Page 1

HSE-IUT Bordeaux 11 RADIOPROTECTION HSE 2006-2007 module 3.2.2 risque radiologique

Page 2

HSE-IUT Bordeaux 12 Radioprotection dfinition Ensemble des mesures prises pour protger les travailleurs la population les cosystmes des dangers des rayonnements ionisants ... tout en permettant leur utilisation. Comptence des radiobiologistes, radiotoxicologues mdecins qualifis, radiopathologistes, hyginistes

Page 3

HSE-IUT Bordeaux 13 Rayonnement ionisant (RI) Tout rayonnement - particules ou photons - dont l nergie est suprieure l nergie de liaison des lectrons les moins lis des atomes constituant la matire vivante - C, H, O, N E RI 12,4 eV

Page 4

HSE-IUT Bordeaux 14 Classification des rayonnements selon leurs effets sur la matire vivante rayonnements non ionisants ionisants lectromagntiques h < 12.4 eV > 0.1 m lectromagntiques h > 12.4 eV < 0.1 m particules non chargescharges lgres lourdes UV - visible - IR micro ondes ondes radio photons X et neutrons + - p+

Page 5

HSE-IUT Bordeaux 15 Rayonnements ionisants effets biologiques Ionisation d atomes ou molcules cascade d vnements dans les cellules destruction des tissus cancers maladies hrditaires effets immdiatseffets long terme

Page 6

HSE-IUT Bordeaux 16 Origine des rayonnements ionisants utiliss en milieu industriel Sources radioactives Gnrateurs de rayons X Acclrateurs de particules

Page 7

HSE-IUT Bordeaux 17 Les rayonnements ionisants sommaire Origine-Notions de physique des rayonnements ionisantsphysique Identification des rayonnements ionisantsIdentification Interactions rayonnements-matireInteractions Grandeurs et unitsGrandeurs Expositions - types - originesExpositions Effets biologiques des R.I.Effets biologiques Radioprotection rglementationrglementation valuation des risquesvaluation des risques mise en place des moyens de protectionmise en place des moyens de protection dtection des rayonnements ionisantsdtection des rayonnements ionisants

Page 8

HSE-IUT Bordeaux 18 + + + + + + + + - Les rayonnements ionisants origine : les radionuclides et le freinage n + e-e-

Page 9

HSE-IUT Bordeaux 19 La physique des rayonnements ionisants le noyau atomique A = nombre de masse ; Z = numro atomique ; A-Z = nombre de neutrons symbole abondance lments nuclides stables instables X 109 ~ 3000 ~ 300 ~ 2700

Page 10

HSE-IUT Bordeaux 110 La physique des rayonnements ionisants typologie des noyaux ISOTOPES Z ; A et N ISOBARES A ; Z et N ISOTONES N ; Z et A ISOMERES A et Z ; E tat excit tat fondamental

Page 11

HSE-IUT Bordeaux 111 La physique des rayonnements ionisants le noyau atomique quivalence masse nergie E: nergie du systme en joules (J) m: masse du systme en kilogrammes (kg) c: vitesse de la lumire dans le vide (3,0.10 8 m.s -1 ) - constante universelle 1905Einstein postule que la masse est une des formes que peut prendre lnergie E = m.c 2 postulat d Einstein: un systme de masse m possde, lorsquil est au repos, une nergie

Page 12

HSE-IUT Bordeaux 112 La physique des rayonnements ionisants le noyau atomique - expression des nergies Le joule est une unit dnergie inadapte lchelle microscopique; on utilise plutt llectron volt (eV) et ses multiples le keV: 1 keV = 10 3 eV = 1,60. 10 -16 J le MeV: 1 MeV = 10 6 eV = 1,60. 10 -13 J 1 eV = 1,60. 10 -19 J

Page 13

HSE-IUT Bordeaux 113 La physique des rayonnements ionisants le noyau atomique - expression des masses Donc la masse exacte du 12 C = 12,000 uma, et 1 mole datomes de 12 C a, par dfinition, une masse de 0,012 kg, elle contient 6,022.10 23 atomes de carbone par dfinition 1uma = 1/12 de la masse du noyau de 12 C 1 12.10 -3 12 6,022.10 23 1uma == 1,66055. 10 -27 kg diffrencier nombre de masse (nombre de nuclons ) et masse exacte (masse atomique) choix dune unit de masse mieux adapte que le kg (SI) : unit de masse atomique uma

Page 14

HSE-IUT Bordeaux 114 La physique des rayonnements ionisants le noyau atomique - expression des masses E = mc 2 m = E / c 2 en MeV / c 2, unit qui permet de connatre directement lnergie associe une particule umakgMev / c 2 uma 11,66055.10 -27 931,5 lectron 0,00054869,10953.10 -31 0,511003 proton 1,0072761,67265.10 -27 938,280 neutron 1,0086651,67496.10 -27 939,573 La physique nuclaire donne les valeurs suivantes:

Page 15

HSE-IUT Bordeaux 115 La physique des rayonnements ionisants le noyau atomique les forces nuclaires Interaction coulombienne forces de rpulsion entre les protons Interaction nuclaire forte forces dattraction entre les nuclons Interaction nuclaire faible transformations neutrons protons

Page 16

HSE-IUT Bordeaux 116 La physique des rayonnements ionisants les transformations radioactives transformations par partition transformations isobariques noyaux trop riches en nuclons radioactivit - fission noyaux trop riches en neutrons radioactivit - noyaux trop riches en protons radioactivit +

Page 17

HSE-IUT Bordeaux 117 La physique des rayonnements ionisants le noyau atomique stabilit - instabilit diagramme N/Z des noyaux stables et radioactifs

Page 18

HSE-IUT Bordeaux 118 La physique des rayonnements ionisants le noyau atomique - dfaut de masse +++ + dfaut de masse m qui selon E = m c 2 correspond lnergie de liaison des nuclons

Page 19

HSE-IUT Bordeaux 119 La physique des rayonnements ionisants le noyau atomique - nergie de liaison + + + + fusion m = masse du systme En El = nergie globale de liaison : stabilit du noyau nergie de liaison par nuclon m c 2 A = En = A El = En= Outil permettant de comparer la stabilit des noyaux entre eux

Page 20

HSE-IUT Bordeaux 120 La physique des rayonnements ionisants valuation de lnergie de liaison + m d = 2,013554 uma m p + m n = 1,007277 + 1,008665 = 2,015942 uma E = ( 2,015942 - 2,013554 ) 931,5 = 2,22 MeV exercice : calcul de El et En de ? m

Page 21

HSE-IUT Bordeaux 121 La physique des rayonnements ionisants nergie de liaison par nuclon E libre/mole J 4,74.10 13 296.10 24 8,79 1,7.10 14 106.10 25 7,57 170.10 23 2,7.10 12 7,07 E libre/mole MeV En MeV 1 MeV = 1,6.10 -13 J

Page 22

HSE-IUT Bordeaux 122 La physique des rayonnements ionisants nergie de liaison et stabilit des noyaux Energie de liaison par nuclon exercice : calcul de lnergie de fission et de fusion ?

Page 23

HSE-IUT Bordeaux 123 La physique des rayonnements ionisants constante radioactive - priode - activit La constante radioactive reprsente la probabilit pour quun atome se dsintgre dans lunit de temps Lactivit A (t) dune substance radioactive reprsente le nombre moyen de dsintgrations par seconde La priode radioactive ou demi-vie T est la dure ncessaire pour quun chantillon contenant N atomes radioactifs nen contienne plus que N/2

Page 24

HSE-IUT Bordeaux 124 La physique des rayonnements ionisants loi de dcroissance - priode - activit Le nombre moyen de noyaux qui se transforment pendant une dure dt est proportionnel : la dure dt, Nt, et dNt = -.Nt.dt ; dNt / Nt = - dt Si to, il y a No noyaux, on obtient par intgration Nt la date tNt = No. e - t Priode T Nt / No = 1/2 = e - T ; T = 0,693 / Activit At = dNt / dt = Nt ; At = Ao. e - t

Page 25

HSE-IUT Bordeaux 125 La physique des rayonnements ionisants correspondance masse - activit des radionuclides masse m nombre de mole(s) 1mol m masse atomique nombre datomes 6,022.10 23 m masse atomique nombre datomes(t)Activit(t) =

Page 26

HSE-IUT Bordeaux 126 La physique des rayonnements ionisants correspondance masse - activit des radionuclides At en becquerels T en secondes m et A en grammes Activit spcifique : activit / mole At =. Nt 0,693 T 6,02. 10 23 A m At = At T A 0,693 6,02. 10 23 m = Activit massique : activit / g

Page 27

HSE-IUT Bordeaux 127 Les rayonnements ionisants - X n +

Page 28

HSE-IUT Bordeaux 128 Rayonnement 4 nuclons ( 2 protons + 2 neutrons ; hlium ) Transformation de noyaux lourds ( A > 209 ) Energie : 4 9 MeV ; spectre de raies

Page 29

HSE-IUT Bordeaux 129 Rayonnement - Electrons nuclaires Nuclides contenant un excs de neutrons transformation isobarique Energie : de 10 keV 4 MeV ; spectre continu

Page 30

HSE-IUT Bordeaux 130 Rayonnement + Electrons nuclaires positifs ( positons ) Nuclides contenant un excs de protons transformation isobarique Energie : de 10 keV 2 MeV ; spectre continu

Page 31

HSE-IUT Bordeaux 131 Rayonnement Photons Emis la suite d une transformation ou, rarrangement de la structure nuclaire Emis lors de l annihilation de particules Energie : de 100 keV 10 MeV

Page 32

HSE-IUT Bordeaux 132 Rayonnement X Photons Capture lectronique ( noyaux trop riches en protons) Ralentissement des lectrons dans la matire ( rayonnement de freinage ) Energie : capture, de 10 eV 100 keV ( spectre de raies ) freinage, atteint le GeV ( spectre continu )

Page 33

HSE-IUT Bordeaux 133 Rayonnement neutronique Faisceaux de neutrons Origine artificielle : racteurs, armes nuclaires, acclrateurs Energie : neutrons thermiques 0,025 eV neutrons lents keV neutrons rapides MeV

Page 34

HSE-IUT Bordeaux 134 Rayonnements ionisants interactions avec la matire RI matire d Ionisations perte dnergie distance parcourue pouvoir darrt du milieu la probabilit d ' interaction RI-matire dpend 1-de la nature du rayonnement 2-du milieu considr calcul dcrans de protection

Page 35

HSE-IUT Bordeaux 135 La probabilit d ' interaction RI-matire dpend de la nature du rayonnement ( photon, particule charge ou non, particule lourde ou lgre ) du milieu considr ( numro atomique, nergie de liaison minimale des lectrons ) Ionisations perte d ' nergie distance parcourue dans la matire Transfert linique d ' nergie ( TLE ) dE/dl ( keV. m -1 ) pouvoir d ' arrt du milieu travers Rayonnements ionisants interactions avec la matire

Page 36

HSE-IUT Bordeaux 136 Rayonnements ionisants interactions avec la matire Particules charges lourdes (, protons ) interactions coulombiennes avec les lectrons ionisations p forte TLE lev parcours limit ( air < 10 cm, tissus : 2 4 cellules, arrts par la couche corne de la peau ) Particules charges lgres ( -, + ) interactions avec les lectrons ionisations ( - ) dmatrialisation ( + ) avec mission de 2 de 511 keV interactions avec les noyaux rayonnement de freinage ( - ) p faible, parcours sinueux ( air : qq m ; tissus ~ 1 cm )

Page 37

HSE-IUT Bordeaux 137 Rayonnements ionisants interactions avec la matire Les rayonnements lectromagntiques ( X, ) interactions avec les lectrons ( effets probabilistes ) : effet photolectrique et effet Compton interactions avec les noyaux ( effets seuil ) : production de paires ( matrialisation ) dans la matire ces 3 effets se combinent pour un matriau donn probabilit d ' interaction des photons coefficient d ' attnuation o e - x p faible, parcours long ( air > 100 m ; atteinte des tissus et organes profonds )

Page 38

HSE-IUT Bordeaux 138 Rayonnements ionisants interactions avec la matire Les rayonnements neutroniques interactions avec les noyaux choc (diffusion) lastique ( neutrons rapides-noyaux lgers ) choc (diffusion) inlastique ( neutrons rapides-noyaux lourds ) capture (absorption) radiative ( neutrons lents ) capture (absorption) non radiative ( neutrons lents ou rapides ) p faible ; parcours : air 100 m ; tissus vivants, dgts importants ( protons de recul )

Page 39

HSE-IUT Bordeaux 139 Rayonnements ionisants interactions avec la matire + + - n x papier plexi Pb bton

Page 40

HSE-IUT Bordeaux 140 Rayonnements ionisants grandeurs et units - + + + + + + + + n activit (At) fluence ( ) dose efficace (E) becquerel part.cm -2.s -1 sievert

Page 41

HSE-IUT Bordeaux 141 Rayonnements ionisants grandeurs dosimtriques Grandeur dosimtrique fondamentale: Dose absorbe (D) nomsymboleexpression grayGy1J/kg Unit SI

Page 42

HSE-IUT Bordeaux 142 Rayonnements ionisants grandeurs dosimtriques Dose absorbe par un organe ou tissu T : D T (Gy) Dose quivalente [ H T ] (1 organe ou tissu) H T = D T W R ( sievert ; Sv ) W R W R : facteur de pondration radiologique, tient compte de la nature du rayonnement Dose efficace [ E ] (plusieurs organes ou corps entier) E = ( H T W T ) (Sv) W T W T : facteur de pondration tissulaire, tient compte de la radiosensibilit propre de chaque tissu ou organe

Page 43

HSE-IUT Bordeaux 143 Rayonnements ionisants grandeurs dosimtriques tissu ou organe Torganisme nergie transmise dose absorbe D T J. kg -1 gray ( Gy ) effet biologique (exposition partielle) dose quivalente H T H T = D T w R sievert ( Sv ) dose efficace E E = ( D T w R w T ) J. kg -1 air fluence particules / m 2 effet biologique (exposition globale) source activit A t becquerel ( Bq ) s -1

Page 44

HSE-IUT Bordeaux 144 Rayonnements ionisants facteurs de pondration radiologique ( W R ) Nature Energie W R Photons toutes 1 Electrons toutes 1 Neutrons

HSE-IUT Bordeaux 160 Rayonnements ionisants effets dterministes, exposition globale D (Gy) forme symptmes < 0,5 infra-clinique aucun signe clinique 0,5 2 raction gnrale lgre asthnie, nauses, vomissements 3 6 h aprs l exposition, sdation en 24h 2 4 hmatopotique modre leucopnie, thrombopnie, anmie maximale 3 semaines aprs l exposition retour la normale en 4 6 mois 4 6 hmatopotique grave hmorragies, aplasie. DL 50 : 4 4,5 Gy 6 7gastro-intestinale diarrhe, vomissements, hmorragies 8 10 pulmonaire insuffisance respiratoire aigu >10 crbrale coma, mort en 14 36 h

Page 61

HSE-IUT Bordeaux 161 Rayonnements ionisants effets dterministes, exposition durant la grossesse stadepriodeeffets pr-implantation0-8 joursmort intra-utrine ou dveloppement normal organognse9-60 jmort intra-utrine, malformations stade foetal60-270 jmalformations du SNC, retard mental, troubles de croissance Risque ngligeable < 0,1 Sv ? ; existence dun seuil ~ 0,2 Sv ? Protection particulire pendant la grossesse et lallaitement sur les lieux de travail (