La radioactivité en bref
Dans la nature, la plupart des
noyaux d’atomes sont stables, c’est-à-dire qu’ils restent indéfiniment identiques à eux-mêmes. Les autres sont instables car ils possèdent trop de protons ou de neutrons ou trop des deux.
Pour revenir vers un état stable, ils sont obligés de se transformer. Ils expulsent alors de l’énergie – provenant de la modification du noyau – sous forme de rayonnements : c’est le phénomène de
radioactivité.
Comment mesurer la radioactivité ?
Le Becquerel, indicateur de l’activité radioactive émise
Le
Becquerel
(Bq), sert à mesurer le
nombre de transformations par seconde d’une source radioactive. Cette unité sert à définir le niveau d’activité d’un échantillon de matière radioactive. Un Becquerel équivaut à
une désintégration par seconde.
L’activité des sources s’exprime le plus souvent en multiples du Becquerel : kilo (mille fois plus), méga (un million de fois plus), giga (un milliard de fois plus).
Par exemple,
la radioactivité naturelle moyenne du corps humain (chez l’adulte) est
égale à 8 000 becquerels (8 kBq), dont 4 500 sont dus au potassium 40 et 3 500 au carbone 14. L’activité d’une source radioactive est souvent rapportée à une masse (Bq/kg), un volume (Bq/L ou Bq/m3) ou encore une surface (Bq/m2).
Quelques valeurs repères de radioactivité naturelle autour de nous :
- Lait : 50 à 80 Bq/L
- Viande : 90 Bq/kg
- Pommes de terre : 100 à 150 Bq/kg
- Terre de jardin : 1 000 Bq/kg
- Sol granitique : 8 000 Bq/kg
- Eau de mer : 10 Bq/L
Le Gray, pour mesurer la dose de rayonnement absorbée
Tous les rayonnements émis par les atomes radioactifs transportent de l’énergie. Lorsqu’ils rencontrent de la
matière - organisme ou objet -, ils cèdent une partie ou la totalité de leur énergie à la matière rencontrée.
Le transfert d’énergie à la matière est variable selon les types de rayonnement.
Illustration sur le pouvoir de pénétration des rayonnements ionisants. © CEA/Yuvanoe/M.Hartmann
La dose absorbée est une grandeur physique et correspond à l’énergie des rayonnements cédée à la matière exposée. Elle se mesure en
Gray (Gy), et correspond à la quantité d’énergie transférée par unité de masse de la matière exposée.
1 Gray (Gy) = 1 Joule par kilogramme.
On utilise généralement des sous-multiples comme le milli (mille fois moins), le micro (un million de fois moins) pour rendre compte de la dose absorbée. Le Gray est une unité couramment utilisée par exemple dans le domaine de la
radiothérapie.
Le Sievert pour évaluer le risque d’effets biologiques
Pour une même dose absorbée (en Gy),
les effets biologiques potentiels sur la matière vivante exposée dépendent de la nature du rayonnement, de son énergie et du temps d’exposition. De plus, les tissus vivants ou organes n’ont pas la même sensibilité vis-à-vis des rayonnements. Ainsi, pour tenir compte de ces différents paramètres et notamment, dans le domaine des faibles doses, une autre grandeur de dose
est utilisée. Elle est exprimée en
Sievert (Sv). Généralement les mesures se réalisent en millisievert, un millième de Sievert (mSv) ou en microsievert, un millionnième de Sievert (μSv).
On parle de :
-
Dose équivalente pour un organe ou un tissu.
-
Dose efficace pour le corps entier (somme des doses équivalentes de l’ensemble des organes)
Infographie d’échelle de doses efficaces annuelles et ponctuelles. © CEA
Une comparaison simple pour résumer et comprendre les différences entre les unités
Le nombre de pommes qui tombent de l’arbre au cours du temps peut se comparer à l’activité (n becquerels = n désintégrations/seconde c’est-à-dire n pommes par seconde).
Le nombre de pommes reçues par le personnage illustre le gray (dose absorbée).
Les marques laissées sur le corps du personnage traduisent l’équivalent de dose efficace en sievert (effet produit). Cela dépend de la grosseur de la pomme (nature du rayonnement) et de la localisation de l’impact (différence entre le pied et la tête par exemple).
Comment mesure-t-on la radioactivité ?
Impalpable, sans odeur, couleur ni saveur, la radioactivité est détectable et mesurable grâce à des appareils et instruments de mesure spécifiques. Ci-dessous la description d’appareils les plus couramment utilisés.
Le compteur Geiger-Müller
Le compteur Geiger-Müller permet d’indiquer la présence et de quantifier les rayonnements ionisants émis par une source radioactive.
Il permet de déterminer l’intensité d’une source, sans distinction du type de rayonnement ni de leur impact biologique.
Le dosimètre
La surveillance de l’exposition externe peut-être réalisée par deux dispositifs complémentaires portés simultanément par les personnels susceptibles d’être exposés : les dosimètres.
On distingue ainsi le :
-
Dosimètre de référence dit « passif » : il enregistre la dose cumulée sur une période prédéfinie (un ou trois mois en général). Ces dosimètres permettent de mesurer l’exposition due aux rayonnements bêta, X et gamma. A l’intérieur du dosimètre les rayonnements déplacent des électrons dans des « pièges ». Après sa période d’utilisation, le dosimètre est analysé en laboratoire pour définir la dose efficace reçue sur la période.
-
Dosimètre opérationnel dit « actif » : il permet de mesurer en temps réel l’exposition du travailleur. Il s’agit d’un dosimètre électronique à alarme sonore. Le travailleur peut ainsi connaître à tout instant la dose qu’il reçoit lors de travaux sous rayonnements ionisants.
Chercheur portant un dosimètre. © L. Zylberman
L'expérience de la chambre à brouillard pour détecter la radioactivité
Notions clés
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Le Becquerel (Bq) mesure l’activité d’une source ou d’un échantillon et correspond au nombre de transformations d’atomes par seconde.
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Le Gray (Gy) mesure la quantité d’énergie absorbée par un organisme ou objet exposé aux rayonnements.
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Le Sievert (Sv) est une unité qui sert à quantifier l’effet des rayonnements sur l’être humain à faible dose.