Le temps de demi-vie T1/2 d'un radionucléide est le temps après lequel la moitié d'un nombre donné d'atomes de ce radionucléide se seront décomposés.
Exemple
De 100 atomes de $^{89}Sr$ il restera après 50 jours environ 50 atomes intacts, alors que de 100 atomes de $^{140}Ba$, il n'en restera qu'environ 6
L'activité A d'un radionucléide est le nombre de désintégrations qui se produisent dans un échantillon du radionucléide pur par unité de temps.
L'activité est proportionnelle au nombre d'atomes du radionucléide. En effet, plus il y aura d'atomes, plus il y aura évidemment de décompositions dans la seconde envisagée. Elle est inversement proportionnelle à son temps de demi-vie. En effet, plus le temps de demi-vie est long, moins un atome radioactif aura tendance à se décomposer dans la seconde envisagée.
L'unité SI de l'activité est le Becquerel ( $1\;Bq\;=\;1\;s^{-1} )$. C'est l'activité d'un échantillon de radionucléide qui fournit une désintégration par seconde
Exemple
$1\; g$ de $^{226}Ra$ produit $3,7\cdot 10^{10}$ décompositions par secondes. Son activité est donc de $3,7\cdot10^{10}\;Bq$ $(=$ $ 1\; Ci$, Curie: unité ancienne )
L'activité massique a d'un radionucléide est le nombre de désintégrations qui se produisent par unité de masse du radionucléide pur par unité de temps.
L'activité massique est constante pour un radionucléide donné.
On se sert de l'unité $\frac{Bq}{kg}$ ou assez souvent de l'ancienne unité $\frac{Ci}{g}$.
Exemple
Pour le $^{226}Ra$, l'activité massique vaut évidemment $1 \frac{Ci}{g}$, pour $^{238}U$, elle vaut p.ex. $3,2\cdot 10^{-7}\frac{Ci}{g}$, c.à.d. 1 g de ce dernier radionucléide émet $3,2\cdot 10^{-7} \cdot 3,7\cdot 10^{10} = 11840$ décompositions par seconde.
a) Les radionucléides primordiaux: Il y a des radionucléides dont la durée de vie est suffisamment longue pour qu'ils persistent encore depuis la formation de notre système solaire p.ex $^{238}U$ ou $^{232}Th$. On les trouve dans les roches ( surtout granitiques: Alpes, Vosges, pays scandinaves, mais aussi schistes: Oesling ! ) b) Les descendants radioactifs des radionucléides primordiaux: Ce sont les membres des différentes familles radioactives naturelles comme $^{214}Po$ qui provient de décompositions radioactives ayant pour origine $^{238}U$. On les trouvera surtout dans les roches, mais certains aussi dans les eaux et dans l'atmosphère c) Les radionucléides formés par l'effet du rayonnement cosmique: La terre est constamment bombardée par des particules ( principalement des protons ) provenant du soleil ou de la galaxie. Ces particules bombardent des noyaux non radioactifs de notre planète et peuvent les transformer en radionucléides . C'est ainsi que se forme constamment $^{14}C$ par bombardement de $^{14}N$. On trouvera donc ces radionucléides surtout dans l'atmosphère. d) Les radionucléides provenant d'essais nucléaires et d'accidents de réacteurs nucléaires: Ce sont des radionucléides en général plus légers ( le début du tableau du début de ce chapitre reprend ceux du nuage radioactif de Tchernobyl )
L'irradiation due aux radionucléides peut être externe: - les maisons construites à partir de matériaux granitiques ou schisteux irradient plus que certaines maisons construites en grès, calcaires ou préfabriquées. - suivant sa provenance, le plâtre $CaSO_4$ peut être plus ou moins contaminé par du sulfate de radium $RaSO_4$ radioactif. - les passagers d'avions sont soumis à une irradiation plus intense variant suivant la latitude, les cycles solaires et augmentant en général avec l'altitude. - Les mines de charbon ou de roches phosphatées rayonnent assez fortement du fait de la présence de nombreux radionucléides. - Les engrais chimiques phosphatés sont souvent irradiants du fait de la présence de $^{226}Ra$. - Montres et cadrans radioluminescents sont radioactifs parce qu'ils utilisent des radionucléides.pour entretenir la luminescence. - Beaucoup de céramiques, émaux ou verres d'optique sont irradiants puisqu'on y utilise de l'uranium ou du thorium. Une irradiation interne se produit dès qu'il y a ingestion de radionucléides: - radionucléides de l'air par respiration. - radionucléides des eaux de sources des régions granitiques ou des eaux de pluies polluées ( précipitations orageuses du 3 mai 1986 à Luxembourg ) qui passent ensuite dans les poissons des rivières. - radionucléides présents dans l'herbe arrosée par de la pluie contaminée qui passent ensuite dans le lait, les produits fermiers ainsi que dans le gibier - radionucléides dans les fruits, champignons et légumes provenant aussi des pluies contaminées. L'irradiation sera persistante si le radionucléide est incorporé dans une molécule biochimique (p.ex. $^{131}I$ dans la tyroxine, hormone de la glande tyroïde ).
Les radionucléides projettent des particules ( α, β.... ) ou émettent des rayons γ. Suivant leurs activités massiques, mais aussi suivant la vitesse d'émission de leurs particules ou la fréquence n de leur rayonnement, l'énergie totale émise par les radionucléides en un temps donné peut varier fortement. Pour évaluer les effets possibles de ces rayonnements, on s'intéresse particulièrement à l'énergie reçue ( p.ex par l'homme ou un tissu particulier sensible comme les gonades).
La dose absorbée est l'énergie cédée par les radionucléides à l'unité de masse du milieu irradié. L'unité de dose absorbée SI est le Gray ( $1\; J/kg$ $=$ $1\; Gy$ $=$ $100\; rad$ ). Un milieu irradié reçoit une dose de 1 Gray, si chaque kilogramme absorbe un Joule d'énergie du fait de l'irradiation.
La dose absorbée est calculée connaissant l'activité des radionucléides auxquels l'homme est exposé ( un facteur de dose est mis en compte pour chaque radionucléide suivant sa virulence ), leur concentration dans le milieu irradiant et le temps d'exposition.
Exemple
Du fait du rayonnement terrestre, un Suisse reçoit par heure une dose de 7,4 mrad, alors qu'un Hindou n'en reçoit que 3,6
Le rayonnement peut altérer l'ADN et donc le code héréditaire de cette cellule. Dans le cas d'une cellule somatique, plusieurs cas sont possibles: a) la synthèse de protéines essentielles au métabolisme cellulaire n'est plus possible: la cellule meurt. b) la synthèse de protéines essentielles pour assurer la division correcte de la cellule et la transmission du code aux cellules-filles n'est plus possible: Les cellules-filles ne seront plus viables, elles meurent. c) l'anomalie de l'ADN provoque une mutation cellulaire qui est transmise aux descendants. Si cette mutation consiste par exemple en une augmentation de la fréquence de division de la lignée en question, une tumeur bénigne ou maligne peut se déclarer. Dans le cas d'une cellule germinale, outre les cas a) et b) précédents, l'ADN fautif transmis à la descendance peut entraîner une déficience chez l'enfant qui sera dominante ou récessive suivant la portion d'ADN touchée.
La simple dose absorbée ne rend souvent pas compte de la gravité du risque encouru. On peut par exemple reçevoir la même dose par suite de l'ingestion d'iode ou de radon radioactifs, mais l'iode peut représenter le risque plus élevé parce qu'il sera incorporé dans la tyroïde, organe particulièrement sensible. Il convient donc de corriger les doses absorbées par des facteurs qui rendent compte de la gravité de cette absorption.
La mesure biologique de dose s'appelle l'équivalent de dose. Elle est exprimée en Sievert ($Sv$) Plus couramment utilisée est le rem ($1\; Sv$ $=$ $100\; rem$) c'est à dire en "Radiation Equivalent Man". Cette unité s'obtient en multipliant la dose absorbée (rad) par deux facteurs; le Facteur Qualité (FQ) et le Facteur Distribution (FD). On a donc : ED(rem) = D(rad) x FQ x FD
Le Facteur Qualité est pris arbitrairement à 1 pour les photons et les électrons et à 10 pour les particules alpha les plus destructives. Le Facteur Distribution vaut 1 lorsque l'on a affaire à des radionucléides répartis uniformément dans l'organisme comme le $^{40}K$; 5 pour des radionucléides répartis irrégulièrement dans l'organisme comme $^{131}I$.
Exemple:
Equivalent de dose reçu par an par un Luxembourgeois suivant la provenance:
Ordres de grandeur:
| 1 mSv | Radiographie pulmonaire |
| 2 mSv | Irradiation naturelle moyenne en France |
| 5 mSv | Limite d'exposition externe pour la population |
| 50 mSv | Limite d'exposition externe pour les travailleurs de catégorie A (travaux sous rayonnement) de l'industrie nucléaire |
| 0,3 Sv | Modification spontanément réversible de la formule sanguine |
| 1 Sv | Hospitalisation pour bilan (exposition corps entier) |
| 4,5 Sv | Dose létale 50 (50% de décès) |
| 6 Sv | Erythème (irradiation locale) |
| 40 à 80 Sv | Dose utilisée en radiothérapie |
- L'intérieur du globe terrestre contient des éléments radioactifs, qui produisent de la chaleur, et cette chaleur est évacuée par des mouvements de convection dans le manteau et par conduction dans la lithosphère. Les mouvements du manteau terrestre se manifestent en surface par le déplacement de grandes plaques quasi-rigides (tectonique des plaques). Ils sont à l'origine du volcanisme, des tremblements de terre et des tsunamis.
- L'exposition des cellules germinales au rayonnement radioactif y produit des mutations . Ces mutations sont à l'origine de l'évolution des espèces par sélection naturelle.
Image de Karen Carr