La radioprotection

Rappels sur les rayonnements ionisants

 Un rayonnement ionisant est défini comme un rayonnement capable d’arracher un électron à la matière (produire une ionisation).Les atomes constituant la matière sont généralement stables. Certains cependant présentent une instabilité naturelle et se décomposent spontanément jusqu’à l’obtention d’un état stable. Chacune de ces transformations s’accompagne de l’émission de rayonnement ionisant associé à une production d’énergie. Généralement un radioélément émet plusieurs types de rayonnement à la fois. 

Sources d’irradiations 

L’homme est soumis à des rayonnements ionisants provenant de deux sources majeures, les rayonnements d’origine naturelle dans lesquels il baigne en permanence et les rayonnements artificiels qui sont d’origine humaine. L’irradiation d’origine naturelle reste la plus importante dans presque tous les pays suivie par celle médicale et enfin par les irradiations dues à l’industrie nucléaire [4].La figure suivante montre les expositions en France. FigureI.1 : Sources d’expositions naturelles et artificielles .

 Sources naturelles 

L’irradiation d’origine naturelle est une irradiation permanente à faible débit de dose. Elle provient notamment :  des rayonnements cosmiques qui proviennent du soleil (noyaux d’hydrogène, noyaux d’hélium et divers éléments plus lourds) et des galaxies. Elle augmente faiblement au niveau des pôles et beaucoup plus avec l’altitude (l’irradiation est multipliée par 2 tous les 1500m).  des rayonnements telluriques provenant des constituants de l’écorce terrestre (substances radioactive contenues dans la terre, l’eau et dans l’air) ou de différents matériaux (à l’intérieur des habitations). L’irradiation tellurique dépend aussi de la nature du sol, elle varie en fonction des pays et des régions.  des rayonnements d’origine interne, le corps humain est radioactif de façon naturelle. L’irradiation provient par exemple de l’inhalation de radon, d’ingestion de potassium (lait, pomme de terre, viande) 

 Sources artificielles

 Ces irradiations sont dues à des sources crées par l’homme. L’utilisation des rayonnements ionisants en médecine représente la première source artificielle d’exposition de la population. Ils sont utilisés en médecine nucléaire, en radiodiagnostic et en radiothérapie. Les rayonnements ionisants utilisés en médecine sont:  les rayons X en radiodiagnostic ;  les faisceaux d’électrons produits par les accélérateurs linéaires de particules en radiothérapie;  les rayonnements γ émis par certains radionucléides en radiothérapie externe (60Co), en curiethérapie (Ir192, I125, Cs137) et en médecine nucléaire (I131) [4]. Les usages industriels des rayonnements ionisants et des radionucléides constituent la deuxième source artificielle d’exposition de la population. L’utilisation industrielle consiste entre autres en la production d’énergie nucléaire, la production des radio-isotopes (par réacteur nucléaire ou par cyclotron) et la radiographie industrielle utilisant des sources d’iridium 192 ou de cobalt 60 [7].Elles peuvent être secondaires à des rejets liquides et gazeux Chapitre I : Rappels sur les rayonnements ionisants 6 (soumis à autorisation) par les centrales nucléaires et les usines de traitement. Les accidents au niveau des centrales nucléaires constituent une autre source artificielle d’exposition de la population avec la diffusion dans l’atmosphère de radioéléments à demi-vie longue .

Types de rayonnements ionisants

 Il existe deux types de rayonnements ionisants  les rayonnements électromagnétiques et particules non chargées appelés rayonnements indirectement ionisants (R.I.I).Ce sont les rayonnements ɤ, Х de freinage, les neutrons et les neutrinos ;  les particules chargées, appelées aussi rayonnements directement ionisants (R.D.I). Ce sont les particules α, β+ , β- , les protons et les fragments de fissions

 Rayonnements directement ionisants 

Ils comprennent les particules chargées légères (les électrons), et les particules chargées lourdes(les protons, les particules alpha, et les ions lourds) qui déposent de l’énergie dans le milieu en une seule étape, par le processus d’interaction coulombienne entre la particule incidente et les électrons périphériques. 

Les rayonnements alpha (α) 

Ils sont formés de particules positives de noyaux d’hélium (He2+). Les particules alpha ou rayons alpha sont une forme de rayonnement émis par des particules hautement ionisées et peu pénétrantes. Les particules alpha sont émises par des noyaux radioactifs comme l’uranium ou le radium par l’intermédiaire d’un processus nommé désintégration alpha. Elles sont facilement absorbées par la matière et ne peuvent parcourir que quelques centimètres dans l’air. Elles peuvent être arrêtées par une feuille de papier ou par la partie externe de la peau et ne sont donc en général pas dangereuses pour la santé sauf si elles pénètrent dans le corps humain par inhalation ou par ingestion, auquel cas, elles deviennent dangereuses; car pouvant provoquer tous les symptômes d’empoisonnement radioactif. Chapitre I : Rappels sur les rayonnements ionisant

 Les rayonnements bêta (β) 

Ce sont des émissions d’électrons (bêta moins) ou de positrons (bêta plus). Leur énergie est très variable (de 0 à plusieurs MeV). Ils ont un pouvoir ionisant intermédiaire et un pouvoir de pénétration très faible. Leur parcourt maximal est de l’ordre de 1cm dans l’eau. Ils sont arrêtés par plusieurs mètres d’air et quelques millimètres d’aluminium (feuille mince). Pour se protéger contre ces rayonnements, il suffit d’interposer une plaque de plexiglas de 1cm d’épaisseur. 

 Rayonnements indirectement ionisants

 Ils comprennent les neutrons et les rayonnements électromagnétiques (photons X, et ɤ) qui déposent de l’énergie dans le milieu en deux étapes. Dans une première étape, une particule chargée est libérée dans le milieu absorbant (le photon libère un électron ou une paire électron/positron, et le neutron libère un proton ou un noyau de recul). Dans la deuxième étape les particules libérées déposent de l’énergie dans le milieu absorbant par des interactions colombiennes avec les électrons périphériques. 

 Les rayonnements X 

Les rayons X sont des rayonnements électromagnétiques comme les ondes radio, la lumière visible, ou les infrarouges. Ils ont une énergie variable (quelques KeV à quelques MeV). Leur pouvoir de pénétration très grande est fonction de l’énergie du rayonnement, (plusieurs centaines de mètres dans l’air). Ils sont produits par un faisceau d’électrons envoyé sur une cible métallique. Ces électrons, en interagissant avec les électrons des atomes du métal, les font changer de niveau d’énergie et émettent des rayons X. Ils traversent facilement l’organisme. Une forte épaisseur de béton ou de plomb permet de s’en protéger.

 Les rayonnements gamma (ɤ) 

Les rayons gamma, sont une forme de rayonnement électromagnétique de haute énergie produits par la désintégration ɤ ou d’autres processus nucléaire ou subatomique tel que Chapitre I : Rappels sur les rayonnements ionisants 8 l’annihilation d’une paire électron-positron. Ils possèdent une longueur d’onde très courte inférieure à 5 nanomètres. Les rayons gamma sont plus pénétrants que les rayonnements alpha et bêta, mais sont moins ionisants. Ils sont de même nature que les rayons X mais sont d’origine différente. Les rayons gamma sont produits par des transitions nucléaires tandis que les rayons X sont produits par des transitions électroniques provoquées en général par la collision d’un atome avec un électron à haute vitesse. Comme il est possible pour certaines transitions électroniques d’être plus énergétiques que des transitions nucléaires, il existe un certain chevauchement entre les rayons X de haute énergie et les rayons gamma de faible énergie. Le blindage contre les rayons gamma requiert des grandes quantités de matière. Par exemple un blindage qui réduit de 50% l’intensité des rayons gamma nécessite 1 cm de plomb, 6 cm de béton ou 9 cm de terre. Ils sont utilisés en radiographie et radiothérapie. Si les rayons gamma sont moins ionisants que les rayons alpha ou bêta, ils demandent des épaisseurs de blindage beaucoup plus importantes pour s’en protéger. Ils produisent des dégâts similaires à ceux produits par les rayons X, tel que brûlures, cancers et mutations génétiques.

Les rayonnements neutroniques 

Le neutron n’étant pas chargé, il ne produit pas d’ionisations en traversant la matière. Les neutrons libres ne forment pas un rayonnement directement ionisant, mais en provoquant des fissions nucléaires, ils peuvent générer des rayonnements ionisants. Les neutrons libres sont surtout présents dans les réacteurs nucléaires, ils sont émis, par exemple, lors de la fission d’atomes d’uranium 235. Ils ont une énergie élevée et un fort pouvoir ionisant mais indirect 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: des études ont montré que ces rayonnements participent pour 30 % de la dose reçue par le personnel naviguant. Ils ont un pouvoir de pénétration très important (pratiquement pas ralentis par l’air, pénétration profonde dans l’organisme avec une absorption importante par les tissus mous) et qui dépend de leur énergie. Une forte épaisseur de béton, d’eau ou de paraffine arrête les neutrons. L’application la plus courante des sources de neutrons est la mesure de l’humidité des sols [6]. La figure suivante montre le blindage contre les rayonnements ionisants. Figure I.2 : Portée et blindage contre les rayonnements Les rayonnements ionisants sont à la fois dangereux et utiles. Ils sont utilisés dans de nombreuses applications dans plusieurs domaines tels que l’industrie, la médecine, la recherche, à des fins notamment de production d’énergie, de contrôle non destructif, de conservation de produits périssables, de diagnostic ou de traitement, sans oublier les applications militaires. Dans le domaine médical, ils jouent un rôle très important, aussi bien pour détecter et caractériser des anomalies morphologiques que pour étudier les phénomènes physiologiques in vivo. Ce qui fait que le radiodiagnostic, auquel nous nous intéressons en particulier, est incontournable en médecine de nos jours. Il sera développé dans la partie suivante.