19.10
Effets biologiques du rayonnement
Tous les nucléides radioactifs émettent des particules de haute énergie ou des ondes électromagnétiques. Lorsque ce rayonnement rencontre des cellules…
Le Rayonnement nucléaire, à la fois particulaire et électromagnétique, est quantifiée en termes d'activité et mesuré par des détecteurs de rayonnement. Cependant, les effets biologiques de l'exposition aux rayonnements dépendent non seulement de l'activité mais aussi du pouvoir ionisant, de capacité de pénétration, de temps d'exposition et de zone exposée. Chaque type de rayonnement pénètre dans une mesure différente.
Les particules alpha ont la moindre capacité de pénétration, car ils sont relativement massifs;la plupart sont arrêtés par la couche externe de la peau. Cependant, lorsqu'ils sont ingérés, ils entrent en contact avec les tissus internes et sont très dommageables. Le rayonnement de particules chargées, comme le rayonnement alpha, ionise directement les biomolécules au sein des cellules, alors que les neutrons, les rayons gamma et les rayons X affectent indirectement les processus cellulaires.
Par exemple, le rayonnement gamma ionise l'eau dans les tissus vivants pour produire un radical hydroxyle, qui ionise davantage les biomolécules, endommageant ainsi les cellules. Les dégâts sont plus importants si de nombreuses ionisations sont induites dans une petite zone. L'énergie fournie par rayonnement au matériau est mesurée comme la dose absorbée'dont l'unité SI est le gris.
Le dépôt d'un joule d'énergie par kilogramme de matière correspond à un gris. Des temps d'exposition plus longs entraînent plus de dépôts d'énergie, résultant en une dose plus élevée. La même dose absorbée de différents types de rayonnement peut causer différentes quantités de dommages biologiques en raison de la variation des pouvoirs d'ionisation et de pénétration.
Lors de l'examen des dommages biologiques, la dose absorbée est multipliée par un facteur de pondération du rayonnement pour déterminer la dose équivalente"Son unité SI est le sievert. Les tissus corporels ont des sensibilités variables aux rayonnements ionisants, représentés en termes des facteurs de pondération tissulaire. Lorsque la dose équivalente est plus élevée dans une zone, les doses sont ajustées par des facteurs de pondération tissulaire et additionné pour déterminer la dose efficace'dans l'ensemble de l'organisme.
Déterminer avec précision la dose efficace nécessite le choix d'un détecteur de rayonnement approprié, car les détecteurs varient selon qu'ils mesurent la dose ou l'activité, les types de rayonnements qu'ils détectent et leur capacité à distinguer ces types de rayonnements. Le compteur Geiger-Müller est le dispositif le plus couramment utilisé pour mesurer l'activité des rayonnements alpha, bêta, X et gamma. Il peut être modifié pour répondre proportionnellement à l'énergie du rayonnement, lui permettant de mesurer la dose des rayons X et des rayons gamma.
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Q1: Why does alpha radiation cause more damage when ingested than when it contacts skin?
Alpha particles have low penetration ability and are stopped by outer skin layers. However, when ingested, they directly contact internal tissues and directly ionize biomolecules within cells, causing highly damaging effects. This direct ionization in sensitive internal organs results in severe biological harm compared to external exposure.
Q2: How does gamma radiation damage cells indirectly?
Gamma radiation ionizes water molecules in living tissue, producing highly reactive hydroxyl radicals. These radicals then react with biological molecules like DNA, proteins, and enzymes, disrupting their structure and function. This indirect damage pathway is particularly dangerous because hydroxyl radicals can damage multiple types of biomolecules throughout the cell.
Q3: What is the difference between absorbed dose and equivalent dose?
Absorbed dose measures energy deposited per unit mass, expressed in grays. Equivalent dose accounts for different radiation types' varying ionizing and penetration powers by multiplying absorbed dose by a radiation weighting factor, expressed in sieverts. This adjustment reflects that equal absorbed doses of different radiation types cause different biological damage.
Q4: Why are tissue weighting factors used to calculate effective dose?
Different body tissues have varying sensitivities to ionizing radiation. When radiation exposure is concentrated in one area or unevenly distributed, tissue weighting factors adjust equivalent doses to reflect each organ's sensitivity. Summing these weighted doses determines the overall effective dose to the body, providing a more accurate assessment of total biological risk.
Q5: How does a Geiger-Müller counter detect and measure radiation?
A Geiger-Müller counter contains a gas-filled tube with electrodes at high voltage. Ionizing radiation ionizes gas molecules, creating a cascade of ionizations that produces current between the electrodes. This current is collected, amplified, and displayed as counts per minute or disintegrations per second, allowing measurement of radiation activity.
Q6: What are the main sources of background radiation exposure for the average person?
Background radiation comes from cosmic rays from the sun, radon from uranium in the ground, medical procedures like CAT scans and X-rays, airplane flights with increased cosmic ray exposure, consumer products, and radionuclides entering the body through breathing or food chains, such as carbon-14, potassium-40, and strontium-90.
Q7: What acute radiation dose poses a significant risk of death?
An acute dose of 500 rems or 5 sieverts has an estimated 50% probability of causing death within 30 days of exposure. Short-term exposure to tens of rems causes very noticeable symptoms or illness. Radiation exposure also has cumulative effects over a person's lifetime, making it important to avoid unnecessary exposure.