Tactical Nerd

La théorie dit que le débit de dose d'une source radioactive ponctuelle est inversement proportionnel au carré de la distance. Ainsi, si le débit de dose est de X à une distance A, alors le débit à une distance B est égal à (X*A²)/B². Autrement dit, le débit de dose est divisé par 4 en doublant la distance, et divisé par 8 en triplant la distance.

Comment vérifier expérimentalement la théorie ? J'ai déplacé une source le long d'une règle, avec au point zéro mon spectromètre Armadillo, reconverti pour l'occasion en simple compteur grâce au logiciel Theremino Geiger.

Les mesures ont été effectuées tous les 2cm, avec un temps de mesure pour chacune suffisamment long pour que l'incertitude soit inférieure à 5%. Au contact, la source affichait 82 CPS et 24cm plus loin 0.47 CPS. Voici la courbe représentant l'ensemble des mesures, avec en pointillé la courbe prédite par la théorie. L'axe horizontal représente la distance en cm :

Les mesures à partir d'une distance de 6cm collent bien à la théorie. Pour les distances inférieures à 6cm, c'est une autre histoire, parce qu'a de si faibles distances la source ne peut plus être considérée comme ponctuelle. On considère en effet en radioprotection qu'une source est vraiment ponctuelle quand la distance entre le détecteur et la source est 5 fois plus grande que la plus grande dimension de la source, et à peu près ponctuelle quand cette distance est 2 fois plus grande que la plus grande dimension de la source. Dans ce dernier cas, le débit est alors surestimé de 5%. Ma source ayant un diamètre apparent de 3cm, cela donnerait normalement une zone de surestimation entre 6cm et 15cm. Celle-ci n’apparaît pas sur mon graphique car j'ai pris comme valeur de référence le débit de dose à 12cm. Par contre on constate bien une surestimation pour la zone de 0 à 8cm.

Moralité : si vous devez vous protéger d'un objet radioactif (ou soupçonné de l'être) prenez simplement de la distance, car le débit de dose diminue très vite. Et à l'inverse ne prenez pas un objet fortement radioactif avec les doigts car la dose localement reçue aux extrémités pourra être élevée.

Face à une mesure plus élevée que la normale, comment savoir si la valeur affichée par un compteur geiger correspond bien à une radioactivité avérée, ou simplement à une variation naturelle du bruit de fond ?

Les professionnels utilisent la notion de seuil de décision. Le seuil de décision (SD) est la valeur en nombre de détections nettes à partir de laquelle on peut affirmer de façon sûre qu'on est en présence d'une radioactivité additionnelle, avec une certitude connue. Sa valeur est donnée par la formule SD=k*√(2*(BdF+1)) dans laquelle k est un facteur d'élargissement pouvant aller de 1 à 3 et où BdF est le bruit de fond, exprimé en nombre de détections. Le facteur k doit être fixé à 2 pour une certitude de 95% et à 3 pour une certitude de 99.9%.

Si par exemple un compteur geiger affiche un bruit de fond de 26 CPM, le seuil de décision avec une incertitude de 99.9% sera de 3*√(2*(26+1)) soit environ 22 CPM. On sera donc certain à 99.9% d'être en présence d'une radioactivité additionnelle si le nombre de CPM affiché par l'appareil est supérieur de 22 CPM au bruit de fond, soit 48 CPM. Si on prend un facteur k de 2, on sera certain à 95% d'être en présence d'une radioactivité additionnelle si le nombre de CPM affiché est supérieur à 26+15=41 CPM.

Notez que le seuil de décision n'est pas directement proportionnel au nombre de détections. De ce fait on aura tout intérêt à faire des mesures longues quand cela est possible. Si le bruit de fond moyen est de 26 CPM mais que cette moyenne est établie sur 10 minutes, le seuil de décision sera de 3*√(2*(260+1))=68. On sera donc certain pour des mesures de 10 minutes d'être en présence de radioactivité à partir de 328 détections, soit un CPM moyen de 32.8 CPM au lieu de 48 CPM pour des mesures d'une minute. Les mesures longues permettent donc de détecter des activités plus faibles.

Maintenant que penser d'une mesure qui est supérieure au bruit de fond mais reste cependant inférieure au seuil de décision ? On ne peut être certain qu'il y a bien de la radioactivité. Mais une autre notion appelée limite de détection (LD) nous dit que si malgré tout il y a de la radioactivité, son activité ne peut être supérieure à deux fois la limite de détection (LD= 2*SD). Ainsi si le bruit de fond est de 26 CPM et que la mesure est de 35 CPM, on ne peut pas affirmer de façon sûre qu'il y a de la radioactivité puisque le seuil de décision brut est de 48 CPM. Mais en tout état de cause, la radioactivité éventuellement présente ne pourra pas être supérieure à 2*22=44 CPM.

En matière d'éléménts radioactifs naturels, tout le monde en a déjà au moins entendu parler d'uranium et de thorium. Mais connaissez-vous le lutécium ?

Le lutécium est un métal de la famille des terres rares. Deux isotopes de cet élément existent, le lutetium 175 qui est stable, et le lutetium 176 un radionucléide primordial qui représente 2.6% des atomes de cet élement.

Si le lutécium 176 est radioactif, son activité est très faible du fait de sa demi-vie très longue : 36 milliards d'années, plus de deux fois l'âge de l'univers ! Mon échantillon d'un gramme ne fait pratiquement pas réagir mon compteur geiger (27.6 CPM au contact contre 26.6 CPM pour le bruit de fond pour une mesure de 16 minutes, soit bien en dessous du seuil de décision). Par contre les émissions gamma sont étonnamment visibles lors d'une spectrométrie gamma, avec la présence de deux pics caractéristiques à 202 et 307 keV :

Il aura quand même fallu 17000 secondes pour obtenir ce spectre :)

Si vous travaillez avec des électrodes réfractaires au tungstène de type WT20 pour du soudage TIG, sachez que celles-ci sont radioactives, même si ce n'est pas toujours spécifié sur l'emballage. Ces électrodes sont reconnaissable au fait que leurs extrémité sont peintes en rouge. Le "T" de "WT20" indique que ces électrodes contiennent du thorium et le "20" qu'elle contiennent 2% de dioxyde de thorium (Th02). Le thorium représentant 87.88% de la masse du ThO2, chaque baguette contient environ 100*0.02*0.8788 = 1.76% de son poids en thorium.

Le thorium est un métal naturellement radioactif qui est délibérément ajouté à ces baguettes pour améliorer leur émission électrique. D'autre substances peuvent être utilisées aujourd'hui, qui sont sensiblement moins radioactives, ou pas radioactives du tout comme le lanthane, le cérium ou le zirconium. Les baguettes au thorium continuent néanmoins d'être distribuées, même en France.

Avec un compteur geiger, au contact, la radioactivité de ces électrodes est évidente. Ma boite de 10 baguettes d'une longueur de 15cm et d'un diamètre de 1.6mm fait grimper l'affichage du compteur à 420 CPM quand le bruit de fond moyen est de 26 CPM. L'analyse par spectrométrie gamma montre clairement la présence de thorium avec ses raies caractéristiques : Pb212 (239 keV), Ac228 (338,911,969, 1588 et 1631 keV), Tl208 (511, 583 et 2614 keV) :

En ce qui concerne l'exposition externe, ces baguettes ne posent pas vraiment de problème. Leur dangerosité potentielle vient surtout de l'inhalation de particules de thorium lors de leur fabrication, de leur affûtage, et lors des opérations de soudure. La pollution des lieux de meulage peut également poser problème. A lire sur le sujet, et sur les précautions à prendre, la brochure de la CRAM sur les risques professionnels liés aux électrodes au tungstène thorié.

Extérieurement, rien ne distingue cette assiette à dessert d'une autre, si ce n'est son style un peu désuet. Et pourtant, il s'agit d'une source radioactive : au contact, mon compteur geiger affiche une activité moyenne d'environ 500 CPM, quand le bruit de fond est de 26 CPM.

Cette assiette n'incorpore pas d'uranium, comme c'est le cas des objets en ouraline. D'ailleurs elle ne manifeste aucune fluorescence quand elle est illuminée avec des rayons UV comme c'est le cas avec l'ouraline. Quel radioélement peut-elle donc contenir ? Pour cela il faut regarder les rayons gamma émis par celle-ci :

L'examen par spectrométrie des gammes d'énergies émises par l'assiette sont caractéristiques du Thorium, un minéral naturellement radioactif : Plomb 212 à 239 keV, Actinium 228 à 338, 911 et 969 keV et Thallium 208 à 511, 583 et 1593 keV.

J'ignore les raisons de la présence de Thorium dans l'assiette car je n'ai pas trouvé de sources indiquant que cet élément ait été employé comme colorant. Par contre le Thorium a été autrefois incorporé dans du verre afin d'améliorer ses propriété optiques (diminution des aberrations). Certains objectifs photographiques sont d'ailleurs bien connus pour être radioactifs. Pour quelle raison ce Thorium s'est-il retrouvé dans l'assiette ? Mystère.

Envie de connaitre le niveau de radioactivité ambiant de votre région en quasi temps réel ? Désireux de pouvoir suivre l'évolution d'un incident nucléaire ? De nombreux pays disposent sur leur territoire d'un réseau de balises automatiques mesurant en permanence la radioactivité ambiante (ou débit de dose ambiant).

Ces données sont le plus souvent publiquement accessibles. Aussi, voici une sélection de services en ligne permettant d'accéder à ces données pour un bon nombre de pays. Attention aux unités, car tous les services n'utilisent pas forcément les mêmes. Pour rappel : 1 mSv (millisievert) = 1000 µSv (microsievert) = 1000000 nSv (nanosievert).

France : Réseau Teleray de l'IRSN pour obtenir le débit de dose ambiant en temps réel. Le site RNM permet quant à lui d'obtenir l'historique du débit de dose ambiant ainsi que les résultats de mesures sur d'autres matrices environnementales (air, eau sédiments...). Voir aussi les balises CRIIRAD pour la vallée du Rhône.

Belgique : Réseau Telerad. Relevés toutes les heures (données en µSv/h).

Suisse : Office fédéral de la protection de la population. Relevés quotidiens (données en nSv/h).

Allemagne : Radioaktivitätsmessnetz des Bundesamtes für Strahlenschutz. Relevés toutes les heures (données en µSv/h).

Autriche : Strahlenfrühwarnsystem Österreich. Relevés toutes les heures (données en nSv/h).

Finlande : Réseau Säteilyturvakeskus. Relevés toutes les heures (données en µSv/h).

Europe entière : European Radiological Data Exchange Platform. Agrégation des réseaux de surveillance européens et russes (données en nSv/h).

Biélorussie : Centre de contrôle des radiations et de surveillance de l'environnement. Relevés quotidiens (données en µSv/h).

Ukraine : Compagnie nationale de production d'énergie nucléaire Energoatom. Fréquence des relevés inconnue (données en mSv/h). Voir aussi la carte pour la région de Chernobyl.

Russie : Réseau Russian Atom. Relevés quotidiens (données en µR/h - à vérifier).

Islande : Geislavarnir ríkisins. Relevés temps réel (données en nSv/h).

Etats-Unis : Réseau radnet. Relevés toutes les heures (données en CPM brut, rayons gamma uniquement).

Japon : New.atmc.jp. Relevés toutes les 10 minutes (données en µSv/h).

Taiwan : Atomic Energy Council. Relevés temps réel (données en μSv/h).

N'hésitez pas à faire part de systèmes de surveillance que je n'aurais pas mentionné en commentaire !

L'iode 131 est un isotope radioactif de l'iode utilisé pour traiter l’hyperthyroïdie chez les humains comme chez les animaux. L'iode 131 en se concentrant dans la thyroïde détruit les nodules responsables des dérèglements hormonaux. L'iode 131 disparaît ensuite naturellement du fait de la décroissance radioactive et de l'élimination par les voies naturelles.

Faut-il s'inquiéter des radiations émises par un chat récemment traité à l'iode 131 ? La notice d'information fournie par la clinique vétérinaire peut être quelque peu anxiogène : il y est conseillé pendant deux semaines de limiter fortement les contacts directs avec l'animal, de se laver les mains après tout contact avec l'animal ou avec sa litière, et de s'abstenir de tout contact pour les femmes enceintes et les jeunes enfants. Il est également recommandé de garder à l'écart la litière pendant 3 mois le temps que toute l'iode 131 se désintègre.

Il est vrai que la quantité de rayonnements émis par un animal traité est impressionnante, comme le montre cette vidéo de notre chatte Coquine réalisée 5 jours après son traitement, et quelques heures après que nous l'ayons récupérée. Le compteur geiger détecte près de 17000 désintégrations par minute au contact (et non pas 10000 comme mentionné dans la vidéo) :

Le compteur geiger est cependant un mauvais indicateur de la dangerosité des rayonnements radioactifs. Le dosimètre opérationnel est un bien meilleur appareil pour cette tâche. J'ai donc équipé ma femme d'un dosimètre porté à la ceinture pendant 24h. Le dosimètre était posé sur la table de chevet la nuit, à 50 cm environ de l'oreiller. Ma femme étant en RTT la journée du test, celle-ci est restée tout la journée dans notre maison en compagnie de Coquine. La nuit, la porte de la chambre était fermée pour empêcher la venue de notre chatte. Les contacts proches, bien que limités se sont répétés de multiples fois durant le test. A la fin de ces 24h, le dosimètre affichait une dose estimée corps entier (Hp10) de 0.015 mSv.

A première vue cela peut paraître beaucoup puisque la limite légale pour le grand public est de 1mSv par an soit 0.00274 mSv par jour. La dose reçue en 24h serait donc de 5.5 fois environ la dose maximum quotidienne légale. Mais il faut tenir compte du fait que notre chat ne restera pas radioactif pendant un an (la demi-vie de l'iode 131 est de 8 jours), et que la limite légale est bien en dessous du seuil pour lequel on peut commencer à observer des effet avérés sur la santé, qui est de 100mSv. De plus les doses affichées par les dosimètre opérationnels sont volontairement surestimées pour des raisons de sécurité. Enfin le corps n'a pas été exposé de façon homogène ce qui participe à surévaluer la mesure.

Une autre façon de relativiser cette dose de 0.015 mSv est de la comparer à d'autres doses typiques. Une radiographie dentaire occasionne une dose de 0.006 mSv, et un vol aller-retour Paris New-York une dose de 0.06 mSv. Ce qui veut dire que la dose de 0.015 mSv représente 2.5 radios dentaires et le quart seulement de la dose reçue lors d'un voyage en avion de Paris à New York. Ce qui n'est pas si énorme. D'autant plus que les jours suivants les dose reçues seront bien plus faibles.

Conclusion : suivez les instructions du vétérinaire et ne vous faites pas de soucis :)

C'est un fait, le risque nucléaire et radiologique soulève beaucoup d'inquiétudes. Trouver de l'information pertinente sur les attitudes à adopter n'est pas si facile. Du coté des autorités, les conseils donnés peuvent parfois laisser sur leur faim les personnes souhaitant se préparer, et du côté des survivalistes, il faut bien reconnaître qu'on entend parfois tout et n'importe quoi. Partant de ce constat j'ai décidé de demander directement à des professionnels de la radioprotection sur le Forum technique de RadioProtection Cirkus leur avis sur la meilleure façon de se protéger face à divers risques radiologiques.

Voici une synthèse des réponses obtenues. Un grand merci à tous les intervenants du RPcirkus pour avoir pris le temps de répondre à mes questions :) Si jamais vous souhaitez en apprendre d'avantage sur la radioactivité et les instruments de mesure n'hésitez pas à vous inscrire sur leur forum, qui est une mine d'information !

J'arrive sur les lieux d'un accident de la route, et un paquet arborant le symbole radioactif gît au sol. Ou bien je découvre un tel paquet par hasard dans d'autres circonstances. Quelle conduite adopter ?

"J'appelle les pompiers ou la gendarmerie comme pour un accident "normal", je préviens qu'il y a ce type de paquet sur la route (...) et s'il faut sauver le bonhomme, j'aurai tendance a y aller aussi, les emballages sont sensés résister a un accident".

"Informer les services de secours (112) en leur précisant le caractère "radioactif" du colis et préciser si celui-ci, de visu, est intègre. Si connaissance du numéro d'urgence radiologique, composition de celui-ci (0 800 804 135)".

"Je rajouterais qu'après avoir secouru les éventuels victimes, appelé les secours et leur avoir signalé le colis, j'éviterais de rester juste à coté du colis en m'éloignant de plusieurs mètres."

Un incendie se déclare dans un centre de radiologie à proximité de mon domicile ou de mon lieu de travail. Dois-je craindre une contamination radioactive ?

"S'il s'agit bien d'un service de radiologie, aucune contamination radioactive n'est possible puisqu'un tel service ne peut détenir (et donc encore moins manipuler) de radionucléide : on ne trouve que des générateurs électriques émetteurs de rayonnements X. Par contre, s'il s'agit d'un service de médecine nucléaire ou d'un centre de radiothérapie pratiquant de la curie thérapie, là, en cas d'incendie, il peut effectivement avoir dissémination de radionucléides via les fumées et gaz de combustion..."

"Si c'est un centre de radiologie aucun risque. comme dis par les autres, ce sont des accélérateurs d'électron avec un bouton ON/OFF."

Une "bombe sale" explose à proximité. Je ne suis pas blessé, mais pourrait avoir été contaminé. Quelle conduite adopter pour me décontaminer le mieux possible ?

"Prendre une douche, et suivre les consignes des services de secours. Mais comment faire pour savoir que c'est une bombe sale ?"

"Etre pris en charge par les services de secours compétents, autrement dit rester sur place..."

"Appeler les secours, me signaler auprès d'eux en restant sur place et attendre leurs consignes."

"Prendre une douche pour ce qui est corporel, boire de l'eau pour l'interne. "

"Pour la douche: il faut la prendre tiède. Pas froide pour ne pas fermer les pores et pas chaude pour ne pas les ouvrir. Se savonner doucement. La peau sans lésion offre une protection naturelle très efficace contre la contamination. Si on crée une lésion en récurant la peau, la contamination pourra rentrer".

Un accident majeur a lieu dans une installation nucléaire à proximité. Faut-il favoriser l'éloignement le plus rapide possible, ou le confinement ?

"Confinement et écoute des services compétents qui ne manqueront pas d'avertir les populations. L'évacuation risque plus d'engorger les routes, bloquant l'arrivée des services de secours, et créer une situation a la Walking Dead : tout le monde panique, y a des accidents, et le bordel engendré est pire que l'accident en lui-même... Donc il faut écouter la radio/la télé, ne pas engorger les réseaux mobiles, et rester calme".

Un certain nombre de personnes soucieuses de se préparer à un accident nucléaire acquièrent par leurs propres moyens des pastilles d'iodure de potassium. Quels sont les dangers d'une automédication en la matière ? Les bénéfices restent-ils selon vous supérieurs aux risques ?

"Alors la pastille d'iode qu'on soit bien d'accord protège uniquement d'un accident avec rejet d'iode massif (Tchernobyl , Fukushima) et durant un temps limité. Sur les effets, c'est simple : tu satures ta thyroïde. Donc si tu le fait trop souvent, en trop grande quantité vu que l'iode est un antiseptique tu vas dans un premier temps détruire toute ta flore de ton corps avec tous les effets indésirables (diarrhée, nausée, sensibilité accru aux blessures), dans un second temps si tu continue encore à en prendre une tous les matins au petit déjeuné problèmes urinaires, allergies, des résistances du corps humains aux traitements médicaux, puis blocages des reins donc mort. Conclusion, il y a beaucoup plus de risque à se faire son automédication en prenant sa gélule à chaque fois que l'on entend nucléaire qu’éventuellement un jour funeste la prendre 1 heures plus tard sous conseil des autorités, car si tu es bien resté confiné chez toi, comme dit précédemment tu n'aura couru quasiment aucun risque."

"Même en cas d'accident nucléaire il faut écouter une radio nationale pour connaitre le moment où ingérer l'iode. Si l'on en prend avant, lorsque le nuage arrive au-dessus de nous il est possible que notre thyroïde ne soit plus saturée. Mais dans la grande majorité des cas, si il y a un accident nucléaire il n'y aura pas de rejet dans l'atmosphère. "

Quels matériels de protection et de détection conseilleriez-vous aux personnes souhaitant se préparer sérieusement à un accident nucléaire / radiologique ? Masques à gaz et combinaisons étanches constituent-ils de bonnes protections ?

"Une séance chez le psy. Parce que dans ce cas il doivent aussi se soucier des chutes d'avion, des accidents de voitures, des piqures de requins et morsures d'abeille, chute de noix de coco, etc... Plus sérieusement, hormis dans une zone sérieusement touchée, un masque papier sera largement suffisant. "

"La première chose si on parle bien d'un incident type Tchernobyl , Fukushima, c'est le confinement dans des bâtiments fermés, le temps que le panache passe. Car le premier danger dans ce cas là, c'est l'irradiation. Rester donc écouter les consignes des autorités. Ensuite pour la contamination, les masques et combinaison sont bien dans un premier temps mais ils sont difficiles à porter plusieurs heures, se pose la question du déshabillage, si tu ne le fait pas correctement ba ça n'aura servit à rien de les mettre... Si en plus tu rajoutes qu'une cartouche filtrante n'a une durée de vie que de 5 ans si elle est bien resté fermée dur dur..."

Je pense avoir été contaminé (en interne) par des radio-éléments. Au delà des traitements médicaux, existe-t-il des pratiques pouvant être mises en oeuvre par tout un chacun pour éliminer au moins en partie ces radio-éléments par les voies naturelles ?

"Boire de l'eau. Le corps est une chouette machine et va se charger tout seul d'éliminer en partie la contamination. Et l'interprétation personnelle d'un hypocondriaque n'est pas bonne conseillère. Contacter l'ASN ou l'IRSN sera la meilleure chose à faire dans ce cas."

"Les radionucléides (RN) incorporés sont éliminés si la période effective le permet, par voies naturelles (urine - sueur / selles). On peut limiter l'incorporation du RN par lavage des fosses nasales, bain de bouche voir laxatif (si ingestion), accélérer son élimination dans certain cas comme en augmentant la diurèse pour les RN qui se fixent dans le corps entier tel le 3H, ou empêcher la fixation du RN sur son organe cible en utilisant des chélateurs, mais là on est dans le domaine de l'acte médical.... Tout va dépendre de la nature du RN ainsi que du mode d'incorporation. Si vous avez un radionucléide qui a une période biologique et une période radiologique longues (et donc une période effective longue) tel le Plutonium, et que celui-ci s'est fixé sur son organe cible (principalement les os), vous aurez beaucoup de mal à l'évacuer..."

"En plus de ce qu'on dit les gens (...) la sudation ! Boire de l'eau c'est bien, suer en buvant de l'eau c'est encore mieux !"

L'imaginaire collectif décrit souvent les accidents nucléaires majeurs comme étant de nature apocalyptique. Pourtant des gens vivent à Hiroshima et Nagasaki, et toute vie n'a pas disparu à Tchernobyl ou à Fukushima. Ces zones ne sont donc pas définitivement condamnées. A-t-on une idée de la durée de vie d'une zone d'exclusion mise en place suite à un accident nucléaire ?

"Les zones ne sont pas condamnées. Certes, il y a un sérieux problème de contamination. Néanmoins, la nature reprend toujours ses droits et ce n'est pas parce que l'homme ne peut plus y habiter que c'est un problème pour d'autres espèces. Pour Tchernobyl, la zone d'exclusion va le rester encore un sacré moment. Parce qu'il y a toujours des traces de contamination et ce sera le cas un bon moment encore. Apres, des gens y vivent, c'est vrai. Essayez d'aller expliquer a une personne de 70 ans que dans 20 ans elle aura un cancer. Les pseudo-reportages interviewant ces personnes (souvent les mêmes d'ailleurs) ne prennent pas ce fait la en compte et se contentent de dire que malgré les risques les gens restent dans la zone. Cela concerne une poignée d'individus, trop vieux pour avoir des enfants, trop vieux pour être inquiet des effets stochastiques, trop vieux pour qu'on leur demande de quitter l'endroit ou ils ont vécu toute leur vie. Apres, concernant Tchernobyl, la question intéressante serait de savoir pourquoi il n'y a pas cette zone d'exclusion en Bielorussie. Un autre fait sympa a savoir : autours de Tchernobyl, il n'y a plus d'activités humaines. Donc les bestioles s'en donnent a coeur joie pour se reproduire et vivre en paix. Je n'y ai pas rencontre de cheval a 5 pattes, de sanglier disproportionné ou de loup faisant copain-copain avec un lapin."

"Au pif je dirai 300 ans, 10 fois la période du 137Cs."

Puisque je parle régulièrement de radioactivité sur ce blog, il me semble pertinent de faire un point sur les différents types de rayonnements ionisants, leurs dangers et la façon de s'en prémunir. On distingue classiquement 3 grand type de rayonnements : alpha, beta et gamma/X. Il en existe d'autres comme les neutrons mais ils sont rarement rencontrés à l'extérieur des réacteurs et installations scientifiques.

Rayons Alpha (α)

Les particules alpha sont un assemblage de 2 protons et 2 neutrons. Il s'agit en fait de noyaux d’Hélium. Leur énergie cinétique varie de 4 à 8 MeV (megaélectron-volt), ce qui est considérable. Du fait de leur masse et de leur charge électrique positive, les particules alpha sont très peu pénétrantes : une feuille de papier de 0.08mm d'épaisseur suffit à les arrêter, et leur libre parcours dans l'air varie de 2.5cm à 7cm en fonction des énergies. La couche de cellules mortes à la surface de notre peau bloque également les particules alpha, ce qui explique pourquoi elles sont inoffensives en exposition externe. Néanmoins quand elles sont émises à l'intérieur du corps, les particules alpha s'avèrent très dangereuses car elle dissipent leur énergie en ligne droite sur une très courte distance, ce qui détruit les cellules irradiées. Le facteur de pondération des rayonnements alpha est de 20, contre 1 pour les rayonnement beta et gamma. Cela signifie qu'à énergie égale, pour de faibles doses, les rayons alpha sont 20 fois plus nocifs que les rayons beta ou gamma. L'émetteur alpha auquel nous sommes le plus exposés est le radon, un gaz naturel radioactif qui représente en France 34% de notre exposition totale à la radioactivité. Le radon serait responsable de 6 à 15% des nouveaux cas de cancer du poumon.

Rayons Beta (β)

Les particules beta sont des électrons de charge positive ou négative dont l'énergie varie de 10 KeV à 4 MeV. Mais leur énergie moyenne est le plus souvent inférieure à 1MeV. Les rayonnements beta sont davantage pénétrants que les alpha. Leur libre parcours dans l'air varie entre 0 et 3m en fonction des énergies. Une épaisseur de 3mm d'aluminium ou de 1cm de plexiglas suffit à arrêter l'essentiel des particules beta. En ce qui concerne les êtres vivants, les beta de forte énergie peuvent pénétrer 5 à 6mm de tissus mous. A la différence des alpha ils ont tendance à ricocher dans la matière et à dissiper leur énergie plus progressivement ce qui les rend relativement moins dangereux que les alpha. En exposition externe, les dégâts de rayons beta concernent donc essentiellement la peau. Un émetteur de rayons beta rencontré en cas d'explosion ou d'accident industriel nucléaire est le Cesium 137 (il émet aussi des gamma).

Rayons Gamma (γ) et X

Les rayons gamma et les rayons X sont en fait la même chose, à savoir des photons. Seule leur origine diffère. Leurs énergies varient grandement, et peuvent monter jusqu'à plusieurs centaines de GeV, mais dans la pratique on s'intéresse rarement aux gamma au delà de 4MeV. Les rayons gamma sont extrêmement pénétrants et ne peuvent être stoppés à 100% comme les alpha ou les beta. On ne peut que les atténuer. Ainsi, pour diviser par 2 l'intensité d'un rayonnement gamma de 600KeV comme celui produit par du Césium 137, une épaisseur de 4.9mm de plomb ou de 3.66cm de béton est nécessaire. Cela est dû à la façon dont les rayons gamma interagissent avec la matière : à la différence des alpha et beta qui dissipent leur énergie progressivement, les particules gamma soit interagissent et dissipent à 100% leur énergie, soit n'interagissent pas du tout. Une particule gamma prise isolément peut donc traverser un corps sans l'ioniser le moins du monde ! De ce fait les rayons gamma sont relativement moins ionisants que les autres types de radiations.

Envie d'en apprendre davantage ? Je vous suggère la lecture du livre "La radioactivité sous surveillance et autres notions en radioprotection" par Marc Ammerich. L'ouvrage est très bien fait et accessible à tous.

En matière de détection de la radioactivité, le compteur geiger est l'équipement qui vient tout de suite à l'esprit. Or ce type de détecteur s'il est adapté à la simple détection ne permet pas de déterminer à quel élément radioactif on a affaire : impossible par exemple de savoir si les particules détectées sont émises par de l'uranium, du thorium, du cesium 137... L'appareil qui va permettre de caractériser les isotopes est un spectromètre gamma.

Les appareils professionnels de spectrométrie gamma coutent horriblement cher, et jusque ici même les appareils amateurs représentaient un investissement conséquent. Heureusement un japonais, M. Ohisa, a démocratisé un peu plus ce type de matériel avec des détecteurs autour de 160 euros port inclus, dénommés "Armadillo". Si ces détecteurs ne peuvent évidemment pas rivaliser avec du matériel plus cher, ils permettent néanmoins de caractériser des isotopes et de détecter des contaminations. Ils sont d'ailleurs utilisés par des amateurs au Japon pour détecter des contaminations au Cesium 137 dans l'environnement.

Mon détecteur Armadillo, modèle 1-d (avec sortie audio digitale en USB) :

Principe de fonctionnement

Le détecteur contient un cristal d'un centimètre cube d'iodure de cesium (CsI) qui a la propriété d'émettre des flashs lumineux lorsqu'il interagit avec des particules gamma. L'intensité de ces flash est proportionnelle à l'énergie des particules qui traversent le cristal. Ces flash sont ensuite amplifiés par un dispositif électronique interne au détecteur et convertis en un signal audio envoyé au PC via USB. L'analyse de ce signal audio par un logiciel de spectrométrie tel que Theremino MCA permet de tracer une courbe de distribution des différentes énergies émises par un échantillon : le spectre.

La spectrométrie gamma tire profit du fait que chaque radioélément a sa propre signature en énergie. Par exemple le cesium 137 émet des pics d'énergie à 32 keV et 662 keV, tandis que le radium 226 et ses descendants émettent des pics à 186, 242, 295, 352 et 609 keV. En regardant les pics d'énergie présents dans le spectre d'un échantillon on peut donc déterminer les radioéléments qu'il contient. Exemple de spectres pour différents radioéléments : americium 241 (en rouge), cesium 137 (en bleu), radium (en jaune), la courbe grise correspondant au bruit de fond :

En pratique

Démonstration en vidéo d'une mesure avec le détecteur Armadillo couplé au logiciel Theremino MCA :

Si le principe de la spectrométrie gamma est simple, la pratique nécessite quand même d'acquérir un certain nombre de connaissances et savoirs-faire. Il faudra apprendre notamment apprendre à calibrer et optimiser son système, se familiariser avec les spectres les plus caractéristiques, acquérir quelques notions de physique nucléaire et se montrer patient : dans le domaine des faibles activités, même si on peut avoir les premiers résultats en quelques minutes, un beau spectre nécessite souvent une mesure sur plusieurs heures, voire plusieurs jours !