Explication sur la Radioactivité

[invite02d63a5b]

Bonjour,

Je me pose la question de savoir comment un élément radioactif de demi-vie longue comme le Césium 137, peut-il être dangereux pour la santé ?

Le Césium dont la demi-vie est d'approximativement 30 ans, perd donc la moitié de sa radioactivité au bout des 30 années.

Pour moi le danger d'un élément radioactif, c'est qu'il émet des particules alpha; béta ou gamma qui peuvent interagir avec les particules de notre organisme et ainsi en modifier l'équilibre.

Or, prenons deux éléments de Césium, l'un devrait statistiquement mettre 30 ans avant de se désintégrer en une particule de baryum et une particule beta.

Cela laisse une belle marge car si j'ingurgite cet élément, mon corps l'aura probablement éliminé avant 30 ans.

En suivant ce raisonnement, je n'arrive pas à comprendre ce qui rend les éléments radioactifs à demi-vie longue dangereux comme le Cesium 137 ou le Plutonium par exemple.

Voilà, si une bonne âme voulait bien m'en expliquer la raison je lui en saurai reconnaissant.
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[invitee75a95d8]

Bonjour,

Ce n'est pas forcément la radioactivité qui est dangereuse, mais ça peut aussi être simplement l'élément chimique lui même. Le Plutonium est un métal lourd et est toxique chimique dès des très faibles quantités au même titre que le plomb, le mercure et autres métaux lourds.

Et ne crois pas que c'est la durée qui fait l'élimination par le corps humain. Certaines substances ne sont pas éliminée mais se fixent sur les organes (par exemple, l'Iode se fixe dans le Thyroïde, le Strontium se fixe sur les os...) Il faut pour cela regarder la période biologique des éléments (durée pour que le corps en élimines la moitié - même principe que pour la période radioactive).

[invite4ff72fd5]

Or, prenons deux éléments de Césium, l'un devrait statistiquement mettre 30 ans avant de se désintégrer en une particule de baryum et une particule beta.

[Ou pas, j'ai pas bien saisi, j'attends les spécialistes en physique]

Méa culpa d'un biologiste

[invite02d63a5b]

Merci de vos réponses.

Mantos, je n'ai pas bien compris ta réponse, si tu fais référence à la désintégration du Césium 137, d'après ce que j'ai lu sur internet le Cesium 137 se désintègre, dans la très grande majorité des cas, en Baryum 137m avec émission d'une particule béta, mais le Baryum 137m n'étant lui-même pas stable il se redésintègre ensuite rapidement en Baryum 137 avec émission d'une particule gamma (pour l'exemple des 2 particules, je reconnais qu'il était un peu mal trouvé, prendre deux masses auraient été peut-être plus approprié).

Poly, pour reprendre ce que tu dis c'est plus la nature chimique que la nature radioactive qui pose en fait problème dans le cas du Césium et des autres éléments à demi-vie moyenne ou longue.
La contamination des sols par le Césium à Fukushima est donc un peu comparable à celle des sols en Hongrie par la boue rouge, non ?

Cependant, une autre question me taraude à propos du Césium. Sa demi-vie étant plutôt longue, à moins d'une forte concentration (je ne sais pas si c'est le cas dans la région de Fukushima) la radioactivité détéctée dans les zones contaminées par le Césium ne devrait-elle pas être plus faible puisque l'émission de particules béta s'étale dans le temps ?

P.S j'ai eu bien des peines à faire cette réponse en raison de la déconnexion automatique (log out automatique) qui je trouve est vraiment une plaie et m'a obligé à retaper toute ma réponse.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitebe08d051]

Salut,

Poly, pour reprendre ce que tu dis c'est plus la nature chimique que la nature radioactive qui pose en fait problème dans le cas du Césium et des autres éléments à demi-vie moyenne ou longue.
La contamination des sols par le Césium à Fukushima est donc un peu comparable à celle des sols en Hongrie par la boue rouge, non ?

Fixons d'abord une chose, un élément radioactif présente deux dangers:
L'irradiation et la contamination qu'il ne faut pas confondre.

Il me semble que vous vous intéressez à l'irradiation.
Alors là, il faut comprendre que le fait qu'un élément est dangereux n'est pas tout à fait relié à sa demi-vie (ou ce qui revient au même) à son activité (en Becquerel).

Pour mesurer le danger que peut avoir un élément radioactif, on utilise le Sievert.
C'est une unité qui évalue l'impact sur la santé des humains irradiés suivant plusieurs paramètres.

Notez bien qu'on peut même trouver deux éléments qui ont presque la même demi-vie mais totalement différents coté danger.
C'est là toute la différence entre les Becquerels et les Sieverts.

Cela me rappelle un bon exemple donné par mon prof (autrefois): Je peux lâcher un oreiller qui pèse un kilo sur le sable et refaire la même expérience avec du fer. L'impact n'est pas le même bien qu'on ait lâché la même masse depuis la même hauteur.

[invite6dffde4c]

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Or, prenons deux éléments de Césium, l'un devrait statistiquement mettre 30 ans avant de se désintégrer en une particule de baryum et une particule beta.

Cela laisse une belle marge car si j'ingurgite cet élément, mon corps l'aura probablement éliminé avant 30 ans.
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Bonjour.
Oui. Si vous avalez un seul et unique atome, ça vous laisse de la marge. Quoique..., si vous avez mauvaise chance il peut se désintégrer dans les secondes ou les jours qui suivent.

Mais si vous prenez une quantité ridicule. Par exemple 10^18 atomes (1/600 000 de mole). Il y aura 5.10^17 atomes qui vont se désintégrer pendant les 30 années qui suivent ce qui vous fait quelques 500 millions de désintégrations par seconde.
Au revoir.

[invite6dffde4c]

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Or, prenons deux éléments de Césium, l'un devrait statistiquement mettre 30 ans avant de se désintégrer en une particule de baryum et une particule beta.

Cela laisse une belle marge car si j'ingurgite cet élément, mon corps l'aura probablement éliminé avant 30 ans.
...

Bonjour.
Oui. Si vous avalez un seul et unique atome, ça vous laisse de la marge. Quoique..., si vous avez mauvaise chance il peut se désintégrer dans les secondes ou les jours qui suivent.

Mais si vous prenez une quantité ridicule. Par exemple 10¹⁸ atomes (1/600 000 de mole). Il y aura 5.10¹⁷ atomes qui vont se désintégrer pendant les 30 années qui suivent ce qui vous fait quelques 500 millions de désintégrations par seconde.
Au revoir.

[invite02d63a5b]

Encore une fois merci de vos réponses.

Votre dernier exemple LPFR est très intéressant, et montre en outre que même avec une demi-vie moyenne et de faibles quantités, le nombre de désintégrations reste important (et probablement supérieur aux désintégrations qui ont lieu à l'état naturel dans l'organisme).

Merci de vos explications mimo13, je connaissais la différence entre sievert et becquerel, cependant je me posais des questions sur la nature du danger des éléments comme le césium.
Et si j'ai bien compris, il semble que celle-ci soit avant tout chimique.

En outre, je serais intéressé par un exemple justement de deux éléments de même demi-vie moyenne ou longue mais dont les effets sur l'organisme humain seraient très éloignés en terme de danger (avec explications rapides sur les raisons de ces différences). Si vous en connaissez un, c'est avec plaisir que je le lirai.

[inviteb9b01e30]

Salut,

pas d'exemple sous la main mais tu peu facilement expliquer pourquoi 2 isotopes de même demi-vie pourraient avoir un effet différent : il s'agit simplement du type de particules émise (alpha, bêta ou gamma) et de leurs énergies.

Dans l'organisme, un émetteur alpha sera très dangereux parce que l'énergie de la particule (un noyau d'hélium) sera déposée très localement (le parcours des alpha dans la matière est très faible: quelques centimètres dans l'air et la peau morte présente en surface du corps suffit à les arrêter en cas d'irradiation externe). Les particules bêta auront un parcours un peu plus grand et les gamma ne seront que atténué. Bien entendu toutes ces distances d'arrêts dépendent de l'énergie des particules.

Par exemple le Polonium 210 est un émetteur alpha très dangeureux :
(wikipédia)

"Un seul gramme de 210Po pur est donc le siège de 1,66×1014 désintégrations par seconde, et émet donc autant de particules α que 4,5 grammes de radium 226 ou 13,5 tonnes d’uranium 238."

et

"La radioactivité du polonium 210 est tellement élevée qu’il dégage une importante chaleur (140 watts par gramme). Ainsi, selon l'Argonne National Laboratory aux États-Unis, la température d’une capsule contenant environ un demi-gramme de polonium 210 peut dépasser 500 °C."

On imagine alors facilement les dégâts causé à l'organisme comparé à un autre isotope de même période mais émetteur gamma : "Le polonium 210 est connu du grand public pour avoir été utilisé afin d'éliminer Alexandre Litvinenko en 2006."

A+

[invite93279690]

Notez bien qu'on peut même trouver deux éléments qui ont presque la même demi-vie mais totalement différents coté danger.
C'est là toute la différence entre les Becquerels et les Sieverts.

Salut,

Il faut quand même faire attention avec les unités utilisées.

Le Becquerel est une unité d'activité d'un élement radiactif et est en s^-1. Le Sievert est une unité de dose effective de radiation ionisante reçue par un individu (normalement dans une zone anatomique donnée).
Il est dérivé du Gray qui est l'unité de la dose absorbée "objective" qui se mesure en J/kg.

Contrairement à ce que tu dis, l'activité est très importante pour prédire les dégats potentiels sur un individu. En effet, si on arrive à la relier à la dose déposée dans les tissus alors on a accès au débit de dose effectif (en Sv/s) et cette quantité est en elle même plus importante que la dose effective absolue reçue en un temps non précisé : il est évident par exemple que si tu reçois en une seconde ce que tu es "autorisé" à recevoir sur un an, tu peux imaginer que tu as potentiellement plus de raison de t'inquiéter.

[invitebe08d051]

Salut,

Merci de vos explications mimo13, je connaissais la différence entre sievert et becquerel

Contrairement à ce que tu dis, l'activité est très importante pour prédire les dégats potentiels sur un individu. En effet, si on arrive à la relier à la dose déposée dans les tissus alors on a accès au débit de dose effectif (en Sv/s) et cette quantité est en elle même plus importante que la dose effective absolue reçue en un temps non précisé : il est évident par exemple que si tu reçois en une seconde ce que tu es "autorisé" à recevoir sur un an, tu peux imaginer que tu as potentiellement plus de raison de t'inquiéter.

Je pense que je me suis un peu mal exprimé.
Le sievert correspond à une énergie absorbée par unité de masse (à un facteur près).
Je voulais dire que l'activité n'est pas le seul critère qui intervient en terme de danger. C'est pour cela qu'il est conseillé de parler en Sievert quand on vise l'impact biologique car cette grandeur prend déjà en compte la demi-vie (et donc l'activité) de l’élément.

Autrement dit, avoir une demi-vie plus longue ne veut pas nécessairement dire être plus dangereux.

En outre, je serais intéressé par un exemple justement de deux éléments de même demi-vie moyenne ou longue mais dont les effets sur l'organisme humain seraient très éloignés en terme de danger (avec explications rapides sur les raisons de ces différences). Si vous en connaissez un, c'est avec plaisir que je le lirai.

Je n'ai pas d'exemple simple sous la main, mais comme l'a déjà signalé Cuthalion, il suffit de prendre deux éléments de demi-vies avoisinantes et qui diffèrent quant à la particule émise.

cependant je me posais des questions sur la nature du danger des éléments comme le césium.
Et si j'ai bien compris, il semble que celle-ci soit avant tout chimique.

Le césium 137 est certes toxique mais il ne faut pas négliger les effets radiatifs.

Césium 137

[inviteb9b01e30]

Salut,

Pour être encore plus précis, voici le calcul qui permet de passer de la dose en Gray [J/kg] à la (les) doses en Sievert (selon l'ordonnance sur la radioprotection suisse):
E=wt*wr*D [Sv]

Avec : -D la dose en Gray
-wt le facteur de pondération du tissus
-wr le facteur de pondération du rayonnement
-E la dose effective

wr rend compte de la "méchanceté" du rayonnement considéré.
wr vaut 1 pour les photons de toutes énergie et les électrons, de 5 à 20 pour les neutrons et de 20(!) pour les alpha. C'est à dire qu'a dose (D en gray) égale pour deux isotopes, les "dégâts" infligé (ce n'est qu'une appréciation basée sur des études statistiques empiriques) seront 20 fois plus important pour un émetteur alpha que pour un émetteur gamma. Ensuite, le facteur wt rend compte de la sensibilité du tissus subissant le rayonnement. La somme des wt pour tout le corps donne 1 par définitions. wt est de 0.01 pour les os et la peau et de 0.20 pour les gonades (testicules). La différence entre la dose en Gray et la dose en Sievert est que cette dernière est une appréciation et que la première est une "mesures" physique.

A+

[invite6dffde4c]

...
Le césium 137 est certes toxique mais il ne faut pas négliger les effets radiatifs.
...

Bonjour.
Non, le césium non radioactif n'est que moyennement toxique. Voir wikipedia (en anglais).
Au revoir.

[invitebe08d051]

Bonjour.
Non, le césium non radioactif n'est que moyennement toxique. Voir wikipedia (en anglais).
Au revoir.

Oui, mais le césium 137 (dont je parlais) est radioactif, il se désintègre en donnant du baryum 137 (Désintégration ).

Il est toxique et connu surtout pour être l'un des produits de fission de l'uranium.

A Tchernobyl par exemple, c'était l'une des principales causes de la contamination de la biosphère.

[invite6dffde4c]

Oui, mais le césium 137 (dont je parlais) est radioactif, il se désintègre en donnant du baryum 137 (Désintégration ).

Il est toxique et connu surtout pour être l'un des produits de fission de l'uranium.

A Tchernobyl par exemple, c'était l'une des principales causes de la contamination de la biosphère.

Re.
Il est vrai que les composés solubles de baryum sont toxiques. Mais la quantité de baryum produite par la désintégration du césium dans le corps ne risque pas de devenir toxique.
Pour que la dose de baryum soit toxique il faudrait avoir survécu à une irradiation faramineuse.
Regardez les chiffres que je vous ai donnés plus haut. Avec 500 millions de désintégrations par seconde vous aurez un millionième de mole de baryum au bout de 30 ans. Et le rayonnement qui va avec.

Il ne faut pas confondre la toxicité chimique avec le danger d'irradiation.
A+