,01 joules d’énergie de rayonnement par kilogramme de matière. Il s'agit d'une unité plus ancienne, remplacée par le gris dans le SI. 1 Gy = 100 rads.
- Sievert (Sv) : Un sievert mesure la dose équivalente, qui prend en compte l'effet biologique du rayonnement. C'est l'unité SI de mesure du risque radiologique. Pour les rayonnements gamma et bêta, 1 Gy = 1 Sv, mais pour le rayonnement alpha, 1 Gy pourrait être supérieur à 1 Sv en raison de son effet biologique plus important.
- Rem : Un rem équivaut à l'absorption de 0,01 sievert. Il s'agit d'une unité plus ancienne qui a été remplacée par le sievert dans le SI. 1 Sv = 100 rem.
Ce tableau montre plusieurs exemples de niveaux de dose de rayonnement :
|
Type de rayonnement |
Dose (Gy) |
Dose équivalente (Sv) |
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radiographie dentaire |
0,005 - 0,01 Gy |
0,005 - 0,01 Sv |
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Radiographie pulmonaire |
0,1 Gy |
0,1 Sv |
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TAC abdominal |
5 - 10 mGy (0,005 - 0,01 Gy) |
5 à 10 mSv (0,005 à 0,01 Sv) |
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radiothérapie quotidienne |
1 à 2 Gy |
1 - 2 Sv |
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Dose létale médiane (DL50/30)* |
3,5 à 4,5 Gy |
3,5 - 4,5 Sv |
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Accident nucléaire (immédiat) |
1 000 à 10 000 Gy (varie en fonction de la proximité de l'épicentre) |
1 000 - 10 000 Sv (varie en fonction de la proximité de l'épicentre) |
Ces valeurs sont approximatives et peuvent varier en fonction du type spécifique de rayonnement, du type de tissu exposé et d'autres facteurs, mais elles nous donnent une idée de la différence de doses entre les différents éléments du tableau.
* Le terme « DL50/30 » fait référence à une mesure utilisée en radiobiologie et en radiologie pour indiquer la dose de rayonnements ionisants susceptible de provoquer la mort de 50 % d'une population exposée dans les 30 jours suivant l'exposition.
Appareils pour mesurer la radioactivité
Un appareil de mesure de la radioactivité est un instrument conçu pour détecter et quantifier les rayonnements émis par des matières radioactives. Elle utilise des principes physiques tels que l'ionisation des gaz dans les compteurs Geiger-Müller, l'émission de lumière dans les spectromètres à scintillation ou encore la génération d'impulsions électriques dans les détecteurs à semi-conducteurs.
Ces appareils sont utilisés pour surveiller les niveaux de rayonnement, évaluer les risques et garantir le respect des règles de sécurité.
Voici les principaux types et leurs caractéristiques :
- Compteurs Geiger-Müller (GM) : détectent les particules ionisantes (alpha, bêta, gamma) qui ionisent le gaz à l'intérieur du tube détecteur, produisant une décharge électrique. Ils sont courants pour mesurer les niveaux de rayonnement environnementaux et dans les applications de radioprotection et de sécurité. Ce sont des appareils simples et robustes, idéaux pour détecter les rayonnements en temps réel.
- Dosimètres : mesurent la dose cumulée de rayonnement reçue par une personne. Ils sont conçus pour un usage personnel (portés par des travailleurs exposés aux rayonnements) et pour un usage local (surveiller les niveaux de rayonnement dans des espaces spécifiques). Ils sont utilisés dans les environnements de travail pour garantir que les doses reçues ne dépassent pas les limites de sécurité.
- Spectromètres à scintillation : utilisent des cristaux à scintillation qui émettent de la lumière lorsqu'ils sont excités par un rayonnement. La lumière émise est proportionnelle à l'énergie du rayonnement. Ils analysent l'énergie des photons gamma, permettant d'identifier des isotopes radioactifs spécifiques. Ses principaux avantages sont sa grande précision et sa capacité à identifier différents types de rayonnements.
- Chambres d'ionisation : elles mesurent l'ionisation de l'air ou du gaz à l'intérieur de la chambre provoquée par le rayonnement. Ils sont utilisés pour mesurer l’exposition aux rayonnements à un volume spécifique, courant dans les applications médicales et environnementales. En général, ils fournissent des mesures précises de la dose absorbée.
- Détecteurs à semi-conducteurs : ils utilisent des matériaux semi-conducteurs qui génèrent une impulsion électrique lorsqu'ils sont traversés par un rayonnement. Ces détecteurs offrent une grande précision dans la mesure des rayonnements ionisants et sont utiles dans la recherche et la surveillance des rayonnements.