Une exposition transitoire, principalement gamma
La plupart des expositions à la radioactivité sont externes c’est-à-dire que la source de rayonnements est extérieure à l’objet ou l’organisme irradié. C’est le cas pour la radioactivité naturelle, le rayonnement cosmique et le rayonnement en provenance des roches. C’est le cas aussi des expositions médicales, essentiellement des radiographies par rayons X, et de la plupart des expositions accidentelles.
Quand elle est naturelle ou accidentelle, l’irradiation externe est le plus souvent globale : elle ne vise pas un organe ou un tissu particulier comme c’est le cas d’une irradiation interne où un élément radioactif pourra se fixer de façon préférentielle sur des organes cibles tels que les os ou la thyroïde par exemple. L’irradiation externe peut toutefois être ciblée quand elle est intentionnelle. C’est le cas des radiographies médicales ou industrielles et des thérapies quand les rayons visent une tumeur cancéreuse.
Rayons ionisants et matière vivante
L’exposition externe est essentiellement due aux rayons gamma et rayons X. Le rayonnement alpha, généralement arrêté par l’air et les vêtements, ne pénètre pas plus profond que les cellules mortes de la couche supérieure de la peau. Une grande partie du rayonnement bêta est généralement arrêté avant d’atteindre la peau, mais ce rayonnement plus pénétrant peut atteindre ses couches internes. Si la source est proche et intense, la dose à la peau sera forte. Les rayons gamma et les rayons X ne peuvent jamais être totalement arrêtés. Ils feront sentir leur effet au delà des couches de la peau à l’intérieur du corps.
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Les doses externes sont principalement dues aux rayons gamma. Les expositions aux neutrons sont exceptionnelles en dehors des centrales nucléaires. L’exposition aux rayons alpha est sans danger en exposition externe. En effet, les particules alpha émises par un noyau radioactif ne traversent que 5-6 cm dans l’air et sont complètement arrêtées par une simple feuille de papier. Elles ne traversent donc pas la couche supérieure de la peau composée de cellules mortes. Le rayonnement bêta, qui se fait sentir sur une courte distance, est facilement arrêté mais peut par contre entraîner de fortes doses à la peau.
Pour une même énergie déposée dans la matière vivante, le rayonnement gamma est celui des rayonnements qui entraîne le moins d’effets biologiques comparé aux bêta et alpha. Par contre, le parcours des gamma dans la matière est très long et ces rayonnements sont très faiblement atténués dans l’air.
Certains isotopes radioactifs contribuent à la fois aux expositions externes et internes. Le césium-137, qui émet à partir de dépôts dans le sol un rayon gamma caractéristique, contamine aussi la chaîne alimentaire. Pour l’iode-131, il convient de distinguer l’irradiation de la thyroïde par ingestion et l’irradiation externe moins nocive qui ne vise pas spécifiquement la glande.
La double exposition au césium
Les dépôts au sol de césium-137 sont à l’origine d’expositions externes et internes. Le césium-137, qui émet des rayons bêta et gamma, passe dans les couches végétales dans lesquelles il s’enfonce lentement. Les campeurs de gauche seront exposés aux rayons gamma venant du sol, des gamma dont l’énergie caractéristique permet de détecter et d’identifier le césium. A droite, sangliers et champignons concentrent le césium des végétaux, qui passe alors dans la chaîne alimentaire. C’est l’électron bêta qui devient alors une source d’exposition interne. Mais il faut camper longtemps en zone contaminée ou manger beaucoup de sanglier pour s’exposer à 1 millisievert !
© IRSN/dessin : Martine Beugin
D’autre part, l’irradiation externe ne dure que le temps de l’exposition à la source, contrairement à ce qui se passe lors de l’ingestion ou de l’inhalation de substances radioactives. Dans ce dernier cas, l’exposition aux rayonnements ionisants va diminuer au cours du temps sous l’action combinée de la décroissance radioactive des atomes et l’élimination biologique progressive du radioélément incriminé. On définit ainsi une période biologique qui est le temps nécessaire pour que l’activité d’un radioélément donné diminue de moitié après ingestion ou inhalation.
Les expositions externes peuvent être évaluées à l’aide de dosimètres sensibles aux rayonnements X, gamma, bêta et aux neutrons. Comme vu précédemment, la mesure de l’exposition externe aux alpha n’est pas nécessaire en raison de leur faible parcours dans l’air et de leur incapacité à traverser la couche supérieure de l’épiderme. Le port de ces dosimètres est obligatoire pour les personnes travaillant en zones sensibles : travailleurs de l’industrie nucléaire et de laboratoires, personnels des hôpitaux en médecine nucléaire notamment. En thérapie, on contrôle les doses délivrées à la tumeur et aux tissus environnants par des dosimètres situés à la surface du corps et placés sur le trajet des rayons.
Il n’est pas possible d’évaluer individuellement les doses reçues en l’absence de dosimètre, en particulier en cas d’accident. On pourra néanmoins évaluer la dose reçue en simulant l’accident à l’aide de calculs spécifiques.