Rayonnement ionisant

Rayonnements ionisants et non ionisants

Tous les rayonnements ne sont pas ionisants. Revenons au cours de physique du GCSE et au spectre électromagnétique.

Le spectre électromagnétique couvre la gamme des longueurs d'onde des rayonnements.

Les longueurs d'onde des rayonnements diminuent du côté gauche vers le côté droit.

Il existe sept types de rayonnements électromagnétiques. Par ordre de longueur d'onde décroissante (et d'énergie croissante), ce sont :

1. Ondes radio

2. Micro-ondes

3. Rayonnement infrarouge

4. Lumière visible

5. Rayonnement ultraviolet

6. Rayons X

7. Rayons gamma

Les ondes radio, les micro-ondes, le rayonnement infrarouge et la lumière visible sont considérés comme non ionisants. Elles ont une fréquence plus basse et ont donc moins d'énergie que les rayonnements ionisants.

Les rayons ultraviolets, les rayons X et les rayons gamma sont considérés comme ionisants. Contrairement aux rayonnements non ionisants, les rayonnements ionisants peuvent modifier les molécules de notre corps.

Types de rayonnements ionisants

Nous avons appris que les trois types de rayonnements ionisants sont les rayons ultraviolets, les rayons X et les rayons gamma. Entrons dans le détail de chaque type.

Utilisations et exemples de rayonnements ionisants

Les rayonnements ionisants de haute énergie sont importants dans toute une série d'industries.

Armes nucléaires

Lorsqu'un neutron libre frappe le noyau d'une matière radioactive (par exemple l'uranium), il déclenche une réaction en chaîne de désintégration nucléaire, libérant des neutrons et de grandes quantités de rayonnements ionisants. Les armes nucléaires telles que les bombes atomiques exploitent les réactions en chaîne de fission nucléaire, produisant une explosion atomique.

L'énergie nucléaire

L'énergie nucléaire exploite également les réactions en chaîne des fissions nucléaires, mais en utilisant l'énergie produite pour générer de l'électricité. L'énergie libérée par la désintégration nucléaire de l'uranium ou du plutonium est utilisée pour transformer l'eau en vapeur. La vapeur traverse des turbines qui entraînent un générateur, convertissant l'énergie cinétique de la turbine en électricité.

Propulsion des navires

Le rayonnement d'ionisation pourrait constituer une source de propulsion sans carbone pour les navires. La réaction en chaîne contrôlée de la désintégration nucléaire libère de grandes quantités d'énergie. La technologie à bord du navire transfère cette énergie à un liquide de refroidissement, qui est utilisé pour générer de l'énergie de propulsion.

Fabrication et industrie

Les rayonnements ionisants sont fréquemment utilisés dans la fabrication et l'industrie, notamment :

• Désinfecter l'eau potable

• Vérifier les défauts des pièces métalliques moulées et des soudures

• Localiser les combustibles fossiles et les minéraux à extraire

• Rendre les panneaux réfléchissants

• Produire des ustensiles de cuisine antiadhésifs

• Créer des vêtements infroissables

Santé

Le rayonnement gamma est utilisé pour stériliser le matériel médical sans utiliser de chaleur. Il est également important dans de nombreuses pratiques de diagnostic et de traitement.

• Lesrayons X sont utilisés pour détecter et diagnostiquer les fractures.

• Laradiothérapie utilise des doses ciblées de rayons gamma pour détruire les tumeurs dans le corps.

• Les traceurs contenant des isotopes radioactifs sont utilisés pour faire apparaître les tissus mous dans l'imagerie médicale et indiquer les blocages de tissus.

Agriculture et production alimentaire

L'industrie agricole expose les plantes aux rayonnements ionisants pour contrôler les populations d'insectes, réduisant ainsi la demande de pesticides polluants.

Les fruits frais sont souvent exposés aux rayonnements ionisants d'un isotope du cobalt 60. Les rayons gamma émis par le cobalt détruisent les bactéries présentes sur le fruit, sans le contaminer ni l'endommager de quelque manière que ce soit.

Lapasteurisation par irradiation expose le lait à des radiations ionisantes qui tuent les bactéries sans utiliser de chaleur.

Dangers des radiations ionisantes

L'exposition aux rayonnements ionisants peut provoquer des problèmes de santé. Les rayonnements à haute énergie enlèvent des électrons aux atomes, créant ainsi des molécules instables appelées radicaux libres. Les radicaux libres sont très réactifs et causent des dommages aux cellules et à l'ADN du corps :

• Dégénérescence cellulaire

• Vieillissement

• Mutagenèse - mutations génétiques

• Carcinogenèse - transformation de cellules normales en cellules cancéreuses

Conséquences des radicaux libres sur la santé

Les dommages cellulaires causés par les radicaux libres entraînent toute une série de conséquences pour la santé.

Maladie des rayonnements

L'exposition à une dose aiguë de rayonnements ionisants peut provoquer une maladie des rayonnements. Les symptômes sont les suivants

• nausées

• Vomissements

• diarrhée

• Lésions cutanées

• Hémorragie (saignement d'un vaisseau sanguin endommagé)

• Perte de cheveux

• Problèmes du système immunitaire

Cancer

Les dommages causés par les radicaux libres peuvent déclencher la cancérogenèse. Par ailleurs, les cellules endommagées peuvent être incapables de se réparer, ce qui entraîne un cancer à long terme.

Même des niveaux élevés d'exposition au soleil (contenant des rayons UV) sont associés au cancer de la peau plus tard dans la vie.

Figure 3 - Cellules de mélanome métastatique au microscope. Cette condition survient lorsque des cellules cancéreuses de mélanome (causées par l'exposition aux rayons ultraviolets ionisants) se répandent dans le reste du corps. Source : unsplash.com

Effets héréditaires

Si les femmes enceintes sont exposées aux rayonnements ionisants, cela peut avoir un impact sur le fœtus. Les effets comprennent un retard de croissance, des malformations, des anomalies cérébrales et un risque accru de cancer.

Rayonnements ionisants : Réglementations britanniques

En raison des risques pour la santé que représentent les rayonnements ionisants, ils sont réglementés avec soin.

L'Ionisation Radiation Regulations 2017 (abrégé en IRR17) est la principale législation réglementant l'exposition aux rayonnements ionisants au Royaume-Uni. Tout employeur ou industrie où les rayonnements ionisants sont utilisés doit se conformer à l'IRR17.

Tous les employeurs sont tenus de maintenir l'exposition aux rayonnements ionisants à un niveau aussi bas que possible. Les expositions ne doivent pas dépasser les limites de dose spécifiées de :

• 20 mSv au cours d'une année civile

• Ou 100 mSv sur cinq années consécutives, avec une dose maximale de 50 mSv en une seule année.

En outre, il est important de noter que l'énergie nucléaire génère de grandes quantités de déchets radioactifs. Ceux-ci doivent être éliminés avec précaution pour éviter toute contamination.

J'espère que cet article t'a expliqué les rayonnements d'ionisation. Rappelle-toi qu'il s'agit d'une forme de rayonnement dont l'énergie est suffisante pour enlever les électrons des atomes qu'il traverse. Les rayonnements ionisants sont utiles dans toute une série d'industries. Cependant, l'exposition à de grandes quantités de rayonnements ionisants peut être dangereuse, c'est pourquoi ils sont réglementés avec soin.

^{1. Musée américain d'histoire naturelle, vitesse constante, 2022.}

^{2. History.com, Bombardement d'Hiroshima et de Nagasaki, 2022}

^{3. Patrick J. Kiger, Qu'est-ce que la constante de Planck et pourquoi l'univers en dépend-il, How Stuff Works, 2019.}

^{4. Gouvernement britannique, The Ionising Radiations Regulations 2017, 2017 (en anglais).}

^{5. Université du Tennessee, Le spectre électromagnétique, 2022}