Généralités :
Les radiations, cet ennemi invisible et intangible, mortelle onde que le cinéma largement reprit dans des films à la réalité souvent douteuse.
La radioactivité est un phénomène de désintégration naturel au cours duquel des noyaux atomiques instables, dits radio-isotopes, se transforment spontanément (« désintégration »), en dégageant de l'énergie sous forme de rayonnements divers, en des noyaux atomiques plus stables ayant perdu une partie de leur masse.
Pour rester simple, je vais ici m'arrêter aux protons, neutrons et électrons dans la constitution du noyau atomique :
- Les protons : charge positive, dotés d'une masse, ils sont généralement notés « p+ »
- Les neutrons : charge neutre, dotés d'une masse, ils sont généralement notés « n0 »
- Les électrons : charge négative, dotés d'une masse négligeable, ils sont généralement notés « e- »
Le nombre de proton détermine de quel élément il s'agit. Le nombre de neutrons influe sur sa masse (et sa stabilité) tandis que le nombre d'électrons influe sur sa charge électrique.
Un noyau atomique est toujours constitué de protons. Dans certains cas, on y trouve également des neutrons. On simplifie généralement en disant « nucléons » terme signifiant « particules du noyau » donc protons et neutrons.
JAMAIS au grand jamais, on ne trouve d'électrons dans un noyau atomique. Les électrons gravitent autour du noyau.
Notation et isotopes :
On écrit généralement : AZX (même si généralement le A et le Z sont alignés, mais j'y arrive pas sur wikidot)
Où
- A = le nombre de nucléons total (somme des protons et des neutrons)
- Z = le numéro atomique (soit le nombre de protons)
- X = le symbole de l'élément.
Exemple : l'isotope 238 de l'uranium s'écrit : 23892U ce qu'on simplifie généralement en 238U
Le terme isotope, signifie qu'on est en présence de 2 éléments identiques (donc ayant le même nombre de protons) mais de masse différente (donc ayant un nombre de neutrons différent).
Ainsi, quelques isotopes de l'Uranium sont :
- 23592U : l'isotope 235 de l'uranium
- 23692U : l'isotope 236 de l'uranium
- 23892U : l'isotope 238 de l'uranium
Le nombre de protons (ici 92) ne change pas, on est donc toujours en présence de l'élément Uranium. En revanche, le nombre de nucléons change, on passe de 235 nucléons (soit 92 protons et 143 neutrons) à 236 (soit 92 protons et 144 neutrons) et à 238 (soit 92 protons et 146 neutrons)
Types de radiations
Il existe quatre types de radiations :
- Radiation Alpha (α) : C'est une émission d'un noyau d'Hélium (2 protons, 2 neutrons, 0 électron) provenant du noyau, elle parcourt tout au plus quelques millimètres dans l'air car elle est très énergétique (et donc elle perd énormément de son énergie au contact des atomes constituants l'air). Difficilement détectable sans coller le détecteur contre la source radioactive. Elle est l'émission radioactive considérée comme la « moins dangereuse » car effective par contact. Ainsi on peut se situer dans une pièce avec un émetteur d'alpha sans risques, à condition de ne pas s'approcher trop près.
- Radiation Bêta (β) : Arrêté par une feuille de papier ou quelque chose de plus épais. Détecté par un compteur NaI (Sodium-Iode). Il existe 2 radiations bêta :
- les bêta + (β+) : projection d'un positron (un électron positif ou anti-électron) provenant du noyau (dans les faits, un proton est transformé en neutron en éjectant un positron)
- les bêta – (β-) : projection d'un électron provenant du noyau (dans les fait, un neutron est transformé en proton en éjectant un électron).
- Radiation Gamma (γ) : Il s'agit d'une onde électromagnétique (ou photon, comme la lumière) résultant, le plus souvent, de l'annihilation électron-positron (l'un étant chargé négativement, l'autre positivement, ceux-ci s'annihilent en se touchant), ce qui signifie qu'on les rencontre le plus souvent suite à une émission β+. Arrêté par plusieurs mètres de béton. Bien que la radiation gamma soit la moins énergétique, c'est celle qui est la plus pénétrante (tout simplement car elle perd moins d'énergie au contact de l'air) et donc considérée comme la « plus dangereuse ». On la mesure à l'aide d'un compteur Geiger-Müller (ou tout simplement "compteur Geiger").
- Radiation « cluster » : est en fait une radiation alpha mais avec autre chose qu'un noyau d'hélium (par exemple noyau de carbone, d'oxygène, etc…), très rare.
Effet sur la matière :
On parle de « rayonnement ionisant » en parlant des radiations. Toutes les radiations atomiques sont des rayonnement ionisant, mais tous les rayonnement ionisant ne sont pas des radiations atomiques.
« Ionisant » signifiant « créateur d'ions » c'est à dire que le rayonnement « casse » la matière au niveau moléculaire et génère des ions (un ion, c'est un atome ou une molécule qui a gagné ou perdu des électrons et qui n'est donc plus électriquement neutre). Cela implique que le rayonnement ionisant soit une particule chargée positivement ou négativement.
Lorsque les émissions radioactives entrent en contact avec la matière (y compris les tissus vivants) elles vont transmettre leur énergie et donc "casser" les liens des molécules dans la matière (création d'ions).
Sur un matériau inerte (par exemple, le béton) cet effet est négligeable en dehors des émissions extrêmement élevées ou très longues dans le temps.
Sur les êtres vivants, cela se traduit par des brûlures et des cassures dans la chaîne d'ADN (celle-ci se répare automatiquement, mais plus elle est endommagée, plus il y a de risque qu'il y ait des « erreurs » dans la réparation => apparition de cancers).
Il faut savoir qu'être soumit à un rayonnement radioactif ne rends pas radioactif. Il y a transmission d'énergie, mais c'est tout. En revanche, un flux de neutrons peut activer la matière et effectivement la rendre radioactive (cf. le point dédié au rayonnement neutronique).
Les effets de la radioactivité sur les organismes vivants dépendent essentiellement de trois facteurs : le temps d'exposition, l'intensité d'exposition et la distance par rapport à la source.
On ne ressent pas les effets d'une irradiation avant, minimum, 24 heures (à l'exception des doses extrêmement importantes) et il faut savoir qu'une irradiation suffisamment puissante pour provoquer des vomissements au bout de 24 heures peut provoquer des symptômes jusqu'à 8 mois après exposition. Ces effets sont mieux expliqués ici.
Enfin, contrairement à ce que le cinéma et les série télé ont instauré, les matériaux radioactifs ne sont pas d'une jolie couleur verte phosphorescente.
Défense contre les radiations :
De manière générale, on s'arrange pour utiliser le principe ALARA : As Low As Reasonably Achievable, que l'on peut traduire en français par « aussi bas que raisonnablement possible » qui signifie que, quelle que soit la manipulation ou l'action à effectuer, il faut toujours s'arranger pour :
- être le plus loin possible de la source de rayonnements
- être soumis au(x) rayonnement(s) le moins longtemps possible
- Si c'est possible, toujours placer un blindage entre soi-même et la source de rayonnement.
Les blindages :
Tout matériau dense (plomb, béton, etc…) est suffisant pour « bloquer » les rayonnement alpha, bêta et gamma. Il faut savoir que le rayonnement n'est pas bloqué ou renvoyé, mais qu'il perd son énergie en traversant la matière et disparaît (le cas échéant) ou s'arrête une fois qu'il n'a plus d'énergie. De fait, 1 ou 2 mètres de béton sont suffisants dans la majorité des cas. Le plomb remplit très bien cet office, mais il est plus cher que le béton et est toxique.
Le rayonnement neutronique :
Pour rester simple, une projection de neutron va rendre un noyau instable.
Visualisez une boule constituée de balles de ping-pong orange [les protons] et blanches [les neutrons] qui tiens en équilibre en apesanteur. Maintenant jetez une balle de ping-pong [neutron] blanche dessus (sans y mettre trop de force) et filmez au ralenti : vous allez d'abord voir la balle de ping-pong que vous avez jeté entrer dans la masse, y rester, transmettre une onde de choc et provoquer l'éjection de balles blanches et oranges. C'est sensiblement ce qu'il se passe quand un neutron à la bonne vitesse percute un noyau atomique.
Bien entendu, il s'agit d'une métaphore pour que vous imaginiez l'effet, je n'ai pas pris en compte les charges et tout le merdier physique qui accompagne.
Les rayonnements neutronique sont dit « indirectement ionisant » car ils ne provoquent pas d'ionisation (les neutrons sont électriquement neutre), mais activent la matière qui, elle, provoquera des rayonnements ionisant.
Les rayons X :
Souvent confondus avec les radiations, ils n'ont RIEN a voir avec le noyau des atomes et ne relèvent donc PAS de tout ce qui concerne le nucléaire. En effet, ils proviennent des électrons qui gravitent autour du noyau.
La raison majeure de la confusion, c'est que les rayons X ont sensiblement les mêmes effets que les radiations atomiques, ils sont des rayonnements ionisants.
