Le rayonnement ionisant est le rayonnement formé par des photons ou des particules qui, lorsqu'ils interagissent avec la matière, produisent des ions. Cette définition est valable qu'ils le fassent directement ou indirectement.
Un noyau peut chercher à se stabiliser en émettant différents types de rayonnements : ces rayonnements peuvent être en forme de particules (comprenant les particules alpha, bêta et les neutrons) ou d'ondes électromagnétiques (rayons X ou gamma). Les différents types ont différentes énergies.
Quelques exemples de rayonnement électromagnétique ionisant sont le rayonnement ultraviolet (UV) de plus haute énergie, les rayons X et les rayons gamma. Quelques exemples de rayonnement ionisant corpusculaire sont le rayonnement alpha et la désintégration des particules bêta.
Le période radioactive est le temps au bout duquel le nombre de noyaux instables dans un échantillon radioactif aura décru de moitié.
Selon la définition des rayonnements ionisants, les rayonnements optiques, la lumière visible, les rayons infrarouges, les micro-ondes et les ondes radio sont exclus.
Pour des raisons de santé, selon le type de rayonnement, l'exposition aux rayonnements ionisants peut endommager les tissus vivants et provoquer des mutations, des maladies aiguës des rayons, le cancer et au plus long terme, la mort.
Les rayonnements ionisants sont invisibles et ne sont pas directement perceptibles par les sens humains. Pour cette raison, des instruments de détection des rayonnements, tels que des compteurs Geiger, sont nécessaires. Cependant, ce type de rayonnement peut provoquer l'émission de lumière visible immédiatement après interaction avec la matière, comme dans le rayonnement Cherenkov et la radioluminescence.
Qui a découvert les rayonnements ionisants ?
Ces radiations ont été découvertes par Wilhelm Conrad Röntgen en 1895.
Applications des rayonnements ionisants
Les rayonnements ionisants sont utilisés dans une grande variété d'applications, notamment en médecine et dans l'industrie.
Dans le domaine de la médecine nucléaire, l'application la plus connue des appareils à rayons X. Ces sources ou accélérateurs de particules sont utilisées en diagnostic (scintigraphie) et en traitement (radiothérapie en cancérologie par exemple).
Quelle est l'origine des rayonnements ionisants ?
Les rayonnements ionisants peuvent avoir une origine naturelle ou artificielle. Naturellement, certaines substances radioactives peuvent émettre spontanément des rayonnements. D'autre part, il existe des générateurs artificiels, tels que les générateurs de rayons X et les accélérateurs de particules.
Certains éléments sont plus aptes que d'autres à produire ce type de réaction, comme l'uranium-235. Cet isotope a tendance à absorber tout neutron qui entre en collision avec lui. Lorsque cela se produit, l'uranium 235 finit par se briser en plusieurs fragments, libérant d'autres neutrons et de l'énergie nucléaire.
Une personne normale est également exposée à de faibles niveaux de rayonnement ionisant provenant du soleil, des roches, du sol ou d'autres sources naturelles.
Différence entre les rayonnements ionisants et non ionisants
Une propriété importante des champs électromagnétiques est la fréquence et la longueur d'onde. Certaines particules appelées quanta de lumière sont responsables du transport des ondes électromagnétiques. L'énergie transportée par ces ondes dépend de la longueur d'onde, c'est-à-dire que plus la longueur d'onde est longue, plus il y a d'énergie.
Dans certains cas, l'énergie transportée par les ondes électromagnétiques est si élevée qu'elles peuvent arracher des électrons à un atome et même rompre des liaisons moléculaires. Les rayonnements ionisants sont ceux qui ont suffisamment d'énergie pour effectuer ces altérations : les rayons X, les rayons cosmiques et les rayons gamma émis par les matières radioactives.
Les rayonnements ionisants car ils émettent énergies suffisantes pour transformer les atomes qu’ils traversent en ions (un atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons).
D'autre part, les rayonnements non ionisants sont ceux qui n'ont pas autant d'énergie pour modifier les structures des molécules ou enlever des électrons.
Quels sont les effets physiques des rayonnements ionisants ?
On peut classer les effets physiques des rayonnements ionisants en :
1. Effets nucléaires
Les neutrons (particules subatomiques), les rayons alpha et les rayons gamma extrêmement énergétiques (> 20 MeV) peuvent perturber le noyau d’un atome instable.
2. Effets chimiques
Les rayonnements ionisants interagissant avec les molécules peuvent entraîner :
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La rupture des liaisons chimiques.
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Formation de radicaux libres hautement réactifs. Ces radicaux peuvent réagir chimiquement avec les éléments voisins, en leur enlevant un électron, même après l'arrêt du rayonnement d'origine.
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Destruction des réseaux cristallins, les rendant amorphes.
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Accélération des réactions chimiques, telles que la polymérisation, qui aide à atteindre l'énergie d'activation nécessaire à la réaction.
3. Effets électriques
L'ionisation des matériaux augmente temporairement leur conductivité affectant l'électronique des atomes. C'est un danger particulier dans l’électronique des semi-conducteurs avec le risque que des courants retardés introduisent des dysfonctionnements.
Les effets des rayonnements ionisants sur l’homme
Les rayonnements ionisants affectent les tissus biologiques et donc la santé humaine.
Les dommages qu'il peut causer aux tissus biologiques sont de différents types et se répartissent en :
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Dommages somatiques déterministes : les effets déterministes impliquent de fortes doses de rayonnement sur de grandes parties du corps.
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Dommages somatiques stochastiques : des effets non déterministes se produisent à de faibles niveaux d'exposition aux rayonnements. Dans ce cas, les dommages sont statistiques, c'est-à-dire qu'il est possible de prédire la proportion d'une population donnée de personnes exposées qui sera affectée, mais impossible de savoir comment cela affecte chaque personne.
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Dommages génétiques stochastiques : ces dommages décrivent des altérations génotypiques héréditaires résultant de mutations dans les gènes ou les chromosomes de certain nombre de cellules germinales. C'est-à-dire, lésions de l’ADN.
Les dommages somatiques font référence aux dommages survenus dans les tissus de l'individu irradié. D'autre part, les dommages génétiques font référence aux dommages qui affecteront les générations futures.
Les réglementations antipollution actuelles fixent des limites strictes à l'exposition individuelle, qui incluent également l'exposition aux matériaux de construction courants tels que le tuf (qui libère des vapeurs de radon).
Effets du rayonnement alpha sur la santé
Les particules alpha ont un faible pouvoir pénétrant. Par conséquent, il peut être facilement arrêté par la couche superficielle de la peau ou une simple feuille de papier. En ce sens, la peau remplit une fonction de radioprotection, elle n'est donc pas dangereuse pour l'homme en cas de rayonnement externe.
Au lieu de cela, le rayonnement alpha devient dangereux dans les situations où la source radioactive est inhalée ou ingérée car dans ce cas, il peut endommager directement les tissus radiosensibles.
Effets sur la santé du rayonnement gamma
D'autre part, les appelés rayons gamma (photons), qui ont un pouvoir de pénétration très élevé, peuvent être dangereux pour les êtres vivants même en situation de rayonnement externe. La quantité de rayonnement absorbée par un corps est appelée dose absorbée et est mesurée en gris.
Exemples de rayonnements ionisants
Voici quelques exemples de sources de rayonnement ionisant :
Sources naturelles:
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Désintégration radioactive spontanée des radionucléides.
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Réactions thermonucléaires, telles que celles qui se produisent dans le Soleil.
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Réactions nucléaires induites à la suite de l'entrée dans le noyau de particules élémentaires de haute énergie ou de la fusion nucléaire.
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Les rayons cosmiques.
Sources artificielles :
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Les radionucléides artificiels.
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Les réacteurs nucléaires.
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Accélérateurs de particules qui génèrent des flux de particules chargées ainsi qu'un rayonnement photonique de rayonnement de freinage.
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Appareil à rayons X comme une sorte d'accélérateur, le frein génère des rayons X.
