Série sur la radioprotection : différentes sortes de rayonnements
Les rayonnements nous entourent au quotidien. Des rayonnements non ionisants comme les rayons solaires peuvent être bloqués par les habits et de la crème solaire. Les rayonnements ionisants, émis par des substances radioactives, nécessitent selon le type de rayonnements un blindage de protection allant d’une feuille de papier à une couche de plomb et de béton large de quelques centimètres à quelques mètres.
En physique, le rayonnement est défini comme la dispersion de particules ou d’ondes. Aussi bien les rayonnements naturels, comme les rayons du soleil, que les rayonnements artificiels, comme les rayons d’un four micro-ondes, nous semblent être des phénomènes évidents. Il est difficile de ne pas les imaginer faire partie de notre quotidien.
Rayonnements ionisants et non ionisants
En principe, la différence est faite entre deux sortes de rayonnements, à savoir les rayonnements ionisants et non ionisants :
- Les rayonnements ionisants renvoient à une notion globale pour les rayonnements impliquant des particules ou des photons. Leur énergie suffit à arracher des électrons de l’enveloppe électronique des atomes avec lesquels ils entrent en collision. Vu que les électrons ont une charge électrique négative, il reste après le choc un atome chargé positivement. Dans cet état, l’atome est désigné par le terme d’ion. La charge positive du noyau atomique est en effet plus grande que la charge négative du nuage d’électrons restant. Les atomes sont alors ionisés. Les rayons X font par exemple partie de ce type de rayonnements, tout comme les radiations émanant de substances radioactives. La liaison chimique des atomes avec leurs voisins se trouve modifiée par l’ionisation des atomes. Cela conduit pour certains matériaux à des modifications permanentes qui peuvent être avantageuses ou défavorables à leur utilisation. Par exemple, le plastique devient cassant et change de couleur.
- Les rayonnements non ionisants correspondent à des rayonnements avec une énergie plus faible. Il s’agit par exemple des ondes radio ou des micro-ondes.
Rayonnements alpha et bêta
Les types de rayonnements ionisants les plus fréquents issus de substances radioactives se différencient avant tout de par leur portée. Pour les rayonnements alpha et bêta, il s’agit de particules chargées et à haute vitesse perdant leur énergie principalement par des chocs avec les électrons. Elles sont freinées puis arrêtées à une certaine distance (portée). Plus les particules chargées sont lentes et grandes, plus courte est leur portée dans la matière.
Dans le cas du rayonnement alpha, la portée dans l’air s’élève à quelques centimètres. Dans les tissus humains, elle est même inférieure à 0,1 millimètre. Le rayonnement bêta peut progresser dans l’air de quelques centimètres à quelques mètres, dans des tissus mous ou des matières plastiques de seuls quelques millimètres en revanche.
Rayonnement neutronique
Comme particules non chargées, des neutrons ne sont dispersés que s’ils sont projetés directement sur un noyau atomique. Comme avec des boules de billard, l’énergie cinétique est le mieux reportée sur des noyaux atomiques de masse semblable aux neutrons. Le rayonnement neutronique pénètre pour cette raison la plupart des matières lourdes de manière assez facile. En revanche, de l’eau ou du plastique peuvent freiner relativement rapidement des neutrons.
Rayonnement gamma
Le rayonnement gamma est soit diffusé (effet Compton) soit absorbé (effet photoélectrique et création de paires). Cela dépend de la densité et du nombre de protons dans le noyau atomique. On peut se représenter la diffusion et l’absorption comme une flèche tirée dans la forêt : la flèche vole aussi longtemps qu’elle rencontre un arbre et ricoche (qu’elle soit propulsée et vole dans une autre direction) ou qu’elle s’y plante (qu’elle soit absorbée). Chaque rayon gamma diffusé est finalement absorbé.
Vu que le freinage du rayonnement gamma ne se produit pas de manière continue comme chez les particules chargées mais plutôt de façon aléatoire, on ne peut pas attribuer de portée maximale au rayonnement gamma. Au lieu d’utiliser la notion de portée, on parle dans le cas du rayonnement gamma d’une atténuation de l’intensité de rayonnement en fonction d’une densité et d’une épaisseur croissantes de la matière. Le rayonnement gamma a une capacité de pénétration bien plus élevée que les rayonnements alpha et bêta.
Le plomb est le matériau de protection le plus commun en laboratoire pour le rayonnement gamma. Si, comme dans une centrale nucléaire, il y a suffisamment d’espace à disposition, des couches plus épaisses d’autres matériaux tels que le fer, le béton ou l’eau peuvent être employées.
Modifications permanentes de la matière
Le rayonnement ionisant peut provoquer des modifications permanentes aux êtres vivants et à la matière. Dans les métaux, l’arrachement d’atomes de leurs places dans les réseaux cristallins modifie les propriétés du matériau. Ces dégâts dus aux radiations s’accumulent jusqu’à ce que finalement des modifications mesurables surviennent, comme c’est le cas lors de la fragilisation.
Si des rayonnements ionisants touchent des cellules humaines ou animales, des cassures simple brin ou double brin de l’ADN peuvent survenir dans le noyau de la cellule. Ces dégâts peuvent le plus souvent être réparés en cas de faible intensité de rayonnement. Lors d’intensités de rayonnement plus élevées, ceci n’est pas toujours possible. Une cellule peut ainsi perdre sa capacité de se diviser ou mourir au terme de sa durée de vie. Si beaucoup de cellules sont concernées dans un organe, des dommages déterministes d’irradiation se produisent. Le sixième article de la série sur la radioprotection traite en détail des dégâts à la santé.
Il s’agit du quatrième d’une série de quatorze articles sur la radioprotection. La cinquième partie traite des bases de la radioactivité.