Overview
Radiation can be ionizing and non-ionizing. It is the former that causes damage to human and animal tissue. When this article refers to « radiation, » ionizing radiation is meant. La dose de rayonnement absorbée est différente de l’exposition au rayonnement car elle mesure la quantité absorbée par un corps donné, et non la quantité totale de rayonnement dans l’environnement.
Les deux valeurs peuvent être similaires pour les matériaux hautement absorbants, mais ce n’est souvent pas le cas, car l’absorption diffère grandement pour les matériaux. Par exemple, une feuille de plomb absorbera plus facilement le rayonnement gamma qu’une feuille d’aluminium de même épaisseur.
Unités de mesure de la Dose absorbée de Rayonnement
L’une des unités les plus courantes pour mesurer la quantité de rayonnement absorbée par un objet est un gris. Un gris représente la quantité de rayonnement présente lorsqu’un joule d’énergie est absorbé par un kilogramme de matériau. Un gris représente une grande quantité de rayonnement, beaucoup plus grande qu’une personne n’absorberait généralement. Par exemple, 10 à 20 gris sont généralement mortels pour l’homme. Par conséquent, des fractions de gris, telles que centigray (0,01 gris), milligray (0,001 gris), etc. sont utilisées. Rad est une unité obsolète proportionnelle au gris. Un gris est de 100 rad, ce qui rend un rad égal à un centigray. Bien qu’il soit obsolète, il peut encore être vu souvent dans les publications.
La quantité de rayonnement qu’un corps absorbe n’est pas toujours équivalente à la quantité de dommages que ce rayonnement causera. Des unités supplémentaires, telles que des unités équivalentes de dose de rayonnement, sont utilisées pour décrire le rayonnement comme étant pertinent pour les dommages qu’il peut causer.
Unités équivalentes de dose de rayonnement
Bien que les unités de dose absorbée par rayonnement soient couramment utilisées dans la littérature scientifique, le grand public peut ne pas les connaître. Le milieu utilise plus couramment des unités équivalentes de dose de rayonnement. Ils sont utilisés pour déterminer l’effet du rayonnement sur le corps dans son ensemble et les tissus en particulier. Il permet d’évaluer les dommages biologiques plus facilement qu’avec les unités de dose absorbée par rayonnement conventionnelles car il prend en compte la quantité de dommages que différents types de rayonnement peuvent causer.
La gravité des dommages qu’un type donné de rayonnements ionisants peut causer aux tissus est calculée à l’aide du rapport d’efficacité biologique relatif. Les valeurs diffèrent lorsqu’un type de rayonnement différent est absorbé par le corps. Si différents organes et tissus du corps sont affectés par le même type de rayonnement, par exemple un rayonnement bêta, gamma ou X, la gravité des dommages est la même. D’autres rayonnements affectent différentes cellules à un degré différent. Par exemple, les particules alpha, lorsqu’elles sont absorbées (souvent par ingestion, car elles ne pénètrent pas facilement dans la matière), sont 20 fois plus dangereuses pour les organismes vivants que les rayonnements bêta ou gamma.
Pour calculer la dose équivalente de rayonnement, il faut multiplier la dose absorbée par l’efficacité biologique relative des particules à l’origine de ce rayonnement. D’après l’exemple ci-dessus, ce coefficient est de 1 pour les rayons bêta, gamma et X, mais de 20 pour les particules alpha. Les unités de dose équivalente à la banane et les sieverts sont des exemples d’unités équivalentes à la dose.
Sieverts
Les sieverts mesurent la quantité d’énergie émise par le rayonnement pour une quantité donnée de masse tissulaire. C’est l’une des unités les plus couramment utilisées pour discuter des effets nocifs des rayonnements sur les personnes et les animaux. Par exemple, une dose généralement fatale pour les personnes est d’environ 4 sieverts (Sv). Une personne peut encore être sauvée si elle est traitée rapidement, mais une dose de 8 Sv est mortelle. Généralement, les gens absorbent des doses de rayonnement beaucoup plus faibles, donc souvent des millisieverts et des microsieverts sont utilisés. 1 millisievert est 0,001 Sv et 1 microsievert est 0,000001 Sv.
Dose équivalente à la banane
Les unités de dose équivalente à la banane (LIT) sont utilisées pour mesurer la quantité de rayonnement que le corps absorbe après avoir mangé une banane. Une dose équivalente à la banane peut également être exprimée en sieverts, elle est égale à 0,1 microsieverts. Les bananes sont utilisées car elles contiennent du potassium-40, un isotope radioactif présent naturellement dans certains aliments. Voici quelques exemples au LIT : une radiographie dentaire équivaut à manger 500 bananes; une mammographie équivaut à manger 4000 bananes; et une dose fatale de radiations, c’est comme manger 80 millions de bananes.
Il y a un débat sur l’utilisation d’unités de dose équivalente à la banane car l’effet du rayonnement sur le corps n’est pas équivalent pour différentes matières radioactives. La quantité de potassium-40 est également régulée par l’organisme, de sorte que lorsqu’elle est absorbée par la nourriture, elle est ensuite expulsée pour maintenir le niveau uniforme.
Dose efficace
Les unités ci-dessus sont utilisées pour le rayonnement qui est uniformément absorbé par le tissu, généralement dans une zone localisée. Ils aident à déterminer la quantité de rayonnement qui affecte un organe particulier. Pour calculer l’effet sur l’ensemble du corps lorsque seule une partie du corps absorbe le rayonnement, une dose de rayonnement efficace est utilisée. Cette unité est nécessaire car l’augmentation du risque de cancer est différente selon les organes, même si la quantité de rayonnement absorbée est la même.
Les calculs de dose efficace tiennent compte de cela en multipliant le rayonnement absorbé par le coefficient de gravité de l’impact du rayonnement sur chaque type de tissu ou d’organe. Lors de la détermination des valeurs de coefficient pour différents organes, les chercheurs ont pesé non seulement le risque global de cancer, mais également la durée et la qualité de vie du patient, une fois le cancer contracté.
Une dose efficace est également mesurée en sieverts. Il est important de comprendre lors de la lecture du rayonnement mesuré en sieverts, si la source se réfère à la dose efficace ou à l’équivalent de dose de rayonnement. Il est probable que lorsque les sieverts sont mentionnés dans les médias dans le contexte général des accidents et catastrophes liés à la radioactivité, la source fait référence à l’équivalent de dose de rayonnement. Souvent, il n’y a pas assez d’informations sur les tissus corporels affectés ou susceptibles d’être affectés par la contamination radioactive, il n’est donc pas possible de parler de la dose efficace.
Effets du rayonnement sur le corps
Il est parfois possible d’estimer l’effet du rayonnement sur le corps en regardant l’absorption du rayonnement, mesurée en gris. Cette unité est orthographiée « grise » à la fois au singulier et au pluriel. Le gris est utilisé lors de la mesure du rayonnement prescrit pour le traitement localisé du cancer. La quantité de rayonnement en gris permet de prédire les effets de ce traitement sur la région traitée et le corps dans son ensemble. Pendant la radiothérapie, les taux d’absorption cumulés tout au long de la durée du traitement sont généralement élevés dans la zone traitée. Cette absorption de rayonnement peut détruire de manière permanente les glandes qui produisent de la salive, de la sueur et d’autres humidités lorsque la dose dépasse 30 gris (Gy). Le résultat est une bouche sèche et des effets secondaires similaires. Des doses de 45 Gy ou plus détruisent les follicules pileux et provoquent une perte de cheveux irréversible.
Il est important de noter que si l’absorption totale du rayonnement entraînera des dommages biologiques, l’étendue de ces dommages dépend fortement de la durée pendant laquelle cette absorption se produit. Par exemple, une dose de 1 000 rad ou 10 Gy est fatale si elle est absorbée en quelques heures, mais elle peut même ne pas provoquer de maladie aiguë due aux rayonnements (SRA) si elle est étalée sur une plus longue durée.
Rayonnement dans les voyages aériens
Les niveaux de rayonnement sont plus élevés à des altitudes plus élevées car le rayonnement cosmique provoque une exposition et une absorption plus importantes que le rayonnement terrestre. Comparé aux 0,06 microsieverts par heure au sol, il augmente environ 100 fois pour atteindre 6 microsieverts par heure à des altitudes de croisière.
L’exposition annuelle totale peut être calculée comme suit. Selon les informations sur le site Web d’Air Canada, un pilote professionnel employé par cette compagnie aérienne passe environ 80 heures par mois ou 960 heures par année en vol. Cela donne une exposition totale de 5760 microsieverts ou 5,76 millisieverts par an. C’est un peu moins qu’un scanner thoracique (le scan est de 7 millisieverts). C’est un dixième de la dose annuelle maximale autorisée à laquelle les travailleurs de la radiothérapie aux États-Unis peuvent être exposés.
Il est important de noter que les informations ci-dessus sont une estimation basée sur les altitudes de croisière, mais l’exposition réelle peut être différente car elle dépend de l’altitude. L’exposition individuelle dépendra également de la compagnie aérienne et des règles de sécurité au travail dans les pays d’origine. Un rayonnement supplémentaire est causé par le rayonnement de fond normal auquel chaque membre d’équipage est exposé au cours d’activités quotidiennes non liées au travail. Ce rayonnement supplémentaire est d’environ 4 millisieverts par an pour les personnes vivant en Amérique du Nord.
Une telle exposition augmente le risque de cancer. Il existe également des risques pour les enfants à naître si l’un ou les deux parents ont été exposés à des radiations avant la conception. Enfin, il existe des risques si un enfant à naître a été irradié pendant que la mère travaillait comme membre d’équipage pendant la grossesse. Les risques vont du cancer infantile aux anomalies mentales et structurelles.
Rayonnement en médecine
Le rayonnement est utilisé dans l’industrie alimentaire et la médecine. Ses propriétés de destruction de l’ADN sont utiles pour l’homme, tant qu’elles sont appliquées à des organismes tels que les bactéries, mais pas aux personnes.
En plus des traitements localisés contre le cancer décrits ci-dessus, les radiations sont utilisées pour tuer les bactéries et stériliser divers instruments car elles endommagent et détruisent les tissus animaux et les molécules d’ADN. Par exemple, en médecine, il est utilisé pour stériliser les instruments et les pièces. Les instruments sont généralement placés dans des sacs hermétiques, pour s’assurer qu’ils restent stérilisés jusqu’à ce qu’il soit temps de les utiliser. Trop de rayonnement peut décomposer des matériaux tels que les métaux, il est donc important d’utiliser des quantités adéquates de rayonnement.
Le rayonnement dans la fabrication des aliments
La capacité du rayonnement à détruire les cellules et l’ADN des organismes vivants est également utilisée pour décontaminer les aliments et les empêcher de se détériorer rapidement. Il rend les microorganismes incapables de se reproduire ou tue les agents pathogènes et les bactéries telles que E. coli. Certains pays ont une législation contre l’irradiation de certains ou de tous les aliments, tandis que d’autres ont des exigences légales pour que tous les aliments importés d’un type donné soient irradiés. Aux États-Unis, par exemple, il est nécessaire qu’une gamme de produits importés, en particulier les fruits tropicaux, soient irradiés avant l’importation pour empêcher la propagation des mouches des fruits.
Lorsque le rayonnement est absorbé par les aliments, il ralentit également certaines des réactions biochimiques des enzymes. Cela empêche la détérioration en ralentissant le processus de maturation et la croissance des plantes. De telles interventions préparent les aliments pour les voyages intercontinentaux en leur donnant une durée de conservation plus longue.
Procédé
L’isotope radioactif du cobalt 60 est utilisé pour traiter les produits alimentaires afin de tuer les bactéries. Les chercheurs de la région travaillent sur la détermination des niveaux de rayonnement qui fournissent un équilibre entre la destruction des micro-organismes et la préservation du goût original de la nourriture. Actuellement, la plupart des aliments sont traités avec une radiation inférieure à 10 kilogrammes (10 000 gris), mais cette dose peut varier de 1 à 30 kilogrammes selon le produit.
Le rayonnement utilisé dans ce procédé peut être celui des rayons gamma ou des rayons X, ainsi que le rayonnement des électrons. Les aliments sont généralement transportés à travers l’installation de rayonnement sur une bande transporteuse et peuvent être préemballés. Ceci est similaire au processus de stérilisation du matériel médical. Différents types de rayonnement ont une plage de pénétration différente, ainsi le type de rayonnement est sélectionné en fonction du type d’aliment. Par exemple, l’irradiation des galettes de hamburgers peut se faire par irradiation électronique, tandis qu’une pénétration plus profonde du rayonnement X est nécessaire pour irradier les carcasses d’oiseaux.
Controverse
Les isotopes radioactifs ne restent pas à l’intérieur des aliments eux-mêmes, ce n’est donc pas une préoccupation dans l’irradiation des aliments. Néanmoins, l’irradiation des aliments est un sujet controversé car les matières radioactives doivent être produites, transportées en toute sécurité vers les usines alimentaires et manipulées avec soin. Cela ne se produit pas toujours, et un large éventail d’accidents, de fuites, de dysfonctionnements et d’autres problèmes est signalé dans diverses installations d’irradiation à travers le monde.
Une autre préoccupation est que l’irradiation entraînera une diminution de l’assainissement et l’utilisation de techniques de manipulation de sécurité appropriées dans l’industrie de la transformation des aliments. Certains pensent que l’irradiation est en train de dissimuler une manipulation inappropriée des aliments dans les usines et qu’elle encourage également la manipulation d’aliments dangereux chez les consommateurs. L’irradiation peut diminuer le contenu nutritionnel des aliments car elle détruit ou détériore certaines vitamines et microflore nécessaires à la digestion et à d’autres fonctions. Certains chercheurs qui s’opposent à l’irradiation des aliments pensent également qu’elle augmente les substances cancérigènes et les éléments toxiques dans les aliments.
De nombreux pays n’autorisent actuellement que l’irradiation des épices et des herbes. Cependant, l’industrie nucléaire, qui est impliquée dans la production des isotopes radioactifs utilisés dans l’irradiation des aliments, fait pression dans de nombreux pays pour autoriser l’irradiation d’autres produits alimentaires tels que la viande, les céréales, les fruits et les légumes.
Les pays qui autorisent l’irradiation exigent généralement soit un logo d’étiquette d’irradiation explicite, le radura, sur l’emballage, soit d’inclure les informations sur les aliments irradiés dans la liste des ingrédients. Cela peut ne pas s’appliquer aux produits contenus dans les aliments transformés, et les restaurants peuvent ne pas être tenus d’informer les consommateurs s’ils servent ou non des aliments fabriqués à partir d’ingrédients irradiés. C’est un problème car cela révoque le choix des consommateurs de manger ou non des produits irradiés. Enfin, l’irradiation des aliments est coûteuse et augmente le coût de nombreux aliments irradiés.
Mesure du rayonnement
Les personnes exposées au rayonnement au travail sont souvent tenues de porter des dispositifs spéciaux, des dosimètres, pour déterminer si la dose cumulée de rayonnement qu’elles reçoivent est sans danger. Les astronautes, les travailleurs des centrales nucléaires, les équipes d’intervention et de décontamination qui travaillent avec des matières dangereuses, ainsi que les médecins travaillant dans le domaine de la médecine nucléaire font partie des personnes qui sont tenues de porter ces dosimètres. Les dosimètres peuvent parfois informer l’utilisateur lorsqu’une dose définie particulière a été dépassée, par exemple par une alarme. Cette dose totale est souvent mesurée en sieverts. Malgré les règles en place, certains pays ne les appliquent pas ou ne l’ont pas fait par le passé. Par exemple, lors des efforts de nettoyage de Tchernobyl au début de la catastrophe, les doses enregistrées pour les travailleurs n’étaient pas basées sur les mesures réelles. Selon les témoignages des témoins oculaires, les doses ont plutôt été fabriquées sur la base d’une estimation du rayonnement dans la zone où l’on a été affecté au travail pour la journée.
