Risques et sécurité des transformations nucléaires | Physique-Chimie Seconde

Contrairement aux réactions chimiques qui impliquent les électrons de la périphérie des atomes, les transformations nucléaires concernent le noyau atomique.

Elles libèrent ou absorbent des quantités d'énergie considérables.

Particules constituées de 2 protons et 2 neutrons (noyaux d'hélium).

- Faible pénétration (arrêté par une feuille de papier)

- Très ionisant (dangereux en cas d'inhalation ou d'ingestion)

Electrons ou positrons émis lors de la désintégration d'un neutron ou d'un proton.

- Moyenne pénétration (arrêté par une plaque d'aluminium)

- Modérément ionisant

Ondes électromagnétiques de haute énergie émises par des noyaux excités.

- Haute pénétration (nécessite du béton ou du plomb pour être arrêté)

- Peu ionisant mais très dangereux

Affectent directement les cellules de l'organisme exposé :

• Brûlures cutanées
• Nausées et vomissements
• Chute des cheveux
• Augmentation du risque de cancers

Les mutations induites peuvent affecter les cellules reproductrices :

• Malformations chez les descendants
• Augmentation des anomalies génétiques
• Effets transmissibles à plusieurs générations

Unité du Système International (SI) pour mesurer l'activité radioactive.

1 Becquerel = 1 désintégration par seconde.

Exemples :

• Activité moyenne d'un adulte : ~7000 Bq
• Activité d'un gramme de radium-226 : 37 GBq

Mesure l'énergie absorbée par unité de masse de tissu.

1 Gray = 1 joule par kilogramme.

Tient compte de la dangerosité relative des différents types de rayonnements.

1 Sievert = 1 joule par kilogramme × facteur de qualité.

Limite annuelle pour les travailleurs du nucléaire : 20 mSv/an

• Radioéléments présents dans le sol (uranium, thorium, potassium-40)
• Rayons cosmiques provenant de l'espace
• Radon, gaz radioactif présent dans certains sols

Environ 2.4 mSv/an en moyenne par personne en France

• Centrales nucléaires
• Centres médicaux (radiographies, scanners, radiothérapie)
• Industrie (stérilisation, radiographie industrielle)
• Accidents nucléaires (Tchernobyl, Fukushima)

Environ 0.6 mSv/an en moyenne par personne en France

L'intensité du rayonnement diminue avec le carré de la distance (loi de l'inverse du carré).

Plus on est loin de la source, moins on reçoit de rayonnement.

Exemple : à 2 mètres de distance, l'intensité est 4 fois moindre qu'à 1 mètre.

La dose reçue est proportionnelle au temps d'exposition.

Moins de temps exposé = moins de rayonnement reçu.

• Papier : arrête les rayons α
• Aluminium : arrête les rayons β
• Béton/plomb : atténue les rayons γ

• Barrière physique : gaine des combustibles
• Enceinte de confinement : structure résistante
• Systèmes de secours : refroidissement d'urgence
• Barrière administrative : procédures strictes

• Surveillance des paramètres de fonctionnement
• Contrôles réguliers des installations
• Formation continue du personnel
• Inspections par l'Autorité de sûreté nucléaire

• Entreposage provisoire dans les centrales
• Reconditionnement pour le transport
• Stockage en surface ou souterrain
• Transmutation possible à long terme

• Explosion du réacteur no 4 le 26 avril 1986
• Libération massive de matières radioactives
• Contamination de vastes zones en Ukraine, Biélorussie, Russie
• Création de la zone d'exclusion de 30 km
• Modifications des normes de sécurité internationale

• Séisme et tsunami du 11 mars 2011
• Perte des systèmes de refroidissement
• Fusion de plusieurs cœurs de réacteurs
• Libération de radioactivité dans l'environnement
• Renforcement des mesures de sécurité face aux catastrophes naturelles

• Imagerie médicale (scintigraphie, PET scan)
• Radiothérapie pour traiter les cancers
• Stérilisation des instruments médicaux
• Production d'isotopes médicaux

• Radiographie industrielle pour détecter les défauts
• Stérilisation des produits médicaux et alimentaires
• Contrôle de la qualité des matériaux
• Génération d'électricité sans émissions de CO₂

• Accélérateurs de particules
• Recherche en physique fondamentale
• Archéologie et datation
• Études environnementales

Le nombre de noyaux radioactifs N(t) varie selon une loi exponentielle :

Où :

• N₀ : nombre initial de noyaux
• λ : constante radioactive
• t : temps écoulé

Temps nécessaire pour que la moitié des noyaux se désintègrent :

Exemples :

• Iode-131 : 8 jours
• Césium-137 : 30 ans
• Uranium-238 : 4,5 milliards d'années

On utilise la formule : t₁/₂ = ln(2)/λ

La demi-vie de cet isotope est de 10 jours.

On utilise la loi de décroissance : N(t) = N₀ × e^(-λt)

Après 10 jours, il restera 500 noyaux radioactifs.

Temps d'exposition : 30 minutes = 0,5 heure

Intensité du rayonnement : 2 mSv/h

Le technicien recevra 1 mSv de dose.

On utilise la loi de l'inverse du carré : I₁/I₂ = (d₂/d₁)²

Où I₁ = 2 mSv/h à 1 mètre, I₂ = 1 mSv/h pour 0,5 mSv en 0,5 h

Le technicien devrait travailler à au moins 1,4 mètre de la source.

• Alpha (α) : peu pénétrant mais très ionisant
• Bêta (β) : moyenne pénétration
• Gamma (γ) : très pénétrant

• Effets somatiques : brûlures, cancers
• Effets génétiques : mutations transmissibles
• Doses limites pour la sécurité

• Distance : éloignement de la source
• Temps : limitation de l'exposition
• Blindage : matériaux absorbants