Le débit-mètre « Inspector » du Laboratoire de Physique Nucléaire et Physique de l’Environnement (LPNPE)

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Famille de l’uranium-238

L’uranium-238 (238U) est le constituant principal de l’uranium naturel avec une abon-dance de 99,27 %. Il est le père d’une famille caractérisé par le nombre de masse A tel que A = 4n + 2. Dans cette chaîne, il y a des désintégrations α et β qui peuvent être accompagnées par une émission γ. Le 238U de période radioactive T = 4,5.109 ans est le père de cette famille et la chaîne est terminée par un isotope stable : le plomb-206 (206Pb). (Figure 1.5)

Famille de l’uranium-235 ou actinium

Elle est caractérisée par le nombre de masse A = 4n + 3. Le père de cette famille, l’uranium-235 (235U) a une période radioactive de T = 7,04.108 ans, son abondance est très faible car elle constitue 0,72 % de l’uranium naturel.
Dans cette chaîne, il y a des désintégrations α et β qui peuvent être accompagnées par une émission γ. Cette chaîne est terminée par le plomb-207 ( 207Pb) qui est un isotope stable. (Figure 1.4)

Famille du thorium-232

Cette famille est caractérisée par le nombre de masse A = 4n, le père de la famille de thorium-232 (232Th) a une période radioactive T = 1,39.1010 ans. Elle se termine, après des émissions α, β , γ par un élément stable qui est le plomb-208 (208Pb). (Figure 1.3).

Le radon et ses descendants

Le radon, produit des chaînes de désintégration de l’uranium et du thorium présents dans la croûte terrestre, est le seul radionucléide gazeux des familles radioactives natu-relles. C’est un gaz rare incolore et inodore qui émane du sol.
L’émission vers l’atmosphère dépend de la nature du sol et des conditions météorolo-giques. L’exposition à l’air libre varie d’un lieu à un autre mais elle reste marginale par rapport à l’exposition à l’intérieur de l’habitat, le radon se concentrant dans les bâtiments clos.
Les trois isotopes naturels du radon sont : le 222Rn, le 220Rn et le 219Rn dont les périodes radioactives sont respectivement égales à 3,82 j, 55,6 s et 3,96 s.
Le 222Rn de période radioactive la plus élevée de 3,82 j est un descendant de la famille de l’uranium-238 et il occupe toutes les concentrations de radon dans l’environnement. Il est issu de la désintégration α du 226Ra, suivant l’équation : 88226Ra −→ 86222Rn + 24He (1.10).
Environ 90% du risque provient du radon-222 ou plus exactement de ses descendants radioactifs solides émetteurs α qui se déposent dans le système pulmonaire.
La ventilation des sous-sols, des vides sanitaires en particulier ou des salles de stockage de sources de rayonnements est le moyen de prévention du risque radon dans certaines habitations. [2].

Les particules chargées

Le passage d’une particule chargée dans la matière se traduit par des faibles trans-ferts d’énergie cinétique par diffusions élastiques et/ou inélastiques sur les électrons et les noyaux atomiques du milieu ralentisseur, accompagné de faibles changements de direction [4].

Particules chargées légères

La trajectoire de ces particules chargées légères est sinueuse. Le parcours moyen est relativement limité et dépend de l’énergie de la particule et de la densité en électrons de la matière traversée. En fait, on parle plutôt de portée des électrons, qui est la projection du parcours sur la direction 2 π avant.
Pour les tissus humains de masse volumique 1g/cm3 par exemple, cette portée moyenne est inférieure à 7 µm pour les β du tritium et de l’ordre de 0,3 mm pour le 14C.
Au regard de l’exposition externe, la pénétration des β de faible énergie c’est-à dire d’énergie maximale inférieure à 200 keV, est souvent considérée comme négligeable qui n’est pas le même pour le cas d’exposition interne.

Les rayonnements ionisants

• La collision : l’interaction ou le choc des électrons avec ce milieu aboutit soit à arracher un ou plusieurs électrons à l’atome pour la production d’un ion positif, soit à déplacer un électron et former un atome excité.
La réorganisation du cortège électronique conduit à l’émission de raies X mono-énergétiques et de l’énergie dégradée sous forme de chaleur ou de luminescence comme dans le cas de la désexcitation de l’atome.
• Le freinage : il résulte de la modification de la trajectoire de l’électron au voisinage du noyau positif. Lorsqu’elle est soumise à une accélération, toute particule chargée émet un rayonnement électromagnétique.
La perte de l’énergie de l’électron incident se retrouve sous forme d’un rayonne-ment X, dit « bremsstrahlung », venant des mots allemands brems et strahlung qui signifient respectivement freins et rayonnement.
Cette émission n’est pas monoénergétique mais se répartit sous forme d’un spectre continu allant de 0 à l’énergie initiale de la particule incidente. Son intensité croît en fonction de l’énergie de la particule et du numéro atomique de la matière traversée.
Cependant, l’énergie totale de la particule incidente se partage dans des proportions variables entre collision et freinage.

Particules chargées lourdes

Les particules chargées lourdes ont une trajectoire rectiligne. Le parcours des parti-cules α est faible. Même si elles ne présentent pas de risque d’exposition externe, en cas d’incorporation dans l’organisme, par inhalation ou ingestion, leur pouvoir d’ionisation élevé les rend très nocives. Celui-ci est maximum en fin de parcours.
Cette caractéristique permet de les utiliser dans des applications médicales avec des accélérateurs de particules dont l’énergie est réglée pour délivrer une dose maximale à une profondeur déterminée (hadronthérapie).[5]

Interaction du photon γ avec la matière

Les rayonnements électromagnétiques γ ne possèdent pas de charge électrique. Ils interagissent dans la matière suivant trois processus principaux : l’effet photoélectrique, l’effet Compton, et la création de paires ou matérialisation.
L’importance relative de ces trois effets dépend de l’énergie du photon γ et du milieu atténuateur (Figure 1.7) [4].

Facteur d’augmentation (Build up factor) [4]

En établissant la loi d’atténuation, on a supposé que tout photon qui interagit dans l’écran n’est pas enregistré. Dans la pratique, on ne se trouve généralement pas dans cette situation : en l’absence d’une collimation sévère, des rayonnements secondaires et en particulier, des rayonnements diffusés issus de l’effet Compton peuvent pénétrer dans le détecteur. Donc cette loi doit être modifiée et s’écrire : I = I0.B.e−µx (1.28).
B est le facteur d’accumulation en nombre (Build up factor), et dépend :
– de la nature et de l’épaisseur de l’écran.
– de l’énergie du rayonnement.
– de la géométrie source-écran.

Exposition interne

Lorsque des substances radioactives pénètrent dans l’organisme d’une personne, il y a exposition interne. Il existe plusieurs voies d’expositions telles que :
— l’inhalation : au cas où les substances radioactives sont en suspension dans l’air respiré .
— l’ingestion : des substances radioactives sont, par exemple, contenues dans des liquides ou des aliments absorbés, ou déposées sur un objet porté à la bouche .
— la blessure : blessure avec un objet contaminé, ou lorsque des substances radio-actives viennent souiller une blessure déjà existante .
— la voie cutanée : l’importance dépend du caractère lipophile de la substance radioactive.
Une fois dans l’organisme, les substances radioactives se distribuent dans les organes ou tissus sur lesquels elles sont susceptibles de s’accumuler selon leur nature physico-chimique. Elles irradient continuellement le corps tout au long de leur désintégration.[7].

Dosimétrie : Grandeurs et unités

La dosimétrie est un outil de la radioprotection. Elle a pour but de quantifier la dose absorbée par l’organisme humain ainsi que les dégâts biologiques qui en résultent. Des grandeurs et unités de mesures définies par l’ICRU sont donc utilisées pour évaluer les effets observés en fonction des quantités de rayonnements reçues par une personne ou dans un lieu ou environnement de travail, tout en considérant des sources, des champs de rayonnements, ou des cibles irradiées.
Donc pour la prévision des effets des expositions aux rayonnements ionisants, il est primordial de savoir la définition précise de ces grandeurs. La figure ci-dessous (Figure 2.1) montre la relation entre trois grandeurs qui sont les grandeurs physiques, les grandeurs de protection et les grandeurs opérationnelles [8].

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Table des matières

I Partie Théorique
1 Notion de base : Radioactivité et rayonnements ionisants 
1.1 Manifestation de la radioactivité
1.1.1 L’atome – Au coeur de la matière
1.1.2 Désintégration radioactive
1.2 Les rayonnements ionisants
1.2.1 Définition et sources
1.2.2 Types de rayonnements ionisants
1.2.3 Interaction des rayonnements avec la matière
2 Exposition des travailleurs aux rayonnements ionisants 
2.1 Principaux types d’exposition
2.1.1 Exposition externe
2.1.2 Exposition interne
2.2 Dosimétrie : Grandeurs et unités
2.2.1 Grandeurs physiques
2.2.2 Grandeurs de protection
2.2.3 Grandeurs opérationnelles
2.3 Effets biologiques des rayonnements ionisants
2.3.1 Effets déterministes
2.3.2 Effets stochastiques
2.4 Principes de la radioprotection
2.4.1 Principe de justification
2.4.2 Principe d’optimisation
ii2.4.3 Principe de limitation de dose
II Partie Expérimentale
3 Cadre d’analyse et appareillage 
3.1 Lieu d’étude : OMNIS Madagascar
3.2 Appareillage et mesures expérimentales
3.2.1 Le débit-mètre « Inspector » du Laboratoire de Physique Nucléaire et Physique de l’Environnement (LPNPE)
3.2.2 Étalonnage de l’instrument de mesure
4 Mesure de la radioactivité ambiante et étude des postes de travail 
4.1 Étude de l’ambiance de la salle de rayonnage
4.1.1 Mesure à l’intérieur de la salle de stockage
4.1.2 Mesure à l’extérieur de la salle de stockage
4.1.3 Étude comparative :
4.2 Étude des autres salles du laboratoire
4.2.1 Étude d’ambiance aux postes de travail
4.2.2 Quelques mesures initiales au niveau des surfaces de travail
4.3 Exploitation des résultats
4.3.1 Introduction du facteur d’étalonnage et interprétation des résultats
4.3.2 La dose ambiante dans les autres salles de travail
4.3.3 Proposition de classification de travailleurs et de locaux
4.4 Optimisation de la radioprotection au sein du laboratoire
4.4.1 Cas de contamination de l’atmosphère au radon
4.4.2 Sécurité lors de la manipulation de source non scellée
Conclusion Générale 
Bibliographie

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