Dose et expositions

Les sources d'expositions aux rayonnements ionisants peuvent être de deux natures :

  • l'exposition externe engendrée soit par un panache soit par une source éloignée ;
  • l'exposition interne engendrée par l'incorporation de radionucléides dans l'organisme.

Il y a des différences majeures entre ces deux types d'exposition :

  • il est possible de se soustraire aux effets néfastes des expositions externes en s'éloignant de la source tandis que cela n'est pas possible en cas d'exposition interne ;
  • l'exposition interne suppose une incorporation de radionucléides, et la personne devient alors une source d'exposition externe pour ses voisins (voire de contamination) ;
  • les rayonnements alpha sont trop peu pénétrants pour être dangereux en exposition externe, alors qu'ils sont particulièrement radiotoxiques en exposition interne (20 fois plus radiotoxiques que les rayonnements béta ou gamma pour la même énergie délivrée).
 

Relation entre dose absorbée, dose équivalente et dose efficace (CIPR)

 

La dose efficace est calculée en prenant en compte ces deux composantes de l'exposition.

Origine de l'exposition Dose efficace annuelle moyenne en France
Radon 1,2 à 1,8 mSv
Rayonnement cosmique 0,3 mSv
Rayonnement tellurique 0,5 mSv
Total exposition naturelle 2 à 2,5 mSv
Total exposition médicale en 2002 0,66 à 0,83 mSv

 

Les doses mentionnées dans le tableau pour l'exposition des populations françaises sont moyennes. Concernant l'exposition d'origine naturelle, les variations selon les régions de France et selon les modes de vie sont importantes. De même, le nombre d'actes médicaux « dosant » effectués dans l'année peut largement varier d'un individu à un autre (de nombreuses personnes n'ont pas eu d'exposition médicale en 2002).

 

Dose externe

 
Illustration de la Crête de Tavernier, phénomène qu'il découvrit en 1948 et qui se caractérise par l'accroissement de la dose d'irradiation de certains rayonnements dans l'organisme avant sa décroissance exponentielle

La dose externe est engendrée par différents types d’exposition :

  • exposition naturelle : elle est principalement causée par les rayonnements cosmique et tellurique ;
  • exposition artificielle : elle est principalement médicale (radiographie, scanner, radiothérapie) ;
  • exposition professionnelle : sources scellées, générateurs de rayon x et réacteurs ;
  • exposition accidentelle.

La dose d'irradiation a essentiellement une décroissance exponentielle dans l'organisme en fonction de la profondeur après un passage par un maximum appelé Crête de Tavernier du nom du physicien belge Guy Tavernier qui découvrit le phénomène en 1948. Cette allure de courbe est semblable pour les faisceaux de photons et de neutrons et les rayons X et Gamma.

Dans le cas d’un accident, la dose peut être évaluée avec des codes de calcul qui prennent en compte l'activité de la source, la distance, les écrans et les réflecteurs. L’utilisation de la dosimétrie biologique est également efficace pour reconstituer la dose dans ce cas. Elle est effectuée par un prélèvement sanguin (lymphocyte) et le recensement d’anomalies chromosomiques.

Les travailleurs pouvant être soumis à des rayonnements ionisants lors de leur activité (industries nucléaires, médecins, radiologues…) portent un dosimètre (dosimètre électronique et/ou RPL, « RadioPhotoLuminescent », en remplacement des films dosimétriques…) qui mesure la quantité de rayonnements auxquels ils ont été soumis. Ces dispositifs permettent de s’assurer que la personne n’a pas reçu une dose supérieure à la norme tolérée ou d’en mesurer l’importance.

En 2002, ce suivi dosimétrique réglementaire concernait 253 000 travailleurs exposés aux rayonnements ionisants, dont111 000 personnes dans le secteur médical (le premier concerné, devant le secteur nucléaire)

 

Dose interne

 

La dose interne est engendrée par l'incorporation de radionucléides dans l'organisme.

Comme la dose externe elle peut être la conséquence de différentes exposition :

  • exposition naturelle : principalement par inhalation de radon, ingestion de potassium 40 et carbone 14 ;
  • exposition artificielle : exposition médicale lors d'injection de composés radiopharmaceutiques (scintigraphie ...) ;
  • exposition professionnelle : source non scellées ;
  • exposition accidentelle.

Si l'exposition n'est pas chronique, la concentration en radionucléides présents dans l'organisme va diminuer avec le temps. La dose n'est donc pas immédiate mais répartie sur plusieurs mois ou années. On parle alors de « dose engagée » : la dose intégrée sur la vie de l'individu (soit sur 50 ans pour un adulte et sur 70 ans pour un enfant).

Les radionucléides vont décroître selon deux phénomènes :

  • la décroissance radioactive : phénomène physique correspondant à la désintégration des noyaux radioactifs et caractérisé par la période radioactive, Tr (temps nécessaire à la désintégration de la moitié des noyaux) ;
  • la décroissance biologique, phénomène biologique correspondant à l'élimination des atomes ou molécules par l'organisme et caractérisé par la période biologique, Tb (temps nécessaire à l'élimination de la moitié de la radioactivité).

Pour prendre en compte la décroissance globale des radionucléides dans l'organisme, on utilise la notion de période effective :

  • T_e = \dfrac {T_b * T_r}{T_b + T_r}

L'élimination des radionucléides de l'organisme ne s'effectue pas de façon linéaire. Elle suit une fonction d'excrétion (ou de rétention si on considère l'évolution de l'activité encore présente dans l'organisme).

Ces fonctions mathématiques dépendent principalement des radionucléides (pour la décroissance radioactive) et de leur formes physico-chimique (pour la décroissance biologique). Le mode d'exposition (chronique ou aiguë) et la voie d'entrée (inhalation ou ingestion) peuvent venir également perturber cette élimination.

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