La radioactivité

Janvier 2023

Mesurer la radioactivité, tout un poème...

Pour commencer, toutes les désintégrations radioactives n'ont pas le même niveau d'énergie.

Et puis, on aimerait plutôt mesurer les effets indésirables sur l'homme, avec une unité adaptée.

Le plus évident :
compter les désintégrations

Autant simplifier, car de toutes manières, mesurer une intensité en terme d'énergie sera difficile à faire. Donc on a simplement compté le nombre de coups par minute, avec un capteur dit Geiger-Muller.

À chaque fois qu'une désintégration intervient, une particule ionisante (parce que véloce et chargée électriquement) pourra être détectée, dans le temps avec un tube à vide (voir plus loin les instruments).

On se traine deux unités, dont une devrait être abandonnée, n'étant plus internationale :

  • L'ancienne : le Curie Ci
  • La vraie : le Becquerel avec 1 Ci = 37 109 Bq = 37 GBq

Ce sont des unités homogènes à l'inverse d'une seconde, autrement dit ce sont des coups par seconde si vous préférez.

Voici quelques mesures pour vous donner une idée :

  • être humain : un individu de 70 kg a une activité de l'ordre de 8 000 Bq dont 4 500 dus au potassium 40.
  • Source injectée lors d'une scintigraphie thyroïdienne : 40 106 Bq (de l'ordre de 0,5 MBq par kg de poids du patient).
  • Activité d'un cœur d'uranium dégageant 1 MW thermique : 3,2 1016 Bq.

On remarquera avec bonheur que nous sommes nous-même des sources radioactives.

  • 1 mBq/g (ou 1 Bq/L) : Limite des rejets liquides considérés comme "non contaminés" par l'Électricité de France (limite portée à 100 Bq/L pour les rejets en tritium, qui est très peu radiotoxique).
  • 13 mBq/g ou 13 Bq/litre : radioactivité naturelle de l'eau de mer (principalement due au potassium 40)
  • 100 Bq/g : Limite supérieure des déchets de très faible activité d'après la règlementation française.
  • 180 Bq/g à 10 000 Bq/g environ : Radioactivité de minerai d'uranium, d'une concentration de 0,1 à 6 % environ (parfois plus) en uranium 238, en équilibre séculaire avec ses descendants.
  • 7 000 Bq par Kg de granit.
  • 12,4 kBq/g : Activité spécifique de l'uranium 238 purifié.
  • 1 MBq/g : Limite supérieure des déchets nucléaires à "moyenne activité" (déchets MA).

Ces valeurs vous permettront de vous faire une idée avec les quantités utilisées dans certaines applications que l'on verra plus loin. Notez la valeur pour le granit...

Unité(s) pour mesurer les effets sur le vivant

Le Sievert (et ses sous-multiples, genre le millisievert mSv = 0,001 Sv), est une unité de mesure utilisée en radioprotection pour mesurer l’effet d’un rayonnement sur un organisme vivant. Elle tient compte du type de rayonnement, des doses reçues par l’organisme et de la sensibilité des tissus traversés. C'est pour ça qu'elle est difficile à maitriser.

En France, l’exposition moyenne à l’ensemble des sources de rayonnements ionisants est de 4,5 mSv/an, dont 2,9 mSv/an pour celles d’origine naturelle et 1,6 mSv/an pour celles d’origine artificielle (essentiellement médicale).

Il existe aussi le Gray, utilisé en radiothérapie pour mesurer la quantité d’énergie délivrée par rayonnement à chaque Kg de tissu qu’il traverse.

Évidemment, on aimerait bien avoir un lien entre les diverses unités, mais comme on doit tenir compte de l'énergie envoyée, de l'énergie réellement absorbée, du type de rayonnement ... eh bien c'est la zone.
Vous pouvez tenter votre chance en lisant cet article conversion Sievert/Becquerel sur radiation-dosimetry.org

Pour ne pas arranger les choses, il convient de faire la distinction entre :

  • La dose totale reçue, autrement dit le nombre total de "coups" ou de désintégrations pour dire les choses simplement.
  • Le débit de dose, autrement dit la vitesse à laquelle les désintégrations arrivent, si c'est du 10 ou du 1000 coups par seconde. On se doute que les effets ne seront pas les mêmes si on reçoit un gros paquet d'un coup, ou la même quantité diluée dans le temps...
Une joli infographie résumant la situation de Curieux de savoir

Les unités, c'est bien, mais quels sont les appareils qui permettent de mesurer la radioactivité ? Et comment ils marchent ?