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Interactions et effets des rayonnements ionisants
Interactions rayonnements-matières
Le passage des rayonnements dans la matière s’accompagne d’ionisation de dépôt local d’énergie. C’est le cas des rayonnements alpha, bêta, gamma et neutroniques. L’ionisation peut s’effectuer de deux manières :
• ionisation directe pour les rayonnements alpha ou bêta,
• ionisation indirecte pour des photons gamma ou neutrons.
L’ionisation directe
Interaction des particules alpha
Perte d’énergie essentiellement par interaction électromagnétique avec les électrons atomiques. Importante création de paires électrons-ions : on dit que le rayonnement alpha est fortement ionisant. A cause de sa grande masse, la particule alpha est peu déviée. La trajectoire des alpha dans la matière est rectiligne.
Interaction des particules bêta
Perte d’énergie des électrons (et positrons) :
• Par interaction avec les électrons atomiques provoquant l’excitation ou l’ionisation de la matière.
• Par interaction avec les noyaux des atomes du milieu, qui devient la trajectoire des électrons. Lors du changement de trajectoire, un photon de Bremsstrahlung (rayonnement de freinage) est émis (conservation de la quantité de mouvement).
Les particules bêta sont 8000 fois plus légères que les particules alpha et elles sont facilement déviées par le champ électromagnétique des noyaux. Leur trajectoire est en forme de ligne brisée. Les particules bêta sont nettement moins ionisantes que les particules alpha.
L’ionisation indirecte
On distingue deux types d’ionisation indirecte.
Interaction neutron matière :
Il s’agit des réactions qui mettent en jeu les noyaux atomiques du milieu traversé. L’absence de charge rend le neutron insensible à l’interaction électromagnétique des atomes. L’énergie est transférée par collision au noyau léger, mobilisé, chargé qui constitue la particule ionisante. Il traverse les matériaux constitués d’atomes lourds comme le plomb et l’acier.
Interaction du rayonnement gamma
Du point de vue microscopique, l’interaction des photons de haute énergie est pour l’essentiel une interaction avec les électrons atomiques. En fonction de l’énergie du photon, l’interaction donnera lieu à :
● Effet Photoélectrique
L’énergie du photon incident est faible (20 keV < E <100 keV). C’est un processus par lequel le photon incident, d’énergie hν , cède toute son énergie à un électron des couches profondes qui est alors éjecté de l’atome : il y a absorption totale du photon et ionisation de l’atome.
Effets biologiques de rayonnements ionisants
On distingue deux effets biologiques de rayonnements ionisants tels que les effets déterministes et les effets stochastiques.
Effets déterministes ou pathologiques
Une exposition aux rayonnements à des doses élevées peut avoir des effets tels que nausées, érythème ou, dans les cas graves, syndromes plus aigus qui se manifestent cliniquement chez les individus exposés peu de temps après l’exposition. Ces effets sont appelés «effets déterministes», car il est certain qu’ils se produiront si la dose dépasse une valeur seuil (Voir Tableau annexe).
Les effets déterministes résultent de divers processus, principalement la destruction des cellules et le retard dans la division cellulaire provoqués par une exposition à des niveaux élevés de rayonnements. S’ils s’étendent trop, ces processus peuvent compromettre le fonctionnement du tissu exposé. La gravité d’un effet déterministe donné chez un individu exposé augmente avec la dose, au-dessus du seuil d’apparition de cet effet [1].
Effets stochastiques ou aléatoires
Une exposition aux rayonnements peut également induire des effets somatiques tels que des affections malignes qui se manifestent après une période de latence et qui peuvent être décelables dans une population par une étude épidémiologique; ils sont supposés être induits sur tout le spectre des doses sans qu’il existe de seuil. En outre, des effets héréditaires dus à une exposition à des rayonnements ionisants ont été mis en évidence dans d’autres populations de mammifères par une méthode statistique, et l’on suppose qu’ils peuvent se produire aussi chez les populations humaines. Ces effets décelables par une étude épidémiologique (affections malignes et effets héréditaires) sont appelés «effets stochastiques» en raison de leur caractère aléatoire [1]. Les effets stochastiques peuvent apparaitre lorsque les cellules irradiées ne sont pas détruites, mais modifiées. Les cellules modifiées peuvent, après un long processus, évoluer en cancer. Les mécanismes de réparation et de défense de l’organisme rendent une telle évolution très improbable à faibles doses. Néanmoins, rien ne permet d’établir l’existence d’une dose seuil au-dessous de laquelle un cancer ne pourrait pas se former. La probabilité d’apparition d’un cancer est plus forte à hautes doses, mais la gravité d’un cancer éventuel est indépendante de la dose. Si la cellule endommagée à la suite d’une exposition est une cellule germinale, dont la fonction est de transmettre des informations génétiques à la descendance, il est concevable que des effets héréditaires de différents types apparaissent chez les descendants de la personne exposée. La probabilité des effets stochastiques est supposée proportionnelle à la dose reçue, sans qu’il existe de seuil de dose.
La spectrométrie gamma
L’idée est que si l’on dispose d’un appareil permettant d’une part de mesurer exactement l’énergie des photons gamma émis et d’autre part d’en comptabiliser le nombre pendant une certaine durée, on peut alors identifier les radioéléments présents et déterminer leur activité. Cet appareil d’analyse n’est autre qu’un spectromètre gamma.
La spectrométrie gamma est une technique non destructive de mesure nucléaire utilisée pour identifier et quantifier des éléments radioactifs par la mesure de l’énergie et du nombre des rayonnements gamma émis par le radionucléide. Le flux de photons gamma émis par le radionucléide interagit en déposant l’intégralité ou une partie de son énergie dans le cristal de détection. Cette mesure réalisée sur une certaine durée permet de construire un spectre. Ce spectre donne le nombre de photons détectés en fonction de leur énergie. L’identification est possible car les noyaux atomiques ont une structure en niveaux d’énergie de sorte qu’ils ne peuvent émettre que des photons d’énergies particulières. Ces niveaux d’énergie ou raies d’émission sont caractéristiques de chaque radio-émetteur gamma. Les raies se matérialisent sous forment de pics dans le spectre.
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Table des matières
Introduction
CHAPITRE I : Généralités
1.1. Radioactivité naturelle
1.1.1. Rayonnement cosmique
1.1.1.1. Rayonnement primaire
1.1.1.2. Rayonnement secondaire
1.1.2. Rayonnement ambiant terrestre
1.1.2.1. Radionucléides cosmogéniques
1.1.2.2. Radionucléides primordiaux
1.1.3. Chaines de désintégration
1.1.3.1. Chaine de désintégration de l’uranium-238
Source : Cours PGEC, 2012, AIEA
1.1.3.2. Chaine de désintégration du thorium-232
1.1.3.3. Radionucléide de Potassium
1.2. Les minerais radioactifs
1.2.1. Le minerai d’ilménite
1.2.2. Le minerai de zircon
1.3. Désintégration radioactive
1.3.1. Filiation radioactive
1.3.2. Équilibre séculaire
1.4. Interactions et effets des rayonnements ionisants
1.4.1. Interactions rayonnements-matières
1.4.1.1. L’ionisation directe
a. Interaction des particules alpha
b. Interaction des particules bêta
1.4.1.2. L’ionisation indirecte
a. Interaction neutron matière
b. Interaction du rayonnement gamma
1.4.2. Effets biologiques de rayonnements ionisants
1.4.2.1. Effets déterministes ou pathologiques
1.4.2.2. Effets stochastiques ou aléatoires
1.5. La spectrométrie gamma
1.5.1. Le rayonnement gamma
1.5.2. La chaîne de spectrométrie de rayonnement gamma
1.5.3. Préamplificateur
1.5.4. Inspector
1.5.5. Logiciels
1.6. Le détecteur
1.6.1. Détecteur Geiger-Müller
CHAPITRE II : Radioprotection
2.1. Principes de la radioprotection
2.2. Grandeurs et unités en dosimétrie et radioprotection
2.2.1. Grandeurs dosimétriques
2.2.1.1. Dose absorbée D
2.2.1.2. Débit de dose absorbée
2.2.2. Grandeurs de protection
2.2.2.1. Dose équivalente HT
2.2.2.2. Débit de dose équivalente H T
2.2.2.3. Dose efficace E
2.2.3. Grandeurs opérationnelles
2.2.3.1. Surveillance individuelle
2.2.3.2. Surveillance de l’environnement
2.2.4. Dose effective
2.3. Incertitude des mesures
2.4. Contrôle règlementaire
2.4.1. Inroduction
2.4.2. Réglementation sur la radioprotection à Madagascar
2.4.3. Textes du droit minier Malagasy
CHAPITRE III: Impacts des éléments présents dans les minerais radioactifs sur l’Homme et l’environnement
3.1. Toxicité radiologique et chimique de l’uranium et ses descendants
3.1.1 Radiotoxicité de l’uranium
3.1.1.1. Plantes
3.1.1.2 Animaux et Homme
3.1.2. Radiotoxicité des poussières radioactives et du radon
3.1.2.1 Poussières radioactives
3.1.2.2. Radon-222
3.1.3. Radiotoxicité et toxicité chimique des autres éléments
3.1.3.1. Le thorium
3.1.3.2 Les descendants : radium, polonium et plomb
CHAPITRE IV : Radioprotection dans les mines
4.1. Identification des risques radiologiques
4.1.1 Exposition externe
4.1.2. Exposition interne
4.1.2.1. Inhalation de la poussière
4.1.2.2. Ingestion de la poussière
4.1.2.3. Inhalation du radon
4.1.3. Contamination de la peau
4.1.4. Voies de contaminants radioactifs au public
4.1.5. Remarques complémentaires pour les régions éloignées et autochtones
4.1.6. Scénarios d’exposition
4.1.7. Critères de protection
CHAPITRE V : Localisation, présentation générales et description des villages et des sites
5.1. Localisation et présentation générales des villages et des sites
5.2.1. Village d’Anjahambe
5.2.2. Village de Vohitrakanga
5.2.3. Village d’Analanampotsy
5.2.4. Village de Mahasoa
5.2.5. Village Manakantafana
5.2.6. Village de Menatany
5.2.7. Ville de Soanierana Ivongo
Conclusion
