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Dossier | La radioactivité | L'homme et les rayonnements

La diversité des rayonnements (1/4)

La première fois que l’homme a pris conscience qu’il était entouré de rayonnements invisibles, c’est en 1895, quand Wilhelm Roentgen met en évidence qu’une plaque photographique peut être impressionnée par un rayonnement invisible pouvant traverser la matière. Il appelle X ce rayonnement inconnu. Les médecins comprennent immédiatement son intérêt et l’utilisent pour leurs recherches médicales : c’est le début de la radiologie.
Cependant, des praticiens et des radiologues utilisant fréquemment ces rayonnements pour leurs patients tombent malades. L’homme se rend alors compte qu’à fortes doses, une irradiation est dangereuse et qu’il faut donc s’en protéger. Dès les années 1920, se créent des commissions internationales pour définir des réglementations sur l’utilisation des rayonnements et sur la radioprotection de l’homme.

Mis à jour en août 2011

NOTRE MONDE, UN BAIN DE RAYONNEMENTS

L’homme est exposé aux rayonnements depuis son apparition sur terre. Il est, par exemple, exposé aux rayonnements solaires, c’est-à-dire à la lumière visible provenant du Soleil, laquelle s’accompagne de rayonnements invisibles connus sous le nom de rayonnements ultraviolets et infrarouges. Ces rayonnements sont des ondes électromagnétiques comme le sont aussi les ondes radio, les rayons X et les rayons gamma.
L’homme est également exposé à d’autres rayonnements invisibles qui proviennent de l’espace et du Soleil, connus sous le nom de rayonnements cosmiques. Ces rayonnements de très grande énergie (ondes et particules) sont capables de traverser d’épaisses couches de roches.
Les éléments radioactifs présents dans notre environnement émettent des rayonnements alpha, bêta et gamma (voir dossier pédagogique La radioactivité). Les rayonnements gamma sont des ondes électromagnétiques tandis que les rayonnements alpha et bêta sont des particules qui sont respectivement un noyau d’hélium et un électron. L’activité d’un élément radioactif, c’est-à-dire le nombre de désintégrations par seconde dans une certaine masse de cet élément, est mesurée en becquerels. Parmi les rayonnements particulaires existent aussi les neutrons.
© Yuvanoe
  “Le pouvoir pénétrant des rayonnements ionisants est variable selon leur nature."
LES DIFFÉRENTS RAYONNEMENTS IONISANTS

Les rayonnements les plus énergétiques transfèrent assez d’énergie aux électrons de la matière pour les arracher de leur atome. Les atomes ainsi privés de certains de leurs électrons sont alors chargés positivement. Les atomes voisins qui accueillent les électrons se chargent négativement. Les atomes chargés positivement ou négativement sont appelés ions. Les rayonnements capables de provoquer de telles réactions sont dits ionisants (voir schéma ci-dessus).

Les rayonnements ionisants regroupent :

• les rayonnements cosmiques,
• les ondes électromagnétiques les plus énergétiques, soit les rayonnements X et gamma.
Les rayons X peuvent être produits par un faisceau d’électrons envoyé sur une cible métallique. Ces électrons interagissent avec les électrons des atomes du métal, les font changer d’énergie et émettre des rayons X. Les rayons gamma sont émis par des atomes radioactifs lors de leur désintégration :
• les rayonnements alpha, bêta plus et bêta moins (particules émises par des atomes radioactifs lors de leur désintégration),
• les neutrons libres qui sont surtout présents dans les réacteurs nucléaires ; ils sont émis, par exemple, lors de la fission d’atomes d’uranium 235 (voir dossier pédagogique Le fonctionnement d’un réacteur nucléaire). Ils sont indirectement ionisants car c’est leur capture par les noyaux ou leur interaction avec ceux-ci qui génère des rayonnements gamma et/ou diverses particules. Les neutrons sont aussi présents aux altitudes de vol des avions long courrier et subsoniques : ils participent à 30 % de la dose reçue par le personnel navigant.

Les autres rayonnements sont appelés rayonnements non ionisants et comprennent les ondes électromagnétiques les moins énergétiques.
 
Cœur du réacteur Osiris où se produit la fission d’atomes.
© CEA/A. Gonin
POUVOIR DE PÉNÉTRATION DES RAYONNEMENTS IONISANTS
• Particules alpha. Pénétration très faible dans l’air. Une simple feuille de papier est suffisante pour arrêter les noyaux d’hélium.
• Particules bêta moins : électrons. Pénétration faible. Parcourent quelques mètres dans l’air.
Une feuille d’aluminium de quelques millimètres peut arrêter les électrons.
• Rayonnements X et gamma. Pénétration très grande, fonction de l’énergie du rayonnement : plusieurs centaines de mètres dans l’air. Une forte épaisseur de béton ou de plomb permet de s’en protéger.
• Neutrons. Pénétration dépendante de leur énergie. Une forte épaisseur de béton, d’eau ou de paraffine arrête les neutrons.
© Yuvanoe
   
LA PÉNÉTRATION DES RAYONNEMENTS DANS LA MATIÈRE

Par leur énergie, les rayonnements ionisants sont pénétrants, c’est-à-dire qu’ils peuvent traverser la matière. Cependant, le pouvoir de pénétration est différent pour chacun d’entre eux, ce qui définit des épaisseurs différentes de matériaux pour se protéger.
Mentionnons que les positons (rayonnements bêta plus) sont pratiquement absorbés sur place : un positon s’annihile avec le premier électron rencontré sur son passage en formant deux photons gamma, ce qui ramène le problème au cas du rayonnement gamma (voir schéma ci-dessus).



L'ÉNERGIE ABSORBÉE PAR LA MATIÈRE

Lorsqu’un rayonnement pénètre la matière, il interagit avec elle et lui transfère de l’énergie. La dose absorbée par la matière caractérise ce transfert d’énergie.
L’unité de dose absorbée par la matière est le gray (Gy) qui est équivalent à un joule absorbé par kilogramme de matière.		  
  Joule 
Unité mesurant l’énergie (voir dossier pédagogique L’énergie).
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