Bonjour Michelange,
Les modifications générées dans la matière par les rayonnements ionisants sont multiples et variés, et laisse en général des traces (mesurables)
je vous en cite quelques unes pour mémoire (extrait)
Les effets des doses sont très variés et dépendent de la nature et de l’énergie des particules, de la fluence et du débit de fluence, et de la nature et de la fonctionnalité de l’objet irradié.
On peut citer, de façon non exhaustive, quelques réponses parmi les plus usuelles :
ü IonisationC’est la réponse immédiate de tous les milieux irradiés, quels qu’ils soient. Ce type de réponse est utilisé dans les détecteurs gazeux (chambres d’ionisation) ou solides (semi-conducteurs Germanium, Silicium) en spectrométrie des rayonnements.
ü Excitation Comme l’ionisation, cette réponse est immédiate et se produit dans tous les milieux. Elle est utilisée spécifiquement en détection nucléaire avec des milieux scintillants (
Iodure de Sodium, scintillant organiques solide ou liquide) couplés à des photomultiplicateurs
ü Radiolyse :Les rayonnements ionisants peuvent provoquer la réaction de dissociation de la molécule d’eau en radicaux libres,
Les radicaux libres sont particulièrement agressifs pour les tissus biologiques (stress oxydant). C’est la première étape vers les multiples réponses biologiques possibles (
voir partie 5 sur les effets biologiques et 6 sur la reconstruction de dose)
ü Polymérisation et réticulation Les ions créés par l’ionisation primaire se transforment instantanément en des radicaux libres, actifs, qui en se recombinant créent de nouvelles liaisons chimiques. Appliqués industriellement avec des accélérateurs d’électrons, cette réponse est utilisée pour polymériser et réticuler des matériaux tels que polyéthylène, PVC, Silicone, ou encore durcir des vernis. Les doses sont ici de l’ordre de plusieurs dizaines à centaines de kGy.
ü Noircissement de films photographiquesC’est la première réponse historique aux rayonnements ionisants, qui permit à Henri Becquerel de mettre en évidence la radioactivité de minerai d’uranium en 1896. Les rayonnements détectés étaient, de fait, les rayonnements .
ü Fluorescence .C’est une réponse rapide induite par l’excitation des atomes. La fluorescence peut être utilisée en mélangeant un radionucléide à une peinture fluorescente sous l’action des rayonnement ionisants. Le tritium et le radium 226 ont été très utilisés, par exemple pour rendre les aiguilles des réveils visibles la nuit.
ü ThermoluminescenceCertains cristaux sont capables, sous l’action des rayonnements ionisants, de se mettre dans des états excités stables, mémorisant ainsi la dose reçue. Ces états peuvent se désexciter lorsque le matériau est chauffé, révélant alors l’énergie absorbée. La capacité de mémorisation peut aller jusqu’à 700 000 ans. Elle est par exemple utilisée pour dater des poteries anciennes. Les dosimètres passifs actuels (TLD) mettent en œuvre cette propriété physique, en remplacement des dosimètres photographiques.
ü Activation.L’activation est une réponse qui apparait notamment avec les neutrons (
rayonnement indirectement ionisant). Dans la réaction de capture , l’isotope formé a de fortes chances d’être radioactif. Cette réaction est utilisé pour mesurer
in situ les fluences neutroniques dans les réacteurs nucléaires, avec des éléments tels que l’Or naturel ou le Dysprosium 164.
ü Echauffement La montée en température est la réaction la plus naturelle à la suite d’une irradiation. On peut citer deux domaines où cette propriété est mise en œuvre. Tout d’abord, c’est la réponse du combustible nucléaire dans lequel les fissions produisent des particules chargées lourdes qui y déposent toute leur énergie. En fonctionnement nominal moyen, on peut estimer à le taux volumique de fission de fissions à . Avec 200 MeV libérés en moyenne par fission, la puissance volumique thermique dans le combustible est de l’ordre de . L’accroissement de température est aussi utilisé dans des bolomètres de précision, utilisé dans des laboratoires primaire de métrologie des rayonnements ionisants[url=file:///D:/Mes documents d%C3%A9cembre 2013/DOSI Archive/DOSI 13 janvier ultime/Bouquin 14 d%C3%A9cembre-Provisoire/Bouquin 13 d%C3%A9cembre/Bouquin 13 d%C3%A9cembre.doc#_ftn1][1][/url].
ü Défauts cristallins (notion de DPA : déplacement par atomes)Une cuve de réacteur nucléaire est soumise à une irradiation neutron intense. Les neutrons rapides sont susceptibles de transférer une partie de leur énergie à des noyaux de fer , qui vont alors se déplacer dans l’acier. En plus des phénomènes classiques d’ionisations, ces noyaux de fers primaires sont susceptibles de déplacer à leur tour plusieurs centaines d’atomes. Cet effet se mesure en dpa (nombre de déplacement normalisé à 1 atome), dont une proportion peut engendrer des défauts permanents (défauts de Frankel). Sur le long terme, cette réponse est responsable du vieillissement accéléré de la cuve. Pour une fluence neutron de , on estime[url=file:///D:/Mes documents d%C3%A9cembre 2013/DOSI Archive/DOSI 13 janvier ultime/Bouquin 14 d%C3%A9cembre-Provisoire/Bouquin 13 d%C3%A9cembre/Bouquin 13 d%C3%A9cembre.doc#_ftn2][2][/url] un dpa égal à , soit encore . ()
ü Opacification de verres ou de solutionsLes rayonnements ionisant créent dans le verre des « centres colorés » (défaut de liaison électronique). L'accumulation de ces centres colorés se traduit par une opacification du verre. Cette propriété peut être utilisé dans l'industrie nucléaire pour sa sensibilité aux rayonnements. On peut exalter cette photosensibilité par le choix de compositions convenables à base de cobalt, de manganèse ou de vanadium. Ce sont des verres dosimètres. Ces verres se colorent sous l'action du rayonnement et la mesure de l'intensité de cette coloration permet de connaître la quantité de rayonnement à laquelle ils ont été soumis.
ü Réactions chimiques d’oxydo-réductionLes rayonnements ionisant sont susceptibles de provoquer dans des solutions des réaction d’oxydo-réduction. Cette propriété est utilisé dans les dosimètres de Fricke , contenant une solution aqueuse de sulfate de fer, et qui, via la mesure par spectrométrie UV de l’oxydation de l’ion ferreux Fe++ en ion ferrique Fe+++ , permet de mesurer la dose absorbée de façon absolue.
ü Changement de phaseLes changements de phase induits par les rayonnements ionisant sont par exemple mis en œuvre dans les dosimètres neutrons à bulles. Des micro-gouttelettes de fréon sont répartie dans un gel et, à pression normale, sont en état de sur-ébullition. Si un neutron dépose, via un proton de recul, de l’énergie au voisinage de cette goutte, cette dernière se vaporise instantanément et atteint une taille visible à l’œil nu. Le nombre de goutte peut être relié à une fluence neutron, et donc à une dose neutron.
Cette liste est loin d’être exhaustive. Citons par exemple un effet moins connu : l’effet Single-Events Effects (SEE), qui résulte de la modification ou de la destruction d’une information mémorisée dans un transistor placé sur le parcours d’une particule chargée lourde (proton), effet qui peut avoir des conséquences dramatiques sur des systèmes électroniques en milieu irradiant (électronique embarquée dans des vaisseaux spatiaux)
Dans les tissus biologiques, faune ou flore, certaines réponses sont spécifique du vivant, comme par exemple (voir partie 5 sur les effets biologiques)):
ü Stérilisation
ü Effets immédiats ou «déterministes » pouvant entraîner une mort rapide
ü Effets à long terme ou « stochastiques » : apparition de cancers ou effets génétiques
Chacun de ces effets, peut constituer une réponse à la dose absorbée.
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