I.4. Unités de mesure

    I.4.1. Unités de mesure de la radio-activité

    Une source est caractérisée par l'activité du radioélément, c'est à dire par le nombre de noyaux qui s'y désintègre spontanément par seconde.

    L'unité de mesure de la radioactivité est le Becquerel (Bq) : une substance radioactive présente une activité de 1 becquerel lorsqu'un noyau s'y désintègre chaque seconde. C'est une unité très petite. En pratique, on utilise donc des multiples de becquerel : le kBq, le MBq, le GBq, le TBq (1012). Bien que le becquerel soit l'unité de système international, on utilise encore souvent l'ancienne unité de radioactivité : le Curie (Ci). Un curie correspond à la radioactivité d'un gramme de radium 226 dans lequel se produisent 37 milliards de désintégrations par seconde (1 Ci = 37 Gbq).

    La période radioactive ou demi-vie (Tp) est le temps mis par la moitié des noyaux de la substance radioactive pour se désintégrer. L'activité est donc réduite de moitié au bout d'une période, du quart au bout de deux période et de 1000 au bout de 10 périodes.



    Les périodes sont très variables selon les éléments (8 jours pour l'iode, 30 ans pour le césium, 24000 ans pour le plutonium 239, 103 milliard d'années pour le potassium 40)

    La période biologique (Tb) d'un élément (radioactif ou non) correspond au temps nécessaire pour que soit éliminée naturellement par l'organisme la moitié d'une quantité absorbée par voie quelconque.

    La période effective (Te) d'un radioélément dépend de la période biologique (phénomène d'élimination) et de la période physique due à la désintégration nucléaire. Elle correspond à la diminution de moitié de l'activité présente dans un organe (en l'absence d'apport).

    La relation entre les différentes périodes s'écrit : .

    Après absorption d'un radionucléide, la dose engagée (ou équivalent de dose engagé)(H50) correspond à la dose totale que recevra l'individu, soit jusqu'à l'élimination complète du radioélément (dépendant de Tp et Tb), soit pendant toutes sa vie (en pratique, on admet par convention que l'espérance de vie après contamination est de 50 ans).

    I.4.2. Unités de mesure de la dose d'exposition

    Le Roetgen (r) : unité de mesure de l'exposition aux rayonnements X et gamma d'énergie inférieure à 3 Mev. Cette mesure est abandonnée au profit de la mesure de la dose absorbée.

    I.4.3. Unités de mesure de la dose absorbée

    Le T.E.L ou T.L.E (Transfert d'Energie Linéique) : ce paramètre permet de quantifier la distribution de la dose dans le temps et l'espace ; il est le reflet de la densité des ionisations le long de la trajectoire d'une particule.

    L'Electron Auger : lorsque le noyau d'un atome contient un excès de protons, un électrons des couches profondes est capturé par un proton du noyau. Le comblement de la vacance créé libère une certaine quantité d'énergie qui peut être communiquée à un électron périphérique, qui rompt sa liaison avec le noyau et est alors éjecté. C'est ce dernier qui est appelé électron Auger.

    Le Rayonnement de freinage: lors de l'interaction d'un électron avec un noyau, il se produit un changement de direction de l'électron. Celui-ci s'accompagne de l'émission d'un photon g, dont l'énergie est prélevée sur celle de l'électron incident, qui est donc ralenti ; le rayonnement émis est désigné sous le nom de rayonnement de freinage.

    La dose absorbée (D) : lorsque les rayonnements émis rencontrent la matière, ils lui cèdent de l'énergie ; la quantité d'énergie communiquée à la matière par unité de masse est appelée dose absorbée ; l'unité utilisée est le gray (Gy) ; l'ancienne unité était le rad : 1 Gy =100 Rads) (1 kilogramme de matière irradié aura reçu une dose absorbée de 1 gray lorsque les rayonnements y auront cédé une énergie de 1 joule, 1 Gy = 1 Joule par kilogramme de matière).

    Le débit de dose absorbée: il est important de connaître le temps pendant lequel une irradiation a été reçue ; aussi on définit le débit de dose, c'est à dire la dose reçue par unité de temps, qui s'exprime en gray par heure.

    la dose absorbée engagée au niveau d'un tissu T (D50,T) : représente l'intégrale sur 50 ans du débit de dose absorbée en fonction du temps reçue pendant l'exposition :



    I.4.4. Unités de mesure des effets biologique des radiations

    L'équivalent de dose (H) : à dose absorbée égale, les effets biologiques seront cependant différents en fonction de certains facteurs dont la nature du rayonnement et les conditions d'exposition. On a défini une valeur Q, dite facteur de qualité, qui est le reflet de la nocivité plus ou moins importante du rayonnement. Ainsi, pour une même dose absorbée, les rayons alpha sont beaucoup plus destructeurs que les rayons gamma. Les rayons X et photons gamma et bêta ont été pris comme référence Q = 1 et on a estimé que, pour les rayons alpha, Q = 20 et pour les neutrons, Q = 5-20 (selon leur énergie).

    L'équivalent de dose (H) est égal à la dose absorbée multipliée par le facteur de qualité : H = D x Q. L'unité est le sievert (Sv ; ancienne unité : le rem : 1 Sv = 100 rems).

    Lorsqu'il n'y a pas d'irradiation homogène de l'organisme mais, par suite par exemple d'une contamination interne, il existe une irradiation de un ou plusieurs organes dans lesquels se sont fixés les radioéléments absorbés, ces différents organes n'ont pas la même radiosensibilité. Ceci signifie qu'un même équivalent de dose n'aura pas la même efficacité pour induire un effet nocif suivant l'organe qui l'a reçu. Pour tenir compte de cela, on introduit un coefficient de pondération (WT) par lequel il faut multiplier l'équivalent de dose reçu par un organe pour rendre compte du risque biologique. Ce produit H * WT est appelé : équivalent de dose efficace (He). Exemples : pour une irradiation homogène de l'organisme entier, WT = 1 d'où He = H, pour une irradiation du poumon, WT = 0,12 d'où He = 0,12H, donc un équivalent de dose de 1 Sv reçu par les poumons provoquera le même risque de cancérisation qu'un équivalent de dose de 0,12 Sv reçu par l'organisme entier car dans les deux cas l'équivalent de dose efficace est de 1 Sv.

    I.4.5. Récapitulatif des unités de mesure

    GRANDEUR UNITES EQUIVALENCE DEFINITIONS EXEMPLES D'ORDRES DE GRANDEUR
    ACTIVITE (A) Becquerel (Bq) : 1 désintégration par seconde (dps) Mesure du nombre de désintégrations par seconde au sein d'une matière radioactive ou nbr de transformations nucléaires spontanées par unité de temps Activité 131I administrée :

    - Scintigraphie de la thyroïde 740 000 Bq ;

    - Traitement d'un adénome toxique de la thyroïde : environ 740 000 000 Bq

    Curie (Ci) 1 Ci = 3,7 1010 Bq LAI (limite annuelle d'incorporation réglementaire) de l'131I per os : pour le public , 100 000 Bq/an (*)
    dose absorbee (d) = dose mesurée GRAY (Gy) : énergie de 1 joule communiquée à 1 Kg de matière. 1 Gy = 100 rd Mesure de l'énergie reçue par la matière irradiée par unité de masse ou qte d'E reçue par unité de masse DL 50 (dose létale 50 sans traitement en irradiation corps entier) : 4 Gy

    Dose utilisées en radiothérapie, sur une région limitée : 40 à 80 Gy.

    Rad (rd) : correspond à une énergie de 100 ergs communiquée à 1 gramme de matière 1 rd = 0,01 Gy Irradiation des aliments à des fins de conservation : de l'ordre de 1000 Gy
    equivalent de dose (h) = dose calculee SIEVERT (Sv) 1 Sv = 100 rems Mesure du dégât biologique sur les tissus vivants irradiés ou dose absorbée pondérée par le facteur de pondération du rayonnement Irradiation naturelle moyenne : 2 mSv/an en France

    Limite annuelle travailleurs : 50mSv

    Rem 1 rem = 0,01 Sv H = Q * D , Q étant le facteur de qualité (CIPR 26)ou

    (CIPR60)

    Pour b, g et X ; Q ou WR=1

    Pour neutrons ; Q ou WR=5 à 20 selon E

    Pour protons ; Q ou WR=5

    Pour a ; Q ou WR=20

    Irradiation moyenne reçue en France après Tchernobyl : 0,1 mSv

    Irradiation médicale moyenne en France : 0,7 mSv/an

    dose EFFICACE (E) = DOSE EFFECTIVE (effets cancérogènes et génétiques) (CIPR 26) SIEVERT (Sv) 1 Sv = 100 rems Dérivée de la dose équivalente qui si elle était reçue de façon uniforme par l'ensemble du corps produirait le même effet que des doses ? reçues par ? organes

    (tient compte de toutes les D reçues pour les ? tissus, après pondération fondée sur la radiosensibilité des tissus et sur la ± gde gravité des effets pour ces tissus)
    dose EFFICACE engagee (E50) = pour expo interne SIEVERT (Sv) 1 Sv = 100 rems Tient compte de la persistance d'un radioélt dans l'organisme et de sa durée d'expo pdt 50 ans

    (tient compte de toutes les D reçues pour les ? tissus, après pondération fondée sur la radiosensibilité des tissus et sur la ± gde gravité des effets pour ces tissus)


    (*) D'une façon générale, il faut retenir que les corps radioactifs sont présents dans tout notre environnement, et ce depuis la formation de la Terre : Eau de pluie : 3,3 à 1 Bq/l, Eau de mer : 10 Bq/l, Sol sédimentaire : 400 Bq/kg, Sol granitique : 8000 Bq/kg, Lait : 80 Bq/l dont 50 Bq de 40K, Corps humain : 12 000 Bq dont 6000 Bq de 40K.