Conséquences des différents types de radioactivité

Bonjour,

sur le forum physique de FuturaSciences j'ai posé quelques questions sur les conséquence des différents types de radioactivité sur la santé et on m'a répondu que j'aurai des réponses plus poussées ici.

Comme je suis chimiste je n'ai pas toutes vos connaissances dans les domaines des rayonnements, du nucléaire et de ce qui s'y rapportent mais j'ai eu quelques cours. (D'ailleurs, je ne cherche pas une réponse vulgarisée)

Mes questions étaient donc :

Quel est l'effet d'une désintégration de type β- sur le corps humain ? La particule émise est un électron alors a-t-il un effet réducteur sur les molécules sur corps ?

Même question pour la désintégration β+. Le positron produit a-t-il un effet oxydant, étant donné qu'il "détruit" un électron ?

Quel effet a la radioactivité alpha (émission d'hélium) ?

Autre question : on dit que plus un élément a un temps de demi-vie grand, plus il reste dans le corps si on en a ingéré, et plus il a un effet nocif. Mais si on prend exactement le même nombre d'atomes d'un élément radioactif qui possède un temps de demi-vie plus court, ne serait-il pas aussi, voire plus, nocif ? Si on compte 1000 atomes radioactifs avec un temps de demi-vie de 6000 ans et 1000 atomes radioactifs avec un temps de demi-vie de 1 minute, le corps subira les mêmes effets dans les 2 cas mais dans le deuxième, il les subira tous en quelques minutes au lieu de pendant toute une vie. N'est-ce pas pire ? (je ne sais pas si 2 éléments aussi différents pourraient avoir une activité (celle en Bq) similaire)

Certaines question ont déjà trouvé leur réponse sur le forum mais je n'ai pas trouvé exactement les renseignements que je cherchais.

Quelqu'un pourrait-il m'aider à y voir plus clair ?

Bonsoir
Vous trouverez sur le site une série de diaporama sur ces sujets :
http://www.rpcirkus.org/rp/cours-radioprotection

Concernant les rayonnements les interactions sur la matière se font de plusieurs manière.
Pour les alpha, les bêta moins, les bêta plus ils interagissent pas ionisation, excitation et pour les bêta seulement en étant freiné à proximité des noyaux.
Cela se passe à un niveau atomique (noyau et cortège électronique). Donc de nombreux électrons sont expulsés des cortèges.
Pour la désintégration bêta moins, l'électron est en fait issu de la transformation d'un neutron en proton, électron et anti neutrino.
L'électron n'étant pas un composant du noyau, il est expulsé.
Le bêta plus s'associe effectivement avec des électrons mais souvent ce sont des électrons libres. Il y en a un certain nombre dans l'air par exemple.
Les alpha ayant une énergie plus forte et un parcours plus petit dans la matière y font globalement plus de dégâts

Ensuite ces différentes interactions agissent au niveau du corps humain d'abord au niveau cellulaire et en particulier sur l'ADN. il peut y avoir des ruptures des liaisons dans la molécule..
Autre interaction très répandue : la création de radicaux libre sur la molécule d'eau.
Les alpha (énergétiques et d'un parcours plus petit) font souvent des cassures importantes sur l'ADN.
Mais les dernières avancées scientifiques montrent que cela peut se produire avec tous les types de rayonnements. C'est fonction de la quantité d'énergie dissipée (dose absorbée) et de la vitesse de dissipation (débit de dose absorbée).

Autre question : on dit que plus un élément a un temps de demi-vie grand, plus il reste dans le corps si on en a ingéré, et plus il a un effet nocif.
Pour les produits incorporés, il faut tenir compte non seulement de la période radioactive mais aussi de la période biologique. On appelle cela la période effective. Le tritium a une période radioactive de 12,3 ans mais une période biologique de 10 jours.
Donc une période effective de 10 jours.

Mais l'exemple que vous donnez est assez bien choisi.
Prenons le cas suivant :
Absorbons 1000 atomes de plutonium-239 ayant une période biologique d'environ 200 ans qui se désintègre par émission alpha.
Absorbons 1000 atomes de polonium-210 ayant une période biologique d'environ 40 jours (140 jours pour la période radioactive et 50 jours pour la péridoe biologique) qui se désintègre par émission alpha.
Le corps subira les mêmes effets dans les 2 cas mais dans le deuxième, il les subira tous en quelques jours au lieu de toute une vie.
Cela peut se révéler pire et même mortel
Alexandre Litvinenko a été tué de cette manière. le polonium 210 est un toxique radioactif puissant avec une courte période.

Mais ce n'est pas terminé et là je vous ramène sur un terrain connu de vous.
Ces produits ont également une toxicité chimique forte ; c'est le cas de l'uranium et du plutonium.
Dans le premier cas (U) c'est la toxicité chimique qui l'emporte.

J'espère avoir répondu à votre attente.
A bientôt
KLOUG

ZuIIchI a écrit:

:

Quel est l'effet d'une désintégration de type β- sur le corps humain ? La particule émise est un électron alors a-t-il un effet réducteur sur les molécules sur corps ?

Même question pour la désintégration β+. Le positron produit a-t-il un effet oxydant, étant donné qu'il "détruit" un électron ?

Quel effet a la radioactivité alpha (émission d'hélium) ?

Bonsoir ZuIIchI,

De façon très générale, et en dehors d'applications très particulières telle que l'implantation ionique, les particules  générées dans les processus de désintégration (ou autre réactions nucléaires) sont dangereuses en raison de leur énergies cinétiques élevées. Prenons par exemple une énergie typique de l'ordre du MeV. C'est une énergie considérable lorsque on la compare par exemple à l'énergie cinétique moyenne d'agitation des molécules qui nous entoure, de l'ordre de 0,025 eV , nous procurant ainsi une douce chaleur (dans un four on n'est guère encore qu'à 0,050 eV)

Energies que ces particules déposent sur de très courtes distances, créant très localement une densité d'énergie absorbée très élevée. D'où les dégats biologiques etc..

Par contre , et c'est là l'essentiel de votre question, lorsque ces particules ont perdu leur énergie, elles n'ont aucun effet notable en raison essentiellement du faible nombre de ces particules rapporté aux nombre d'atomes du milieu irradié.

Prenons un exemple ; considérons une irradiation de la peau assez significative par  des électrons de 1 MeV. Pour avoir une dose de 500m Sv (limite haute règlementaire pour le cm2 le plus irradié, correspondant à peu de chose près au seuil d'apparition de l'érythème) , il faut envoyer sur 1 cm2 environ 1,6E9 électrons. Ces électrons vont déposer leur énergie sur une profondeur d'environ 4 mm. Ainsi le volume touché est égal à 0,4 cm2, contenant environ 1,3E22 atomes.

Les électrons ainsi implantés représentes alors 1 électron excédentaire pour 8E12  atomes (essentiellement de l'eau). Vous imaginez alors que l'effet réducteur, s'il existe, est hautement insignifiant.

Il faut atteindre des irradiations considérables pour avoir des effets chimiques (voire électrostatique dans les métaux) notables.
Citons un cas connu où les particules ont un effet après leur arrêt : Les combustibles nucléaires sont constitué d'émetteur alpha, qui deviennent des atomes d'hélium lorsqu'ils ont perdu leur énergie. Au bout de quelques années d'utilisation, le nombre d'atomes d'hélium fini par créer une surpression qui peut créer des défauts (notons que c'est aussi un moyen pour estimer le nombre d'Avogadro).

D'autres effets de ce types existent sans doute par exemples dans les circuit irradiés. Des spécialistes pourront peut être en parler.

Voilà, en espérant avoir répondu à votre question

Gluonmou

GENIAL ! Vous avez soulevé tous les points intéressants !

J'aurais juste encore une question à propos de l'effet de l'hélium : la surpression dont vous parlez est celle causée par des atomes d'hélium dans le corps ? Donc issue de la désintégration de noyaux déjà présents dans le corps ? L'accumulation de ce gaz provoque "quels" défaut, des lésions dues à la surpression ?

Pour les désintégration dans notre environnement, seuls les rayonnements sont donc dangereux, juste ?

Dernière question, tant que j'y pense : il me semble qu'en médecine on utilise dans certains types de détections, le fluor 18, le carbone 11 et l'oxygène 15. Les noyaux correspondant se désintègrent en émettant un positron. J'ai pu lire (sur wikipedia) que son interaction avec un électron produit un rayonnement gamma très important. Utiliser des isotopes radioactifs peut donc avoir un sérieux impact sur la santé ?
(en chimie, les énergies mises en jeu sont extrèmement plus faible et je ne suis donc pas très familier des unités comme MeV ou GeV ...)


Je vous remercie pour toutes vos réponses, je n'espérais même pas en avoir autant ! C'est très intéressant.

Je fais un doublon mais c'est pour dire que j'ai ma réponse à la question 2.

Pour la dernière, j'ai vu dans un cours du site que sur une échelle allant de 0 à 3, la contamination interne pour la radioactivité bêta est de 2. Je me pose donc toujours la question par rapport aux méthodes médicales.

Bonsoir

J'aurais juste encore une question à propos de l'effet de l'hélium : la surpression dont vous parlez est celle causée par des atomes d'hélium dans le corps ? Donc issue de la désintégration de noyaux déjà présents dans le corps ? L'accumulation de ce gaz provoque "quels" défaut, des lésions dues à la surpression ?
Le noyau de l'atome d'hélium, c'est le rayonnement alpha.
Ce que vous donne comme exemple mon camarade c'est le cas des combustibles irradiés qui n'a rien à voir avec les effets dans le corps.

Dans le corps humain, il n'y a pas d'effet de surpression. Les seules particules alpha qui peuvent être inhalées proviennent du radon gaz rare radioactif naturel que nous respirons. Plus dans les régions granitiques qui contiennent de l'uranium et du thorium. Par désintégrations successives on obtient du radon qui émet des particules alpha.

Les rayonnements sont dangereux au-dessus d'une certaine quantité variable pour chaque individu. La preuve on reçoit des rayonnements naturels émis par le sol mais aussi le soleil et donc les étoiles. Mon camarade vous a parlé de sievert (unité pas si simple à aborder).
Il faut savoir que notre organisme reçoit entre 2,4 à 4 mSv sur une année.

Dernière question, tant que j'y pense : il me semble qu'en médecine on utilise dans certains types de détections, le fluor 18, le carbone 11 et l'oxygène 15. Les noyaux correspondant se désintègrent en émettant un positron. J'ai pu lire (sur wikipedia) que son interaction avec un électron produit un rayonnement gamma très important. Utiliser des isotopes radioactifs peut donc avoir un sérieux impact sur la santé ?
Les isotopes radioactifs sont souvent utilisés pour faire un diagnostic. On limite donc la quantité injectée à un patient.
Mais quand on utilise des rayonnements en thérapie et c'est le cas en radiothérapie pour soigner les cancers, les doses sont très élevées.
Pour les traitements des cancers thyroïdiens par exemple.
Mais on utilise aussi les rayons X en radiothérapie externe.
Cela vous soigne dans beaucoup de cas. Mais il y a aussi des effets secondaires là encore très variable d'un individu à l'autre.

KLOUG

OK merci pour ces précisions.

Je vais continuer à lire les cours qui sont très bien fais.

Bonne continuation.

Bonjour,
voici un post très intéressant, bien que plein d'élèment ai déjà été apporté, il existe également des effets parfois notable en terme de chimie physique, des éléments présentant des structures "cristalline" spécifique peuvent avoir des modification sur les mailles du réseau cristallin, ce qui modifie à terme les propriété physico-chimique de la structure.

Ici une simulation sur un cristal de SiZrO4 ayant subit une interaction d'un neutron ayant cédée 2keV à un atome d'oxygéne par diffusion élastique.
Cette problématique engendre par exemple des modifications de la résistance des matériaux, c'est le cas de certains alliages utilisés sur les réacteurs qui deviennent plus fragile avec le temps à basse température.

Bonjour,
nos implants articulaire en chirurgie prothétique comportent des éléments de polyéthylène qui sont stérilisés au rayon gamma mais sous vide de façon à limiter la production de radicaux libres responsables d'une usure prématurée par destruction de liaison au sein de polyéthylène.

Bonjour
Domino nous donne aussi le cas du renforcement des matériaux après irradiation.
On fait ça pour des objets que l'on trouve dans le grand public comme les parquets de musée.
Voir
http://www.rpcirkus.org/rp/vulgarisation
Le panorama des sources
KLOUG