Rayonnements ionisants

Tout le monde sait que l’univers et les êtres vivants qui le peuplent sont constitués de matière. Et devrait savoir que cette matière est constituée uniquement de trois briques de base que l’on appelle des neutrons, des protons et des électrons. Neutrons et protons constituent les noyaux des atomes, concentrant pratiquement la totalité de la masse de la matière. Et c’est valable pour la masse de chacun de vous qui lisez ces lignes. Vos kilogrammes sont constitués exclusivement de protons et de neutrons, ce qui devrait vous inciter à considérer avec moins de méfiance les questions atomiques et nucléaires. Quant aux électrons, ils sont là pour deux raisons:

D’abord, permettre d’introduire un peu de diversité dans les produits finis possibles (les atomes des éléments chimiques dits naturels, comme l’argent, le cuivre, le sodium, etc.).

Deuxièmement, assurer la neutralité électrique de ces atomes, en portant des charges électriques qui ont la propriété d’être attirées par celles portées par les protons des noyaux (les neutrons étant électriquement neutres, n’étant ni attirés ni repoussés, comme leur nom l’indique).

À vrai dire, il y a quelques détails gênants à ajouter pour compléter le portrait de ces électrons. On a du mal à se les représenter. C’est même impossible, car tantôt on les observera comme de minuscules particules que l’on pourra alors utiliser pour bombarder le phosphore des écrans des tubes cathodiques

(c’est comme cela que l’on regardait la TV il n’y a pas encore très longtemps), et tantôt ils apparaîtront comme une onde électromagnétique, très analogue à celles auxquelles vous demandez de réchauffer votre pizza dans votre four micro-onde. Cette versatilité embarrassante s’appelle la dualité onde –particule, et constitue un des nombreux paradoxes de la physique quantique.

Mais en évoquant le four micro-onde, nous venons d’introduire très clairement la notion de ce que l’on appelle l’énergie. Résumons donc:

  • Un électron peut avoir une masse et une vitesse puisqu’on arrive à le dévier à notre guise dans un tube cathodique en lui appliquant une force transversale en le faisant passer entre les plaques d’uncondensateur.
  • Mais ce même électron peut être également une onde électromagnétique possédant donc une énergie, mais pas de masse.

Casse-tête ? Non. En fait, nous venons seulement de décrire l’équivalence de la masse et de l’énergie. Vous savez, la célèbre formule de Einstein, E = mC2, que tout le monde connaît et que personne ne comprend. Au passage, nous venons également d’expliquer pourquoi fondamentalement les machines que nous appelons des réacteurs nucléaires nous sont tellement nécessaires. C’est que ces machines nous permettent, en cassant pour nous quelques noyaux d’éléments bien lourds (de l’uranium par exemple), de récupérer une quantité énorme d’énergie en échange de la disparition d’une quantité infime de la masse transformée, à laquelle l’énergie récupérée est équivalente. Ce qui reste, les fragments de la fission des atomes d’uranium, sont des atomes plus légers (aux noyaux composés de moins de neutrons et de protons) qu’on appelle des produits de fission. Ils sont généralement présents sous la forme de plusieurs isotopes du même élément chimique (présentant tous le même nombre de protons, donc les mêmes propriétés chimiques définies on l’a dit par les électrons, mais une masse différente, c’est-à-dire quelques neutrons en plus ou en moins). Le hic est que ces produits de fission sont généralement instables. Ce qui veut dire qu’ils vont spontanément se désintégrer en éléments plus légers, avec forcément le plus souvent un déficit de masse, et donc une libération d’énergie.

C’est cette libération d’énergie que l’on appelle un rayonnement ionisant, et qui prendra la forme soit d’une particule, soit d’une onde électromagnétique. Il en existe quatre types:

  • Les neutrons (des particules non chargées)
  • Les rayons α (des noyaux d’helium, c’est-à-dire des particules chargées positivement).
  • Les rayons β (en fait des électrons).
  • Les photons ( des ondes électromagnétiques de type X ou γ, selon leur fréquence).

Comme tous les rayonnements, ils vont interagir avec la matière, d’une manière plus ou moins importante, selon leur énergie et leur pouvoir de pénétration. Et donc avec le corps des êtres humains. En cédant à la matière traversée tout ou partie de leur énergie, ce qui constitue dans le cas des humains le phénomène à éviter à tout prix.

Pour connaître les conséquences de ces interactions entre des rayonnements ionisants et le corps humain, il faut (entre autres !) disposer de moyens de métrologie. On a donc défini pour cela des unités de plusieurs grandeurs physiques caractérisant l’effet des rayonnements ionisants.

Pour en savoir plus sur ces unités dont la connaisssance est indispensable, cliquez ici.

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