Chaque atome contient un nombre égal de protons chargés positivement et d'électrons chargés négativement.
Le fait de retirer un électron d'un atome le transforme en un ion chargé positivement.
Le rayonnement ionisant est appelé ainsi parce qu'il ionise les atomes qu'il traverse !
Ioniser quelque chose, c'est transformer un atome normal en un ion.
Prêt à en apprendre davantage ? Lis ce qui suit !
Rayonnement ionisant : Définition
Commençons par récapituler les rayonnements eux-mêmes.
Lerayonnement est le processus d'émission d'énergie par le biais d'ondes ou de particules.
Maintenant que le terme nous est familier, apprenons la définition des rayonnements ionisants.
Le rayonnementionisant est une forme de rayonnement dont l'énergie est suffisante pour enlever les électrons des atomes qu'il traverse.
Les rayonnements ionisants transforment les atomes ordinaires en ions positifs.
Rayonnements ionisants et non ionisants
Tous les rayonnements ne sont pas ionisants. Revenons au cours de physique du GCSE et au spectre électromagnétique.
Le spectre électromagnétique couvre la gamme des longueurs d'onde des rayonnements.
Les longueurs d'onde des rayonnements diminuent du côté gauche vers le côté droit.
| Propriété | Définition | Côté gauche | Côté droit |
| Longueur d'onde | La longueur d'une seule onde (mesurée en mètres). | Plus longue | Plus courte |
| Fréquence | Le nombre d'ondes produites par seconde (mesuré en Hertz). | Plus basse | Plus élevée |
| Énergie | La quantité d'énergie transportée par l'onde. | Inférieure | Plus élevée |
Quelle que soit la longueur d'onde, tous les rayonnements électromagnétiques se déplacent à la même vitesse : 300 000 kilomètres par seconde.
L'énergie d'un rayonnement est directement proportionnelle à sa fréquence; donc inversement proportionnelle à sa longueur d'onde.
L'énergie d'une onde électromagnétique peut être calculée à l'aide de l'équation E = f h, où :
- E : énergie
- f : longueur d'onde
- h : constante de Planck(6.62607015 x 10-34 Joule-secondes)
Ne t'inquiète pas, tu n'auras pas à faire de calculs avec la constante de Planck pendant tes examens !
Il existe sept types de rayonnements électromagnétiques. Par ordre de longueur d'onde décroissante (et d'énergie croissante), ce sont :
Ondes radio
Micro-ondes
Rayonnement infrarouge
Lumière visible
Rayonnement ultraviolet
Rayons X
Rayons gamma
Les ondes radio, les micro-ondes, le rayonnement infrarouge et la lumière visible sont considérés comme non ionisants. Elles ont une fréquence plus basse et ont donc moins d'énergie que les rayonnements ionisants.
Les rayons ultraviolets, les rayons X et les rayons gamma sont considérés comme ionisants. Contrairement aux rayonnements non ionisants, les rayonnements ionisants peuvent modifier les molécules de notre corps.
Types de rayonnements ionisants
Nous avons appris que les trois types de rayonnements ionisants sont les rayons ultraviolets, les rayons X et les rayons gamma. Entrons dans le détail de chaque type.
| Rayonnement | Longueurs d'onde | Fréquences (Hertz) | Utilisations |
| Ultraviolet | 400 nm à 1 nm | 1015 à1017 |
|
| Rayons X | 1 nm à 1 pm | 1017 à 1020 |
|
| Gamma | < 1 pm | 1020 à 1024 |
|
Nanomètres (nm) : 10-9 mètres
Picomètres (pm) : 10-12 mètres
Utilisations et exemples de rayonnements ionisants
Les rayonnements ionisants de haute énergie sont importants dans toute une série d'industries.
Armes nucléaires
Lorsqu'un neutron libre frappe le noyau d'une matière radioactive (par exemple l'uranium), il déclenche une réaction en chaîne de désintégration nucléaire, libérant des neutrons et de grandes quantités de rayonnements ionisants. Les armes nucléaires telles que les bombes atomiques exploitent les réactions en chaîne de fission nucléaire, produisant une explosion atomique.
Lafission nucléaire est une réaction au cours de laquelle le noyau d'un atome se divise en plusieurs noyaux plus petits, libérant des radiations ionisantes.
Les armes nucléaires n'ont été utilisées que deux fois. En août 1945, les États-Unis ont largué deux bombes atomiques sur les villes japonaises d'Hiroshima et de Nagasaki. Les bombes ont anéanti les infrastructures des deux villes et tué jusqu'à 215 000 personnes - y compris celles qui ont été directement touchées par la bombe et celles qui ont souffert de problèmes de santé à long terme liés aux radiations.
Figure 2 - Le dôme de la bombe atomique à Hiroshima est la seule structure restée debout après la détonation des armes nucléaires en 1945. Source : unsplash.com
L'énergie nucléaire
L'énergie nucléaire exploite également les réactions en chaîne des fissions nucléaires, mais en utilisant l'énergie produite pour générer de l'électricité. L'énergie libérée par la désintégration nucléaire de l'uranium ou du plutonium est utilisée pour transformer l'eau en vapeur. La vapeur traverse des turbines qui entraînent un générateur, convertissant l'énergie cinétique de la turbine en électricité.
Propulsion des navires
Le rayonnement d'ionisation pourrait constituer une source de propulsion sans carbone pour les navires. La réaction en chaîne contrôlée de la désintégration nucléaire libère de grandes quantités d'énergie. La technologie à bord du navire transfère cette énergie à un liquide de refroidissement, qui est utilisé pour générer de l'énergie de propulsion.
Fabrication et industrie
Les rayonnements ionisants sont fréquemment utilisés dans la fabrication et l'industrie, notamment :
Désinfecter l'eau potable
Vérifier les défauts des pièces métalliques moulées et des soudures
Localiser les combustibles fossiles et les minéraux à extraire
Rendre les panneaux réfléchissants
Produire des ustensiles de cuisine antiadhésifs
Créer des vêtements infroissables
Santé
Le rayonnement gamma est utilisé pour stériliser le matériel médical sans utiliser de chaleur. Il est également important dans de nombreuses pratiques de diagnostic et de traitement.
Lesrayons X sont utilisés pour détecter et diagnostiquer les fractures.
Laradiothérapie utilise des doses ciblées de rayons gamma pour détruire les tumeurs dans le corps.
Les traceurs contenant des isotopes radioactifs sont utilisés pour faire apparaître les tissus mous dans l'imagerie médicale et indiquer les blocages de tissus.
Agriculture et production alimentaire
L'industrie agricole expose les plantes aux rayonnements ionisants pour contrôler les populations d'insectes, réduisant ainsi la demande de pesticides polluants.
Les fruits frais sont souvent exposés aux rayonnements ionisants d'un isotope du cobalt 60. Les rayons gamma émis par le cobalt détruisent les bactéries présentes sur le fruit, sans le contaminer ni l'endommager de quelque manière que ce soit.
Lapasteurisation par irradiation expose le lait à des radiations ionisantes qui tuent les bactéries sans utiliser de chaleur.
Dangers des radiations ionisantes
L'exposition aux rayonnements ionisants peut provoquer des problèmes de santé. Les rayonnements à haute énergie enlèvent des électrons aux atomes, créant ainsi des molécules instables appelées radicaux libres. Les radicaux libres sont très réactifs et causent des dommages aux cellules et à l'ADN du corps :
Dégénérescence cellulaire
Vieillissement
Mutagenèse - mutations génétiques
Carcinogenèse - transformation de cellules normales en cellules cancéreuses
Conséquences des radicaux libres sur la santé
Les dommages cellulaires causés par les radicaux libres entraînent toute une série de conséquences pour la santé.
Maladie des rayonnements
L'exposition à une dose aiguë de rayonnements ionisants peut provoquer une maladie des rayonnements. Les symptômes sont les suivants
nausées
Vomissements
diarrhée
Lésions cutanées
Hémorragie (saignement d'un vaisseau sanguin endommagé)
Perte de cheveux
Problèmes du système immunitaire
Cancer
Les dommages causés par les radicaux libres peuvent déclencher la cancérogenèse. Par ailleurs, les cellules endommagées peuvent être incapables de se réparer, ce qui entraîne un cancer à long terme.
Des doses de radiations supérieures à 100 mSv (millisieverts) ont été associées à un risque accru de cancer à un âge avancé.
Même des niveaux élevés d'exposition au soleil (contenant des rayons UV) sont associés au cancer de la peau plus tard dans la vie.
Figure 3 - Cellules de mélanome métastatique au microscope. Cette condition survient lorsque des cellules cancéreuses de mélanome (causées par l'exposition aux rayons ultraviolets ionisants) se répandent dans le reste du corps. Source : unsplash.com
Effets héréditaires
Si les femmes enceintes sont exposées aux rayonnements ionisants, cela peut avoir un impact sur le fœtus. Les effets comprennent un retard de croissance, des malformations, des anomalies cérébrales et un risque accru de cancer.
Rayonnements ionisants : Réglementations britanniques
En raison des risques pour la santé que représentent les rayonnements ionisants, ils sont réglementés avec soin.
L'Ionisation Radiation Regulations 2017 (abrégé en IRR17) est la principale législation réglementant l'exposition aux rayonnements ionisants au Royaume-Uni. Tout employeur ou industrie où les rayonnements ionisants sont utilisés doit se conformer à l'IRR17.
Tous les employeurs sont tenus de maintenir l'exposition aux rayonnements ionisants à un niveau aussi bas que possible. Les expositions ne doivent pas dépasser les limites de dose spécifiées de :
20 mSv au cours d'une année civile
Ou 100 mSv sur cinq années consécutives, avec une dose maximale de 50 mSv en une seule année.
En outre, il est important de noter que l'énergie nucléaire génère de grandes quantités de déchets radioactifs. Ceux-ci doivent être éliminés avec précaution pour éviter toute contamination.
J'espère que cet article t'a expliqué les rayonnements d'ionisation. Rappelle-toi qu'il s'agit d'une forme de rayonnement dont l'énergie est suffisante pour enlever les électrons des atomes qu'il traverse. Les rayonnements ionisants sont utiles dans toute une série d'industries. Cependant, l'exposition à de grandes quantités de rayonnements ionisants peut être dangereuse, c'est pourquoi ils sont réglementés avec soin.
Rayonnements ionisants - Principaux points à retenir
- Les rayonnements ionisants sont des rayonnements suffisamment énergétiques pour arracher des électrons aux atomes qu'ils traversent. Il a plus d'énergie, une fréquence plus élevée, mais une longueur d'onde plus faible que les rayonnements non ionisants.
- Les types de rayonnements ionisants comprennent les rayons ultraviolets, les rayons X et les rayons gamma.
- Les utilisations des rayonnements ionisants comprennent les armes nucléaires, l'énergie nucléaire, la propulsion des navires, la fabrication et l'industrie, les soins de santé, l'agriculture et la production alimentaire.
- L'exposition aux rayonnements ionisants entraîne la formation de radicaux libres, qui endommagent les cellules. Les dommages cellulaires associés entraînent des problèmes de santé tels que la maladie des rayons, le cancer et des effets héréditaires.
- Par conséquent, les rayonnements ionisants sont réglementés avec soin à l'aide des Ionisation Radiation Regulations 2017. Les personnes travaillant avec des rayonnements ne doivent pas dépasser les limites de dose spécifiées, et les déchets radioactifs doivent être éliminés avec précaution.
1. Musée américain d'histoire naturelle, vitesse constante, 2022.
2. History.com, Bombardement d'Hiroshima et de Nagasaki, 2022
3. Patrick J. Kiger, Qu'est-ce que la constante de Planck et pourquoi l'univers en dépend-il, How Stuff Works, 2019.
4. Gouvernement britannique, The Ionising Radiations Regulations 2017, 2017 (en anglais).
5. Université du Tennessee, Le spectre électromagnétique, 2022
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