Quand les rayons traversent la matière…
Les effets d’un rayonnement et son parcours dans la matière dépendent de la nature de la particule émise et du milieu traversé.
La charge électrique de la particule ou son absence détermine sa façon d’agir. Une particule chargée arrache des électrons en traversant des atomes, un phénomène appelé « ionisation ». Les particules neutres, gammas ou neutrons n’interagissent pas tout le long de leur parcours. Par contre lors de collisions, elles mettent en mouvement des particules chargées, lesquelles ionisent à leur tour des atomes. Les atomes ionisés se réorganisent en émettant des photons, parmi lesquels des rayons X caractéristiques.
La masse et la nature de la particule jouent également un rôle. Une particule alpha, relativement lourde, ionise bien davantage qu’un électron bêta, mais s’arrête rapidement. Un neutron est capable de provoquer des réactions nucléaires, ce qui n’est pas le cas des photons à ces énergies.
Contrairement à une opinion répandue, les rayons alpha, bêta et gamma de la radioactivité ne rendent pas radioactive la matière qu’ils traversent car leurs énergies sont insuffisantes. Ce n’est pas le cas des neutrons, lorsqu’ils sont capturés par des noyaux.
Les effets ne se limitent pas à l’ionisation. En arrachant des électrons, les rayonnements perturbent les atomes et brisent des molécules, électrisent et échauffent le milieu. Le milieu peut être dense ou gazeux, composé de molécules simples ou complexes, posséder ou non une structure cristalline ou métallique. Les dégâts peuvent être transitoires ou permanents. Ils deviennent majeurs si l’irradiation est intense.
Les quatre rayonnements
Les effets des rayonnements dépendent principalement de leur charge électrique, de leur masse et de leur nature : 1) Les rayonnements électriquement chargés (alpha et bêta) perdent leur énergie en ionisant les atomes rencontrés. Les rayons gamma neutres n’ionisent pas et cèdent leur énergie en mettant en mouvement des électrons ; 2) Les masses des rayonnements sont très différentes, la particule alpha étant 7300 fois plus lourde que l’électron ; 3) les neutrons ignorent les électrons des atomes et interagissent seulement avec leurs noyaux.
© IN2P3
Un cas particulier important est celui de la matière vivante. Les effets sont bénéfiques, quand l’irradiation touche des cellules malades, ou nocifs s’ils touchent des cellules saines. Ils sont très variés, le rayonnement pouvant atteindre aussi bien une simple molécule d’eau qu’un fragment d’ADN. La matière vivante possède aussi une certaine faculté de réparation, du moins quand l’irradiation reste faible. Les conséquences d’une irradiation sont très difficiles à prévoir pour un individu, sauf en cas d’une exposition très importante.
La façon dont les rayonnements interagissent avec la matière permet de s’en protéger. On arrête les rayons émis par une source radioactive en interposant des écrans sur leurs parcours. Les rayons alpha sont arrêtés par l’épaisseur d’une feuille de papier. Des écrans plus conséquents mais d’épaisseur modeste sont nécessaires pour des électrons bêta, Les photons gamma ne sont pas arrêtés mais atténués. Toutefois, si l’écran est assez épais, l’atténuation est telle que le risque devient négligeable. C’est ainsi que quelques mètres d’eau d’une piscine d’entreposage protègent parfaitement de sources extrêmement radioactives comme le combustible usé des réacteurs nucléaires.
Document ASN : Radioactivité et protection de l’environnement
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