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Rayonnement - Grandeurs et unités de rayonnement ionisant

Qu'est-ce que le rayonnement ionisant?

Le rayonnement ionisant est un rayonnement qui possède suffisamment d'énergie pour arracher des électrons aux atomes ou aux molécules (groupes d'atomes) lorsqu'il frappe ou traverse une substance. Un atome (ou une molécule) qui perd un électron avec sa charge négative devient chargé positivement. On appelle ionisation la perte (ou le gain) d'un électron, et on appelle ion un atome ou une molécule de charge non neutre.

Remarque : Les micro-ondes, le rayonnement infrarouge (IR) et le rayonnement ultraviolet sont des types de rayonnement non ionisant. Le rayonnement non ionisant n'a pas suffisamment d'énergie pour retirer des électrons.


Quels sont, à titre d'exemple, certains des types de rayonnement ionisant?

Il existe des sources naturelles et artificielles de rayonnements ionisants. Parmi les sources artificielles de rayonnements, on retrouve les appareils de radiographie, les isotopes radioactifs utilisés en médecine nucléaire, les caméras gamma, les jauges nucléaires et les centrales nucléaires.

Les rayons X sont un type de rayonnement électromagnétique produit lorsqu'un faisceau d'électrons de grande intensité est projeté sur une cible métallique contenue dans un tube de verre. La fréquence de ce rayonnement est très élevée, de l'ordre de 0,3 à 30 EHz (exahertz ou milliard de gigahertz). Par comparaison, les stations de radiodiffusion FM émettent à des fréquences voisines de 100 MHz (mégahertz) ou 0,1 GHz (gigahertz).

Voici des exemples de sources naturelles de rayonnement :

  • rayonnement naturel provenant de l'espace;
  • rayonnement cosmique;
  • rayonnement terrestre émis par les minéraux présents dans la croûte terrestre;
  • rayonnement associé à l'inhalation de radon;
  • rayonnement associé à la consommation d'aliments et d'eau potable contenant du potassium 40 radioactif.

Certains minéraux, comme l'uranium et le thorium, sont radioactifs et émettent un rayonnement lorsque leur noyau se fractionne ou se désintègre. Les trois types de rayonnements produits par les substances ou les sources radioactives sont les particules alpha, les particules bêta et les rayons gamma.


De quelles propriétés tient-on compte dans la mesure du rayonnement ionisant?

Le rayonnement ionisant est mesuré selon :

  • l'intensité ou la radioactivité de la source de rayonnement;
  • l'énergie du rayonnement;
  • le niveau de rayonnement dans l'environnement;
  • la dose de rayonnement ou la quantité d'énergie de rayonnement absorbée par le corps humain.

Du point de vue de l'exposition professionnelle, la dose de rayonnement est la grandeur mesurée la plus importante. Les limites d'exposition professionnelle, comme les TLV de l'ACGIH, sont données sous forme de dose maximale admissible. Le risque de maladies causées par les rayonnements dépend de la dose de rayonnement totale reçue par une personne au fil du temps.


Quelles sont les unités utilisées pour la mesure de la radioactivité?

L'activité radioactive ou intensité d'une source est mesurée en becquerels (Bq).

1 Bq = 1 désintégration par seconde

Un becquerel est une quantité extrêmement faible d'activité radioactive. Les multiples couramment utilisés du Bq sont le kBq (kilobecquerel), le MBq (mégabecquerel) et le GBq (gigabecquerel).

1 kBq = 1 000 Bq, 1 MBq = 1 000 kBq, 1 GBq = 1 000 MBq

Une ancienne unité d'activité radioactive, qui est encore grandement utilisée, est le curie (Ci).

1 Ci = 37 GBq = 37 000 MBq

Un curie est une grande quantité d'activité radioactive. Les sous-unités couramment utilisées sont le mCi (millicurie), le µCi (microcurie), le nCi (nanocurie) et le pCi (picocurie).

1 Ci = 1 000 mCi; 1 mCi = 1 000 µCi; 1 µCi = 1 000 nCi; 1 nCi = 1 000 pCi

Une autre formule de conversion utile est la suivante :

1 Bq = 27 pCi

Le becquerel (Bq) et le curie (Ci) sont des unités de mesure du taux d'émission de rayonnement (non de l'énergie) d'une source.


Qu'entend-on par période lorsqu'on parle de radioactivité?

L'activité radioactive d'une source diminue avec le temps, étant donné qu'un nombre grandissant d'atomes radioactifs (radionucléides) émettent de l'énergie et deviennent des atomes stables. La décroissance de la radioactivité correspond à la diminution de l'intensité du rayonnement. La période radioactive est le temps après lequel l'intensité du rayonnement est réduite de moitié. L'activité est réduite de moitié parce que la moitié des atomes radioactifs se sont désintégrés pendant une période. Par exemple, une source radioactive de 50 Bq aura une activité de 25 Bq après une période radioactive.

Tableau 1
Décroissance radioactive
Nombre de périodes écouléesPourcentage d'activité radioactive restant
0100
1 50
225
312,55
46,25
53,125

Les périodes varient considérablement d'une substance radioactive à une autre, allant d'une fraction de seconde à des millions d'années.


Quelles sont les unités utilisées pour la mesure de l'énergie de rayonnement?

L'énergie d'un rayonnement ionisant se mesure en électronvolts (eV). Un électronvolt est une quantité d'énergie extrêmement faible. Les multiples couramment utilisés sont le kiloélectronvolt (keV) et le mégaélectronvolt (MeV).

6 200 milliards de MeV = 1 joule

1 joule par seconde = 1 watt

1 keV = 1 000 eV, 1 MeV = 1 000 keV

Le watt est une unité de puissance, laquelle correspond à une quantité d'énergie (ou de travail) par unité de temps (p. ex. minute, heure).


Quelles sont les unités utilisées pour la mesure de l'exposition au rayonnement?

L'exposition aux rayons X et aux rayons gamma est souvent exprimée en röntgens (R). Le röntgen (R) est une unité associée au degré d'ionisation produit dans l'air. Une exposition aux rayons gamma ou aux rayons X d'un röntgen produit une dose tissulaire d'environ 1 rad (0,01 gray). (Reportez-vous à la prochaine section pour les définitions du gray (Gy) et du rad, qui sont des unités de dose.)

Une autre unité de mesure de l'intensité des rayons gamma dans l'air est « la dose dans l'air ou le débit de dose absorbée dans l'air », qui s'exprime en grays par heure (Gy/h). Cette unité est utilisée pour exprimer l'intensité de rayonnement gamma produite dans l'air par les substances radioactives présentes dans la terre et dans l'atmosphère.


Quelles sont les unités utilisées pour la mesure de la dose de rayonnement?

Un rayonnement ionisant qui interagit avec le corps humain cède son énergie aux tissus du corps. La dose absorbée est la quantité d'énergie absorbée par unité de poids d'un organe ou d'un tissu et elle s'exprime en grays (Gy). Une dose d'un gray correspond à une énergie de rayonnement d'un joule absorbée par kilogramme (poids) d'organe ou de tissu. Le rad est l'ancienne unité, encore utilisée, de dose absorbée. Un gray est équivalent à 100 rads.

1 Gy = 100 rads

Des doses égales de différents types de rayonnement ionisant n'ont pas toutes le même degré de nocivité pour les tissus humains. Pour une dose absorbée donnée, les particules alpha produisent plus de dommage que les particules bêta, les rayons gamma et les rayons X, de sorte que 1 Gy de rayonnement alpha est plus dommageable que 1 Gy de rayonnement bêta. Afin de tenir compte de la manière dont les différents types de rayonnement causent des dommages à des tissus ou à un organe, on exprime la dose de rayonnement sous forme d'un équivalent de dose, en sieverts (Sv). La dose en Sv est égale aux « doses absorbées » internes et externes totales multipliées par un « facteur de pondération pour les rayonnements » (WR – voir le tableau 2 ci-dessous). Cette dose est importante lorsqu'on mesure des expositions professionnelles. Avant 1990, ce facteur de pondération était appelé facteur de qualité (QF).

Tableau 2
Facteurs de pondération pour les rayonnements
  Colonne 1 Colonne 2
Article Type de rayonnement et gamme d'énergie Facteur de pondération
1 Photons, toutes énergies 1
2 Électrons et muons, toutes énergies1 1
3 Neutrons2 of energy < 10 keV 5
4 Neutrons2, énergie de 10 keV à 100 keV 10
5 Neutrons2, énergie > 100 keV à 2 MeV 20
6 Neutrons2, énergie > 2 MeV à 20 MeV 10
7 Neutrons2, énergie > 20 MeV 5
8 Protons, autres que les protons de recul, énergie > 2 MeV 5
9 Particules alpha, fragments de fission et noyaux lourds 20

1Sauf les électrons d'Auger émis à partir des noyaux liés à l'ADN.
2Les facteurs de pondération pour ces neutrons peuvent aussi être obtenus à partir de la courbe continue indiquée à la figure 1 de la page 7 de la publication no 60 de la CIPR, intitulée Recommandations de 1990 de la Commission internationale de protection radiologique et parue en 1991.

Source : Règlement sur la radioprotection du Canada, annexe 2 (DORS/2000-203).

Souvent, l'équivalent de dose est appelé simplement la « dose » dans l'utilisation courante de la terminologie des rayonnements. L'ancienne unité « d'équivalent de dose » ou « dose » était le rem.

Dose en Sv = dose absorbée en Gy x facteur de pondération pour les rayonnements (WR)

Dose en rems = dose en rads x QF

1 Sv = 100 rems

1 rem = 10 mSv (millisievert = un millième de sievert)

un équivalent de dose dans l'air de 1 Gy correspond à une dose tissulaire de 0,7 Sv (UNSEAR 1988 Rapport p. 57)

une exposition de 1 R (röntgen) équivaut approximativement à une dose tissulaire de 10 mSv


Quelles sont les relations entre les unités SI et les unités non SI?

Le tableau 3 montre les unités SI (Système international d'unités ou International System of Units), les unités non SI correspondantes, leurs symboles et les facteurs de conversion.

Tableau 3
Unités d'activité radioactive et de dose de rayonnement
Grandeur Unité et symbole SIUnité non SI Facteur de conversion
Activité radioactivebecquerel, Bqcurie, Ci1 Ci = 3,7 x 1010 Bq
= 37 gigabecquerels (GBq)
1 Bq = 27 picocuries (pCi)
Dose absorbéegray, Gyrad1 rad = 0,01 Gy
« Dose »
(équivalent de dose)
sievert, Svrem1 rem = 0,01 Sv
1 rem = 10 mSv

Qu'est-ce que la « dose engagée »?

Lorsqu'une substance radioactive pénètre dans le corps par inhalation ou par ingestion, la dose de rayonnement s'accumule constamment dans un organe ou un tissu. La dose totale accumulée pendant les 50 années qui suivent l'incorporation est appelée la dose engagée. La dose engagée dépend de la quantité de substance radioactive ingérée et du temps pendant lequel cette substance est restée dans le corps.


Qu'est-ce que la « dose efficace »?

La dose efficace est la somme des équivalents de dose pondérés dans tous les organes et tissus du corps.

Dose efficace = somme des [doses aux organes x facteurs de pondération des tissus]. La dose efficace est mesurée en sieverts (Sv).

Les facteurs de pondération des tissus (tableau 4) représentent la sensibilité relative des organes du point de vue de l'apparition de cancers.

Tableau 4
Facteurs de pondération pour les organes et les tissus
  Colonne 1 Colonne 2
Article Organe ou tissu Facteur de pondération
1 Gonades (testicules ou ovaires) 0.20
2 Moelle rouge 0.12
3 Côlon 0.12
4 Poumon 0.12
5 Estomac 0.12
6 Vessie 0.05
7 Sein 0.05
8 Foie 0.05
9 Œsophage 0.05
10 Glande thyroïde 0.05
11 Peau1 0.01
12 Surfaces des os 0.01
13 L'ensemble de tous les organes et tissus ne figurant pas aux articles 1 à 12 (autres organes et tissus), y compris la glande surrénale, le cerveau, les voies respiratoires supérieures, l'intestin grêle, le rein, les muscles, le pancréas, la rate, le thymus et l'utérus2,3 0.05
14 Corps entier 1.0

1Le facteur de pondération pour la peau s'applique seulement lorsque la peau du corps entier est exposée.

2Lorsque la dose équivalente qui est reçue par un autre organe ou tissu, et engagée à son égard, est supérieure à la dose équivalente reçue par l'un des organes ou tissus figurant aux articles 1 à 12, et engagée à son égard, un facteur de pondération de 0,025 s'applique à cet autre organe ou tissu, et un facteur de pondération de 0,025 s'applique à la dose équivalente moyenne qui est reçue par les autres organes et tissus, et engagée à leur égard.

3Il n'y a pas de facteur de pondération pour les mains, les pieds et le cristallin.

Source : Règlement sur la radioprotection du Canada, annexe 1 (DORS/2000-203).


Quelles sont les limites de l'exposition au rayonnement?

Les valeurs limites d'exposition (VLE) publiées par l'ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists) sont des limites d'exposition en milieu de travail qui ont été adoptées par de nombreux ordres de gouvernement comme lignes directrices ou limites réglementaires :

20 mSv – VLE pour la dose efficace annuelle moyenne de rayonnement pour les travailleurs, échelonnée sur cinq ans.

Au Canada, le Règlement sur la radioprotection établit les quantités limites de rayonnement auxquelles peuvent être exposés le public et les travailleurs du secteur nucléaire.

La limite de dose efficace annuelle pour la population canadienne est de 1 mSv. Cette limite de dose concorde avec la limite de dose annuelle recommandée par la Commission internationale de protection radiologique (CIPR), qui est de 1 mSv pour la population en général.

D'après l'information provenant de la surveillance régulière des travailleurs les plus exposés, comme les techniciens en radiographie, les doses annuelles moyennes sont de 5 mSv.


Quels sont les principaux moyens de limiter l'exposition au rayonnement?

Les principaux moyens permettant de limiter l'exposition au rayonnement sont les mesures techniques, les mesures administratives et l'équipement de protection individuelle. Voici quelques-unes des mesures possibles :

  • Éducation et formation
  • Réduction de la durée d'exposition
  • Augmentation de la distance par rapport à la source de rayonnement
  • Utilisation d'une barrière physique qui modifie la trajectoire du rayonnement entre le travailleur et la source, p. ex. en béton ou en plomb
  • Surveillance des expositions (individuelles et collectives)
    • Consignation des expositions
    • Surveillance de la santé
    • Promotion d'une culture de la santé et de la sécurité
    • Respect des limites (doses) établies d'exposition au rayonnement

Environ quarante-quatre (44) pour cent des travailleurs faisant l'objet d'une surveillance à l'échelle mondiale sont exposés à des sources artificielles de rayonnement. Soixante-quinze pour cent des travailleurs exposés à des sources artificielles travaillent dans le domaine de la santé. Le tableau 5 montre l'évolution générale de l'exposition radiologique des travailleurs depuis les années 1970.

Tableau 5
Évolution de l'exposition radiologique des travailleurs (mSv)*
Sources Années 1970 Années 1980 Années 1990 Années 2000
Naturelles
Personnel navigant - 3,0 3,0 3,0
Exploitation du charbon - 0,9 0,7 2,4
Autres secteurs miniers** - 1,0 2,7 3,0
Divers - 6,0 4,8 4,8
Total - 1,7 1,8 2,9
Artificielles
Usage médical 0,8 0,6 0,3 0,5
Industrie nucléaire 4,4 3,7 1,8 1,0
Autres industries 1,6 1,4 0,5 0,3
Divers 1,1 0,6 0,2 0,1
Total 1,7 1,4 0,6 0,5

*Estimation de la dose efficace moyenne par travailleur sur un an.

**L'extraction d'uranium est comprise dans l'industrie nucléaire.

Source : Radiation : Effects and Sources, Programme des Nations Unies pour l'environnement (PNUE), 2016


Quels sont les effets produits par différentes doses de rayonnement sur les personnes?

Un sievert est une dose élevée. La TLV recommandée est une dose annuelle moyenne de 0,05 Sv (50 mSv).

Les effets causés par l'exposition de courte durée à des doses de rayonnement élevées (exposition aiguë) varient selon la dose. Voici quelques exemples :

10 Sv – risque de mort dans les quelques jours ou semaines qui suivent

1 Sv – risque de cancer se manifestant plus tard au cours de la vie (5 cas sur 100)

100 mSv – risque de cancer se manifestant plus tard au cours de la vie (5 cas sur 1 000)

50 mSv – TLV pour la dose annuelle des travailleurs sous rayonnements au cours d'une année quelconque

20 mSv – TLV pour la dose annuelle moyenne, établie sur une période de cinq ans


Que sont les unités « niveau opérationnel » et « niveau opérationnel-mois »?

Dans les mines d'uranium souterraines, comme dans certaines autres mines, l'exposition au rayonnement est attribuable principalement à la présence, dans l'air, de radon et de ses produits de désintégration solides de courte période, appelés produits de filiation du radon ou descendants du radon. Les produits de filiation du radon entrent dans le corps avec l'air inhalé. La dose de particules alpha pour les poumons dépend de la teneur de l'air en radon et en produits de filiation du radon.

La teneur en radon se mesure en picocuries par litre (pCi/L) ou en becquerels par mètre cube (Bq/m³) d'air ambiant. L'unité de mesure de la teneur en produits de filiation du radon est le niveau opérationnel (WL), une unité qui indique la teneur en particules alpha potentielles par litre d'air.

L'unité utilisée pour exprimer l'exposition des travailleurs aux produits de filiation du radon est le niveau opérationnel-mois (WLM). Un WLM correspond à une exposition à 1 WL pendant 170 heures.

1 WL = 130 000 MeV d'énergie alpha par litre d'air

         = 20,8 µJ (microjoules) d'énergie alpha par mètre cube (m³) d'air

WLM = niveau opérationnel-mois

         = exposition à 1 WL pendant 170 heures

1 WLM = 3,5 mJ-h/m³

On utilise souvent la teneur en radon (pCi/L) de l'air pour estimer le WL de produits de filiation du radon. Les estimations faites de cette manière risquent de comporter des erreurs, parce que le rapport du radon à ses produits de désintégration (produits de filiation du radon) n'est pas constant.

Le facteur d'équilibre est le rapport de l'activité de tous les produits de filiation du radon de courte période à l'activité du radon parent. Le facteur d'équilibre est 1 lorsque les deux activités sont égales. Les activités des produits de filiation du radon sont habituellement inférieures à l'activité du radon, de sorte que le facteur d'équilibre est habituellement inférieur à 1.

Conversion des unités d'exposition au radon

mJ-h/m³ = millijoules-heures/par mètre cube

MBq-h/m³ = mégabecquerels-heures par mètre cube

le joule est une unité d'énergie

1 J = 1 watt-seconde = énergie fournie en une seconde par une source d'une puissance de 1 watt

1 calorie = 4,2 J

MBq/m³ = mégabecquerels par mètre cube

WLM = niveau opérationnel-mois

Dernière mise à jour du document le 4 octobre 2016

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