Conseils
Le type d'appareil de mesure de la radioactivité le plus courant est le tube de détection Geiger-Müller, plus connu sous le nom de compteur Geiger. Différents détecteurs mesurent différents rayonnements :
- Rayonnement alpha
- Rayonnement bêta
- Rayonnement gamma
- Rayons X
Le principe de fonctionnement du tube de détection consiste en la création d’une tension électrique en présence d’un rayonnement radioactif dans le détecteur, tension pouvant être mesurée :
- Dès qu’une particule ionisante pénètre dans le tube de détection Geiger-Müller, il s’ensuit une réaction en chaîne qui conduit à une décharge gazeuse.
- Lors de son passage, la particule libère les électrons des noyaux atomiques du gaz rare présent dans le compteur (généralement de l'argon ou du krypton) et ceux-ci, ainsi que d'innombrables particules secondaires, atteignent l'anode.
- De ce fait, il s’ensuit une tension dans le tube de détection et le gaz ionisé est brièvement conducteur, le circuit se ferme et le compteur Geiger signale la radiation. Les nombreux ions présents à l’anode créent un déséquilibre tout en protégeant la cathode.
- La tension dans le tube de détection diminue ensuite et le circuit électrique est finalement interrompu.
- On appelle "temps mort" le laps de temps qui suit cette décharge de gaz et pendant lequel le compteur ne mesure aucun signal. Le temps mort se termine dès que le nuage d'ions à la cathode s'est déchargé. Selon le type de compteur Geiger, il est compris entre 0,1 et 0,3 millisecondes.
Compteur Geiger avec tube détecteur pour le rayonnement gamma, alpha et bêta
Notre conseil pratique : différents modèles
De nombreux appareils de mesure de la radioactivité (ou radiamètre) combinent la détection de plusieurs types de rayonnements radioactifs. Souvent, le débit de dose est directement lisible sur un écran, mais sur certains appareils, le relevé ne peut s'effectuer qu'à l'aide d'autres appareils et d'un logiciel d'évaluation. La plupart du temps, le compteur Geiger possède une fonction d'alerte : acoustique, optique ou vibratoire.
D'autres formes que le tube de détection Geiger-Müller mesurent le rayonnement radioactif selon le même principe. La chambre d'ionisation et le tube de détection proportionnel sont également des tubes de comptage. Ils sont également remplis d'un gaz de comptage afin de convertir la réaction des ions du rayonnement radioactif en effets électriques mesurables. La chambre d'ionisation et le tube de détection proportionnel fonctionnent avec des tensions plus faibles que le tube de détection Geiger-Müller, ce qui évite une décharge permanente du gaz suivie d'un temps mort.
Les compteurs Geiger sont souvent conçus comme de simples débitmètres de dose. Parfois, un dosimètre est directement intégré car cette fonction supplémentaire est techniquement facile à réaliser.
- Les compteurs Geiger (débitmètres de dose) mesurent la dose de rayonnement actuelle. Ils détectent d'une part la présence éventuelle de rayonnement radioactif et d'autre part l'importance de l'exposition instantanée aux radiations.
- Les dosimètres additionnent la dose de rayonnement sur une période donnée. Il est ainsi possible de déterminer l'exposition cumulée aux effets de la radioactivité. Les dosimètres sont utilisés en radioprotection car ils permettent de contrôler le respect des valeurs limites sur des périodes plus longues. Les dosimètres sont souvent conçus comme des dosimètres personnels mobiles, portés en permanence sur le corps par certains groupes professionnels en mission.
Attention : En Autriche, les termes "dosimètre" et "débitmètre de dose" sont utilisés comme synonymes dans les prescriptions d'étalonnage. Dans le langage courant, on ne fait souvent pas non plus de distinction précise entre les appareils servant à déterminer la dose de rayonnement radioactif actuelle et les appareils servant à mesurer le débit de dose sur une longue période.
Radiamètre avec alarme sonore et vibratoire de radiation
Les appareils de mesure de la radioactivité sont utilisés dans de nombreux domaines. Son utilisation en radiologie et médecine nucléaire est connue et, dans le traitement du cancer également, des dosimètres permettent de surveiller l'irradiation des tumeurs afin de délivrer une dose optimale au patient.
Les équipes de protection civile, comme les pompiers et les militaires, sont équipées de compteurs Geiger afin de pouvoir agir en fonction des mesures effectuées lors d'interventions ABC, c'est-à-dire en cas de dangers atomiques, biologiques et chimiques. En outre, les archéologues, géologues et historiens de l'art utilisent des appareils de mesure de la radioactivité avec fonction d'alerte et des procédés radioactifs avancés pour analyser les découvertes inconnues. Des substances radioactives sont également présentes dans les mines et sont détectées à l'aide de compteurs Geiger.
Pour les particuliers, l'acquisition de simples compteurs Geiger et de dosimètres n'est pas compliquée. Elle est de plus en plus pratiquée dans les régions connues pour être exposées à une pollution radioactive exceptionnelle suite à des catastrophes nucléaires comme Tchernobyl ou Fukushima, ou qui se trouvent dans le périmètre d'une centrale nucléaire encore en activité.
Comment se forme le rayonnement radioactif ?
À l'état neutre, les atomes et les molécules ont autant d'électrons que de protons. Toutefois, s'il y a plus de protons ou d'électrons, la particule possède une charge électrique et est appelée ion. En raison de ces particules causales et instables, le rayonnement atomique est également appelé rayonnement ionisant.
Le rayonnement radioactif est produit lorsqu'un noyau atomique se désintègre. Cela peut se produire de manière naturelle ou par une fission atomique ciblée. Lors d'une fission, des rayonnements alpha, bêta et gamma sont libérés. D'un point de vue scientifique, il serait plus juste de parler de transformation car la désintégration du noyau atomique produit de nouvelles substances. Ce sont ces substances libérées qui sont radioactives et non le rayonnement en tant que tel. Ce que les profanes et les médias appellent volontiers "rayonnement nucléaire" est donc le rayonnement ionisant de substances radioactives.
Types de rayonnement et portées
Les types de rayonnements ionisants comprennent les rayonnements alpha, bêta, gamma et les rayons X. Ils se distinguent par leur composition et leur portée. Alors que les rayonnements alpha et bêta sont composés de particules chargées, les rayonnements gamma et les rayons X sont constitués de photons photons de haute énergie.
D'ailleurs, les rayons gamma et les rayons X ne se distinguent pas par leur composition, mais par la manière dont ils sont produits : les rayons gamma sont issus de réactions nucléaires, les rayons X résultent d'une modification de la vitesse des particules chargées ou de transitions à haute énergie dans l'enveloppe électronique.
Dans certains pays, les rayons X sont nommés d'après leur découvreur, Wilhelm Conrad Röntgen, mais au niveau international, ils sont désignés avec la lettre X, par analogie avec les lettres grecques α, β, ɣ utilisées pour les autres types de rayonnement.
Portées des différents types de rayonnement :
- Le rayonnement alpha (α) a une portée de seulement quelques centimètres. Il peut être stoppé par une feuille de papier. C'est pourquoi les compteurs Geiger doivent être portés sur les vêtements pour détecter les rayonnements alpha.
- Le rayonnement bêta (β) peut parcourir quelques mètres. Il peut être bloqué par des métaux, par exemple l'aluminium.
- Les rayons gamma (ɣ) et les rayons X ont la portée la plus longue, bien que la portée des rayons X en particulier soit influencée techniquement lors de leur production. Une épaisse couche de plomb ou un mur en béton permettent de les bloquer. C'est pourquoi du plomb est intégré dans les tabliers de protection contre les rayons X et que le personnel quitte la pièce pendant la radiographie.
Compteur Geiger avec mesure de la dose et des impulsions et avec indicateur de décomposition
Unités de mesure du compteur Geiger
Le becquerel (Bq) est l'unité de mesure de la radioactivité. On parle de 1 Bq lorsqu'un noyau atomique se désintègre en une seconde. La radioactivité naturelle dans nos aliments est en moyenne de 40 becquerels par kilogramme. Cela signifie que dans 1 kilogramme d'aliments, 40 noyaux atomiques se désintègrent en moyenne par seconde.
Le gray (Gy) indique quant à lui la quantité de rayonnement ionisant absorbée par une masse. Il s'agit d'une valeur objective dérivée des unités joule et kilogramme. L'unité Gray est la mesure de la dose de rayonnement absorbée par les tissus. En cas d'irradiation du corps entier à plus de six Gy, les chances de survie sont faibles - même avec un traitement optimal - et nulles à 15 Gy.
Le sievert (Sv) est l'unité de mesure pondérée de la dose de rayonnement. Elle caractérise l'effet des rayonnements ionisants sur les personnes. Cette dose tient compte des différents effets des types de rayonnement et de la radiosensibilité variable des organes par un facteur de pondération du rayonnement. Elle est donc la grandeur la plus importante pour l'évaluation des dangers.
Valeurs limites d'exposition aux radiations
Radiamètre avec signal d'avertissement sonore et visuel à l'écran
En Allemagne, l'exposition normale aux radiations est d'environ deux à quatre millisieverts par an. La plus grande partie de cette dose, 1,5 millisievert, est due aux examens radiologiques.
Outre le rayonnement ionisant qui résulte d'une fission atomique ciblée, il existe toujours un rayonnement radioactif naturel provenant de l'espace et du sol, où les minerais, par exemple, contribuent à la radiation. Ces niveaux sont sans danger pour l'homme.
Même en cas d'exposition moyenne, l'effet dangereux de la radioactivité sur la santé ne se manifeste que secondairement, par exemple par l'augmentation des cancers dans la population et des modifications du patrimoine génétique qui entraînent des malformations chez les descendants. À partir de 250 millisieverts, l'apparition fréquente de cancers et d'anomalies génétiques chez les nouveau-nés est très probable. Pendant une grossesse, l'irradiation est critique à partir de 100 millisieverts.
Une dose d'environ 1 sievert provoque une maladie radiologique aiguë qui, dans sa forme légère, s'accompagne de fièvre, de diarrhée et de nausées et, dans le pire des cas, entraîne la mort par la défaillance de plusieurs organes.