Radioactivité artificielle

Radioactivité naturelle

La radioactivité naturelle est la désintégration des noyaux qui se trouvent naturellement à l’état instable. Elle résulte des radionucléides produits dans les étoiles depuis des milliards d’années. Dans l’écorce terrestre, les isotopes de quelques éléments apparus lors de la formation de la terre sont appelés radionucléides primordiaux. Ils sont présents dans les roches et les sols (rayonnements telluriques). Les radionucléides à courte période ont disparu. Par contre, ceux qui ont la période longue par rapport à l’âge de la terre (de l’ordre de milliard d’années ou 10⁹ ans) sont toujours présents. Les sources principales de la radioactivité naturelle sont le 40K, les familles de 238U, du 235U et du 232Th. Ces éléments radioactifs se situent dans l’air, dans le sol, dans l’eau et dans les organismes vivants [1].

Dans l’atmosphère, on parle des rayonnements cosmiques. Les rayonnements cosmiques primaires sont d’origine galactique dus aux ions énergétiques venant des galaxies et du soleil. Ces rayonnements sont constitués de 86% de protons, de 12% d’hélions et de 2% de noyaux lourds [2]. Il y a donc des interactions de ces rayonnements avec les noyaux présents dans la partie haute de l’atmosphère terrestre, aux environs de 15 km au-dessus du niveau de la mer. Prenons l’exemple des interactions de rayonnements avec l’oxygène ou avec l’azote. Ces interactions produisent des radionucléides cosmogoniques et des rayonnements cosmiques secondaires. Et ces derniers peuvent aussi, à leur tour, créer des nouveaux radionucléides par interaction.

Radioactivité artificielle

C’est la radioactivité créée dans l’environnement par des activités humaines, comme l’utilisation des armes nucléaires pendant les périodes des guerres mondiales, l’exploitation des énergies dans les réacteurs nucléaires, etc. Mais cette radioactivité possède les mêmes propriétés que la radioactivité naturelle.

Types de rayonnement

Le rayonnement ou la radiation est un mode de propagation de l’énergie dans l’espace. Un noyau atomique est constitué de deux types de particules : les protons et les neutrons. Le proton est une particule de charge positive, tandis que le neutron est une particule neutre. L’ensemble de ces deux particules s’appelle nucléon [3].

Thorium-232

Caractéristiques

Chimiquement, le thorium est le deuxième élément de la série des actinides. Certaines de ses propriétés le rapprochent soit du titane, soit du cérium, soit du plutonium. Le thorium métal a une masse volumique de 11,7g.cm-3 , son point de fusion est de 1750°C et son point d’ébullition est de 4785°C. Le thorium présente 13 isotopes dont le principal est le 232Th. Ce dernier est un isotope radioactif dont le numéro atomique est de 90. Il fait partie des grandes familles radioactives naturelles. Selon ICRP, le 232Th a une période radioactive de 1,45.10¹⁰ ans et une activité massique de 4,10.10³ Bq.g-1 [7].

Origines

En général, le thorium est d’origine naturelle. C’est un métal gris argenté, mou et ductile découvert en 1828 par le chimiste suédois Berzelius. D’après les littératures, 100% du thorium naturel est constituée de l’isotope 232. Il est 3 à 4 fois plus abondant que l’uranium dans la croûte terrestre mais moins abondant que le plomb. Il est extrait du monazite qui contient de 3 à 9% d’oxyde de thorium (thorine) [8] [9].

Le thorium peut être enrichi par trois sources principales d’activité industrielle telles que :
❖ le cycle du combustible nucléaire depuis l’exploitation de mines uranifères jusqu’au traitement des déchets et les autres activités minières,
❖ les retombées atmosphériques dues aux accidents nucléaires (par exemple accident de Tchernobyl),
❖ l’utilisation d’engrais phosphatés issus de phosphate naturel.

Répartition dans l’environnement

Les eaux de mer ne renferment qu’une faible proportion de thorium, c’est-à-dire que les sédiments marins absorbent le thorium dissous. La teneur est presque 500 fois supérieure à celle de l’eau de mer. La migration des substances radioactives dans les sols dépend de l’humidité du sol. Car les sols sont formés de grains et des pores contenant soit de l’air riche en CO2, soit de l’eau (appelée eau interstitielle). La faible solubilité de thorium limite sa migration. Il ne se lie à des colloïdes et des complexes chimiques mobiles. L’horizon supérieur des sols est en général pauvre en thorium à cause du lessivage complexe des organo-minéraux. Dans les végétaux, les facteurs de transfert sol-plante sont partiels. Les végétaux à enracinement profond ramènent en surface des éléments puisés dans la roche mère.

Transfert à l’homme

Le thorium présente une toxicité chimique comparable à celle de l’uranium. La toxicité radiologique du thorium naturel est supérieure à celle de l’uranium naturel. Lorsque les substances radioactives sont assimilées par les plantes, elles s’insèrent de ce fait dans la chaîne alimentaire et sont alors assimilées par l’organisme humain. Elles sont aussi assimilées par l’inhalation [10]. Les principaux sites de dépôt du thorium dans le corps humain sont le foie et le squelette ou les os.

Famille du Th-232

Trois principales familles radioactives existent dans la nature. Ce sont la famille de l’uranium-238, la famille de l’uranium-235 et la famille du thorium-232. Ces radionucléides ont des périodes qui sont comparables à l’âge de la terre, c’est-à-dire de l’ordre de milliard d’année. Le produit final de chaque famille est un isotope stable de plomb. Pour arriver au plomb, le père de chaque famille suit des désintégrations successives accompagnées d’émission des particules alpha ou bêta et/ou ensuite par émission des photons gamma.

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Table des matières

INTRODUCTION
Partie Théorique
Chapitre 1. RADIOACTIVITE
1.1- Définition
1.1.1- Radioactivité naturelle
1.1.2- Radioactivité artificielle
1.2- Types de rayonnement
1.2.1- Rayonnement alpha
1.2.2- Rayonnement bêta
1.2.3- Rayonnement gamma
1.3- Décroissance radioactive
1.3.1- Loi de décroissance radioactive
1.3.2- Activité d’un radionucléide
1.3.3- Période d’un radionucléide
1.4- Filiation radioactive
Chapitre 2. INTERACTION DES RAYONNEMENTS GAMMA AVEC LA MATIERE
2.1- Effet photoélectrique
2.2- Effet Compton ou diffusion Compton
2.3- Effet de matérialisation ou de création de paire
2.4- Atténuation du rayonnement
Chapitre 3. Thorium-232
3.1- Caractéristiques
3.2- Origines
3.3- Répartition dans l’environnement
3.4- Transfert à l’homme
3.5- Famille du Th-232
PARTIE METHODOLOGIQUE
Chapitre 4. DETECTION DES RAYONNEMENTS IONISANTS
4.1- Principe fondamental de détection des rayonnements gamma
4.2- Différents types de détecteurs
4.2.1- Détecteur à semi-conducteurs
4.2.2- Détecteur à scintillation
4.2.3- Compteur à gaz
Chapitre 5. CHAINE DE SPECTROMETRIE GAMMA
5.1- Modules de la chaîne de mesure
5.2- Eléments constitutifs de la chaîne de mesure
5.3- Analyse de spectre gamma
5.3.1- Analyse qualitative
5.3.2- Analyse quantitative
5.4- Dépouillement d’un spectre
Chapitre 6. ANALYSE PAR SPECTROMETRIE GAMMA
6.1- Étalonnage en énergie
6.2- Étalonnage en efficacité
6.3- Mesure du bruit de fond
6.4- Calcul de l’activité
6.5- Calcul des incertitudes
PARTIE PRATIQUE
Chapitre 7. ECHANTILLONNAGE
7.1- Prélèvements
7.2- Préparation des échantillons
7.3- Matériels utilisés
Chapitre 8. PREPARATION DE LA CHAÎNE DE MESURE
8.1- Pré-étalonnage
8.2- Étalonnage en énergie
8.3- Étalonnage en efficacité
8.4- Niveau du bruit de fond
Chapitre 9. RESULTATS ET INTERPRETATIONS
9.1- Activités des radionucléides
9.2- Interprétations
CONCLUSION
Références bibliographiques
ANNEXE