LES SOURCES DE RAYONNEMENTS IONISANTS
IRRADIATION NATURELLELes rayonnements ionisants trouvent leur origine soit dans des sources naturelles, soit dans des sources liées aux activités humaines. Dans les deux cas, les rayonnements sont de même nature et, à dose égale et débit de dose égal, ont les mêmes effets. EXPOSITION TOTALE DUE AUX SOURCES NATURELLES
L'irradiation naturelle moyenne sur la Terre est évaluée à 2,4 mSv par an et par personne, mesurée en dose efficace. Cette valeur est due pour les deux tiers à l'irradiation interne et pour un tiers à l'irradiation externe. Son domaine habituel de variation va de 1,5 mSv à 6 mSv, en fonction des zones géographiques. En France, l'irradiation naturelle moyenne est évaluée à environ 2 mSv par an et par personne, en dose efficace. Elle peut varier d'une région à une autre d'un facteur de 1 à 3. Elle est surtout élevée dans les Alpes du Nord, en Bretagne, dans une partie de la Corse, de la Lorraine, du Massif Central, des Pyrénées et des Vosges.
Le ENCADRE N° 1
Le carbone 14
147N + 10n -> 146C + 11H
Le carbone 14 est rapidement oxydé en CO2 et pénètre par photosynthèse et métabolisme dans les organismes animaux et végétaux. A la mort de ceux-ci, sa teneur ne varie plus que par décroissance radioactive (phénomène utilisé pour la datation des éléments organiques).
Tableau 8 : Sources naturelles d'exposition et répartition des doses efficaces annuelles moyennes dont elle sont responsables
(ces doses sont exprimées en mSv par an et par personne) (UNSCEAR 1988)
L'EXPOSITION INTERNE D'ORIGINE NATURELLEL'irradiation naturelle est la principale origine de l'exposition humaine aux rayonnements ionisants : le corps humain, la Terre, l'espace, sont autant de sources de rayonnements auxquelles il est difficile d'échapper ! L'homme y a toujours été soumis depuis son apparition sur la Terre. Le radon
La cause d'exposition interne d'origine naturelle la plus importante est le radon. C'est un descendant de l'uranium contenu dans les terrains naturels (voir Autres radioéléments
D'autres radioéléments naturels en plus du radon, sont présents dans l'organisme humain, soit fixés à un organe, soit situés dans le tube digestif. Eux aussi sont cause d'irradiation interne. Les constituants radioactifs de l'écorce terrestreOn appelle cette source de radioactivité la «source tellurique». Elle provient de radioéléments de période très longue, qui datent de l'origine de la Terre. Viennent s'y ajouter leurs descendants, quand ceux-ci sont radioactifs. La longueur de leur période radioactive fait qu'ils n'ont pas eu le temps de disparaître depuis la formation de notre planète. Les plus importants sont décrits ci-dessous. Le potassium (noté "K").Le potassium nous est nécessaire et provient de notre alimentation : sel de cuisine, produits végétaux et animaux. Il contient toujours, quelle qu'en soit l'origine, les mêmes proportions des 3 isotopes suivants : K39 et K41, qui sont stables, et K40 radioactif, dont la période est très longue (1,26 milliards d'années). Un gramme de potassium naturel contient 37 Bq de K40. Le potassium se fixe principalement dans les muscles. Il y a dans le corps d'un homme en moyenne 2,2 g de potassium par kilo, et 1,5 g chez la femme. Donc le corps d'un homme de 80 kg contient naturellement 6 500 Bq de potassium 40, c'est-à-dire que 6 500 désintégrations s'y produisent chaque seconde, la vie durant. Les descendants de l'uranium 238 et du thorium 232La période radioactive de l'uranium 238 est de 4,5 milliards d'années, celle du thorium 232 est de 14,1 milliards d'années. On trouve, parmi leurs descendants, des isotopes du radium et du radon. Leur présence dans l'alimentation humaine Certains radio-isotopes sont absorbés avec l'eau de boisson. Ils induisent dans l'eau douce une radioactivité moyenne de 0,37 Bq/l, alors que l'eau de mer a une radioactivité moyenne de 13 Bq/l. Les eaux minérales, en particulier celles du Massif Central, peuvent avoir une radioactivité plus élevée que l'eau naturelle potable, quand les sols que l'eau a traversés ont une radioactivité élevée. Elle peut dépasser exceptionnellement 30 Bq/l. Les aliments sont aussi une voie d'ingestion des descendants de ces familles d'isotopes. Leur présence dans l'air inhalé
Certains descendants présents dans ces familles isotopiques sont gazeux. Ils peuvent donc être inhalés par les poumons. Le plus notable de ces gaz est le radon 222, qui est un émetteur alpha et dont le point d'impact se situe au niveau des bronches. Dans les habitations, les teneurs dépendent de la nature des matériaux de construction et du sol supportant les habitations. L'EXPOSITION EXTERNE D'ORIGINE NATURELLE
Exposition externe d'origine tellurique
L'exposition externe d'origine tellurique est celle créée par les constituants de l'écorce terrestre (voir Elle est par exemple de 15 mSv/an dans certaines régions de l'Etat de Kérala, en Inde, suite à l'abondance du thorium dans le sol. En France, elle varie de 0,2 à 0,8 mSv par an et est en moyenne de 0,4 mSv/an. Elle est deux fois plus élevée dans les régions granitiques, telles que la Bretagne ou le Massif Central, que dans les bassins sédimentaires ou les zones crayeuses (vallées de la Loire ou du Rhône). Exposition externe liée aux rayons cosmiques
L'importance de cette exposition externe varie principalement avec l'altitude (voir Elle est de l'ordre de 0,5 mSv/an au niveau de la mer, elle atteint 2,7 mSv/an à La Paz, en Bolivie (altitude 3600 m), et 3,1 mSv/an à Lhassa, au Tibet. De même, un trajet Paris-New York, à une altitude de 11 000 m, dure environ 8 heures et entraîne une exposition supplémentaire de 0,03 mSv, soit deux à trois fois la dose reçue en un an à proximité d'une centrale nucléaire. La dose annuelle supplémentaire reçue par le personnel navigant des avions volant à très haute altitude atteint 1,2 mSv à 3 mSv par an, et la dose reçue par les astronautes peut atteindre plusieurs mSv par mission. Ces valeurs dépendent beaucoup de l'activité du soleil au moment du vol.
Les rayons cosmiques En quoi les rayons cosmiques nous concernent-ils ?
Nous sommes concernés, pour ce qui est des doses reçues, de deux manières : IRRADIATION ARTIFICIELLE CONCERNANT L'ENSEMBLE DE LA POPULATIONLes radiations ionisantes sont utilisées soit comme moyen de diagnostic, soit comme moyen de traitement. L'irradiation médicale est évaluée à environ 1 mSv par an en moyenne en France et aux Etats-Unis. Elle serait plus élevée au Japon, plus faible en Angleterre. IRRADIATION MEDICALEIrradiation liée aux examens médicaux
Parmi les irradiations d'origine artificielle, c'est le radiodiagnostic qui est responsable de la plus grande partie de l'irradiation collective de la population. Irradiation liée aux traitements des maladesEn radiothérapie, les doses sont souvent très élevées et peuvent atteindre plusieurs dizaines de Gy (dans le cas de fortes doses, on ne peut parler que de Gray, et non de Sievert). Elles sont mesurées de façon rigoureuse (à quelques % près). Ceci est indispensable pour détruire le mieux possible les tumeurs, en altérant au minimum les tissus sains.
Les doses sont délivrées par des sources : RETOMBEES ATMOSPHERIQUES D'ORIGINE ARTIFICIELLEEssais militairesLes retombées radioactives dues aux explosions militaires à l'air libre atteignent la population principalement par irradiation interne. Du fait de la décroissance radioactive des radioéléments issus de ces essais, le taux de radioactivité dans l'air a été divisé par 3 000, par rapport aux valeurs de 1963-1964, qui sont les plus élevées jamais atteintes. En plus du césium 137, on trouve des traces de carbone 14, de strontium 90, de plutonium et de transplutoniens. On a estimé à plus de 8 tonnes la quantité de plutonium ainsi dispersé depuis 40 ans. La précision des moyens de détection des réseaux de surveillance en France permet de mesurer ces radioéléments.
Tableau 9 : Doses moyennes délivrées lors de quelques examens radiologiques (UNSCEAR 1988)
Tchernobyl (voir L'accident de Tchernobyl a eu lieu le 26 avril 1986, par explosion du réacteur n° 4. Il en est résulté un apport global de radioéléments à l'atmosphère environ 100 fois plus faible qu'après les essais militaires aériens et 200 fois plus important qu'à Hiroshima et Nagasaki. Il a entraîné une augmentation intense de la radioactivité de l'air, mais qui a été brève car les hautes couches de l'atmosphère n'ont pas été atteintes. Les doses reçues en 1986 par la population française ont varié de 0 à 0,15 mSv en exposition globale ; en moyenne, l'exposition résultante est de 0,05 mSv pour la vie entière, soit 2,5 % de l'exposition naturelle d'une seule année (2 mSv). On rappelle qu'en France, l'exposition naturelle peut varier du simple au double, d'une région à une autre. Il n'y a donc aucun problème sanitaire pour ce qui est de la France. Les conséquences de TCHERNOBYL Plus de 100 000 personnes ont été évacuées, principalement dans une zone de 30 km autour du réacteur. Ces populations ont reçu avant évacuation une dose moyenne de 15 mSv, mais aussi des doses à la thyroïde, ayant pu atteindre 10 Sv chez de jeunes enfants. 800 000 travailleurs, appelés liquidateurs, sont intervenus sur le site et à proximité. Environ 400 d'entre eux ont reçu des doses élevées allant de 1 à 10 Sv. 970 000 personnes vivent dans des zones contaminées où des mesures de radioprotection sont toujours nécessaires.
Les conséquences sanitaires de Tchernobyl sont actuellement les suivantes :
- 31 personnes décédées directement des suites de l'accident. REJETS DES CENTRALES NUCLEAIRES ET DES INSTALLATIONS DU CYCLE DU COMBUSTIBLEEn régime normal, les centrales nucléaires ainsi que les installations de préparation et de traitement du combustible ne peuvent avoir une influence sur l'exposition de la population que par suite des rejets d'effluents gazeux et d'effluents liquides. Pour chaque site, les pouvoirs publics ont fixé des limites d'autorisation de rejet très précises. Pour le niveau de rejet actuel, l'exposition d'un individu de la population la plus exposée, proche du site, est d'environ 1 microSv, soit le millième de la limite de dose réglementaire fixée pour le public dans la dernière directive européenne (1mSv). Les rejets d'effluents radioactifs des sites sont mesurés en permanence. Une surveillance quotidienne de l'environnement proche est effectuée par les exploitants. Des bilans radioécologiques périodiques sont réalisés par l'Institut de Protection et de Sûreté Nucléaire autour des installations nucléaires françaises. L'OPRI fixe les modalités de la surveillance de l'environnement dont doit s'acquitter l'exploitant. Il effectue régulièrement le contrôle des effluents gazeux et liquides des centrales. AUTRES SOURCES ARTIFICIELLESCertains appareils contiennent une légère activité, ou entraînent la formation de rayonnements ionisants. Ils peuvent provoquer une très faible irradiation de la population. Elle est inférieure à 10 µSv par an et par personne, grâce à la limitation très stricte par les pouvoirs publics des autorisations d'utilisation de corps radioactifs. On peut citer les cadrans lumineux de montres (traités au tritium et non plus au radium ou au prométhéum), les récepteurs de télévision couleur de fabrication ancienne (de plus de 20 ans), les produits radioluminescents, les paratonnerres (interdits à la vente) et les détecteurs incendie. IRRADIATION ARTIFICIELLE CONCERNANT LES PROFESSIONNELS INTERVENANT A EDF OU GDFSOURCES D'IRRADIATION RENCONTREES DANS LES CENTRALES NUCLEAIRESOrigine des sources d'irradiation en centrale nucléaireLes réactions de fission
Les réactions de fission consistent en l'absorption d'un neutron par un atome d'uranium 235, suivie de l'éclatement de celui-ci, sous l'effet de l'instabilité ainsi créée. L'éclatement provoque :
Le
Tableau 10 : Produits de fission présents dans le coeur du réacteur.
A la fin d'un cycle à l'équilibre, pour un réacteur REP 900 MW, on trouve environ 10 millions de TBq de gaz rares, 20 millions de TBq d'iodes et 1 million de TBq de césiums.
Les captures de neutrons et les réactions d'activation
Les neutrons produits dans le cur n'entraînent pas tous une fission d'un atome d'uranium 235 : certains neutrons sont capturés par des noyaux non fissiles, transformant dans certains cas ces derniers en noyaux instables radioactifs. Ce phénomène est alors appelé "réaction d'activation". On peut citer les produits d'activation suivants :
Le cobalt 60, de période 5,3 ans :
Le cobalt 58, de période 71 jours :
Ce cobalt provient de l'activation du cobalt 59 et du nickel 58 issus : Par ailleurs, certains neutrons peuvent être capturés directement dans le combustible (par l'uranium 238 non fissile, ou par l'uranium 235) et provoquer la formation d'atomes lourds. Ceux-ci, tels le plutonium et les autres transuraniens, sont principalement des émetteurs a. Ces atomes restent fixés dans le combustible. Sources d'exposition pendant le fonctionnement (réacteur divergé)
Nous dirons que la centrale est en fonctionnement à partir du moment où le réacteur est divergé. Les risques sont alors les suivants : NeutronsPendant le fonctionnement en puissance, le flux neutronique au voisinage du combustible est intense et les protections biologiques ne peuvent avoir une efficacité absolue du fait des traversées de tuyauterie. Au fur et à mesure de la conception des nouvelles centrales, de nombreuses améliorations ont permis de réduire les fuites de neutrons. Actuellement, on évalue à environ 2 % la dose due aux neutrons par rapport à la dose totale reçue par les agents. Les zones à risque sont connues et mentionnées sur des cartographies. Des procédures strictes réglementent l'accès à ces zones. Rayonnements b et g (
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| RADIO-ISOTOPE | PÈRE | PÉRIODE | SOURCE PONCTUELLE de 1 Ci (37 GBq) à 1m en mSv/h |
| 51 Cr | 50 Cr | 28j | 0,16 |
| 59 Fe | 58 Fe | 45j | 6,3 |
| 58 Co | 58 Ni | 71j | 5,4 |
| 54 Mn | 54 Fe | 312j | 4,5 |
| 60 Co | 59 Co | 5,27 a | 12,8 |
| 110 mAg | 109 Ag | 250j | 14,6 |
| 122 Sb | 121 Sb | 2,7j | 2,7 |
| 124 Sb | 123 Sb | 60j | 9,4 |
A l'arrêt, le combustible irradié continue à émettre des neutrons, mais en quantité très faible. Les protections biologiques du réacteur et l'eau des piscines assurent une protection totale. A signaler cependant le cas particulier des châteaux d'évacuation du combustible ; du fait de l'absence d'une forte épaisseur d'eau (très bon ralentisseur de neutrons), il règne un faible débit de dose neutrons (quelques centièmes de mSv/h).
A l'arrêt, l'influence des émetteurs b apparaît lorsqu'on est amené à ouvrir les circuits et à travailler au contact direct des dépôts de produits de corrosion. L'irradiation due aux émetteurs g est évidemment présente.
La dose individuelle moyenne annuelle est de 1,6 mSv pour les agents EDF et de 4,4 mSv pour les prestataires.
Ils ont un caractère exceptionnel, puisque les émetteurs a sont formés uniquement à l'intérieur du combustible et que les particules a, très peu pénétrantes, ne peuvent traverser les gaines. On ne pourrait les rencontrer dans les dépôts qu'en cas de fonctionnement avec des ruptures de gaines.
Dans une centrale en exploitation, certaines installations spécifiques sont le siège d'un risque radiologique quasiment permanent, mais maîtrisé :
- piscine de stockage du combustible,
- installations de traitement des effluents gazeux, par décroissance radioactive,
- installations de traitement des effluents liquides, par filtration, par passage
- sur résines échangeuses d'ions ou par évaporation,
- installations de traitement des déchets solides (par enfûtage de ceux-ci dans des fûts métalliques ou en béton), et installations de stockage de ceux-ci,
- laboratoires de mesures radiochimiques,
- ateliers d'intervention sur du matériel contaminé.
Certains scénarios d'accidents hypothétiques (c'est-à-dire de probabilité extrêmement faible) peuvent conduire à un endommagement du cur et, par suite, à une exposition accidentelle si le circuit primaire n'est pas intègre.
Les études probabilistes menées sur le REP montrent que l'événement initiateur de plus grande probabilité, est l'APRP (Accident de Perte de Réfrigérant Primaire). Par ailleurs, c'est pendant les états d'arrêt du réacteur, que la probabilité d'endommagement du cur atteint sa valeur la plus élevée.
La radiographie industrielle met en uvre des appareils utilisant :
- soit un générateur électrique de rayons X ou un accélérateur de particules. Ces générateurs présentent un risque lorsqu'ils sont sous tension.
- soit une source radioactive scellée émettrice de rayons (le plus souvent de l'iridium 192, mais aussi du cobalt 60). Leur activité peut atteindre de 10 à quelques centaines de curies (de 370 milliards de Bq à 3700 milliards de Bq). Le rayonnement de ces émetteurs est permanent. Des mesures de sécurité très strictes doivent donc être appliquées, non seulement sur le chantier, mais également pendant le transport et le stockage.
Des sources radioactives scellées sont mises en uvre dans des jauges d'épaisseur, de niveau, de densité.
Des sources ionisantes d'américium 241 sont utilisées pour détecter les fumées et les gaz d'incendie, dans des détecteurs à chambre d'ionisation. L'activité des détecteurs que l'on installe actuellement est de l'ordre de 40 000 Bq ( 1 µCi).
Des traceurs utilisant des sources non scellées sont utilisés : l'iode 131 sert dans les centrales nucléaires à mesurer l'efficacité des pièges à iode ; le sodium 24 est utilisé pour le contrôle de certains capteurs.
Une partie de la population active, en dehors d'EDF ou GDF, utilise des sources de rayonnements ionisants pour des raisons professionnelles. On peut approximativement situer ces utilisations par la liste suivante :
- Les centres de recherche nucléaire (Commissariat à l'Énergie Atomique CEA), et les centres de recherche où sont utilisées des sources radioactives,
- Les usines de fabrication du combustible nucléaire et de retraitement du combustible (Compagnie Générale des Matières Nucléaires COGEMA), les centres de stockage de déchets nucléaires (Agence Nationale des Déchets RAdioactifs ANDRA), les mines d'uranium,
- Les entreprises effectuant dans leurs propres locaux des prestations de service dans le domaine nucléaire (décontamination, maintenance),
- Les entreprises utilisant des appareils de stérilisation de produits alimentaires ou agricoles, de traitement de matériaux par rayonnements ionisants,
- Les professions médicales ou paramédicales (cabinets de radiodiagnostic ou de dentisterie, services de radiothérapie, services de "médecine nucléaire" utilisant des traceurs radioactifs à des fins d'examens médicaux).
Sommaire Section : Expositions naturelles et artificielles.
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Page modifiée le 19/02/2003 à 14h48.
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