IAEAInternational Atomic Energy Agency

Effets Biologiques et risques des rayonnements ionisants;Principes de Protection

Jour 3 – Leçon 2

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Objectif

Connaitre les:

• conséquences biologiques et les dangers de l'exposition aux rayonnements ionisants;.

• unités utilisées pour mesurer l'exposition aux rayonnements ionisants afin de contrôler les conséquences biologiques;

• conséquences biologiques et les dangers de l'exposition aux rayonnements ionisants du point de vue juridique.

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Contenu

• La dose de rayonnement et les unités • Les effets déterministes et stochastiques • L'exposition aux radiations vs contamination • La maîtrise du danger (temps, distance, blindage)

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Quand une personne est exposée aux rayonnements ionisants, l'énergie peut être déposée dans les cellules des tissus exposés donnant lieu à une dose de rayonnement. Cependant, l'effet biologique de cette dose dépend de plusieurs facteurs, à savoir: • le type de rayonnement (par exemple des rayons X, des

particules bêta, des neutrons, etc); • l'énergie du rayonnement et débit de dose • les tissus exposés (sensibilité aux rayonnements).

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Dose de rayonnements

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Dose de rayonnement

Les tissus et les organes suivants sont classés de leur radiosensibilité:

Les plus radiosensibles: organes hématopoïétiques

Appareil digestif

Organes Reproductifs

Peau

Os et dents

Muscle

Moins sensible: Système Nerveux

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• L’unité de la dose absorbée (reçue par un organe ou tissu) est le gray (Gy).

• Lorsque la dose absorbée est corrigée par un facteur de pondération radiologique (WR) pour tenir compte du type de rayonnement qui a déposé cette dose (et sa densité d’ionisation), le résultat est l’équivalent de dose à l’organe ou tissus.

Comme exemple, 1 Gy déposé par un rayonnement alpha entraine beaucoup plus de dégâts biologiques que 1 Gy déposé par un rayon X ou gamma.

.• L’unité de l’équivalent de dose est le Sievert (Sv)

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Dose absorbée et équivalent de dose

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• La dose équivalente à l'ensemble des organes ou des tissus exposés peut être en outre modifiée par des facteurs de pondération tissulaires (qui représentent les différentes radiosensibilités des organes ou tissus particuliers) et celles-ci sont additionnées pour donner une dose efficace au niveau du corps entier.

• La dose efficace est la somme de ces doses équivalentes pondérées pour l'ensemble des tissus exposés d’un individu.

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Dose efficace

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Mesure du rayonnement

Un rayonnement, peut être des photons (gamma ou rayons X) et les particules émises par des sources radioactives pendant la décroissance, ou provenant de sources générées électriquement (par exemple générateur de rayons X, accélérateurs de particules, etc) • Le rayonnement est mesuré en tant que dose

(Gy) ou en tant que le débit de dose (Gy / h) • Le Sievert (Sv) est l'unité SI de la dose

équivalente et la dose efficace, 1 Sv est égal à 1 J / kg et le Gray (Gy) est l’unité SI de la dose absorbée, 1 Gy est égal à 1 J / kg

• Toutefois, les petites fractions de ces unités sont souvent utilisées, par exemple, MicroGray par heure (µGy / h) ou milliSievert par heure (mSv / h).

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Il faut être conscient que les limites d'exposition professionnelle et publique seront habituellement prescrites dans le règlement que ce soit: • limites de dose efficace (corps entier); et • limites d'équivalent de dose pour les organes

spécifiques tels que la peau, le cristallin de l'œil et les extrémités.

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Limites de Doses

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Limites d’exposition professionnelle

Effective Dose Limits

20 mSv par an moyennées sur 5 ans

50 mSv en une seule année

Limite d’Equivalent de Dose

Cristallin de l’oeuil

20 mSv par an moyennées sur 5 ans

50 mSv une seule année

Peau 500 mSv par anmSv – milliSievert.

Comparée à la dose annuelle moyenne de la radioactivité naturelle de~ 2,4 milliSievert par an (UNSCEAR)

Limites recommandées par l’AIEA (GSR Part 3)

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Limites de dose du public

Limite de dose efficace

1 mSv par an

Dans des circonstances particulières d'une dose efficace supérieure pourrait être autorisée en une

seule année à condition que la moyenne sur 5 ans ne dépasse pas 1 mSv par an

Limites d’Equivalent de Dose

Cristallin 15 mSv par an

Peau 50 mSv par an

Limites recommandées par l’AIEA - (GSR Part 3)

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Les facteurs qui déterminent les effets biologiques de l'exposition aux rayonnements comprennent: • la dose totale reçue; • Le débit d'exposition; • partie du corps exposée; • les caractéristiques du rayonnement; • variabilité biologique.

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Effets Biologiques

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Les effets biologiques des rayonnements ionisants sont divisés en deux classes Effets déterministes & effets stochastiques• Effets déterministes (qui peuvent inclure des

changements dans le sang, des brûlures, des nausées, la diarrhée, la mort) apparaissent au début (et / ou la fin) de l’exposition de la personne à la suite de fortes doses reçues sur une courte période. La gravité de l’effet augmente avec la dose.

• Effets stochastiques (principalement le cancer et des effets héréditaires). Ils apparaissent chez les individus exposés ou chez les futures générations. La probabilité d’apparition de ces effets augmente avec la dose (“Stochastiques: signifie se rapportant au hasard )

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Effets Biologiques

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Effets Biologiques

Effets Déterministes

Sont le résultat de fortes doses;

• Apparaissent au delà d’un seuil;

• Apparaissent rapidement

• la gravité augmente avec la dose.

Effets Stochastiques

• peuvent provenir de n'importe quelle dose;

• n’ont pas de seuil connu;

• Période de latence plus ou moins longue;

• une probabilité d'occurrence augmente avec la dos reçue

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Effets déterministes- Example

Gravité de l’effet

Dose

Seuil

Brulure à cause d’une forte dose reçue lors d’une intervention sur un G.X

Brulure d'un accident d'irradiation dans un irradiateur

accident

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Gy Effet

0.25Effet non discernable

1.00Changement dans le sang

2.00Maladie des rayonnements pas de décès

4.5050% des personnes exposées décèdent si pas d’intervention

10

100% des personnes irradiées décèdent

Doses aiguës de tout le corps pour les effets déterministes

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Syndromes d'irradiation aiguë

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• saignements du nez • Hémorragie sous-

cutanée • anémie • infection • décès

• Perte d'appétit • nausée • fatigue • diarrhée • vomissement • Perte de

cheveux

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Effets déterministes- Exemple

Effets d'irradiation aiguë– Chernobyl 1986

Chernobyl. Ten Years On. Nuclear Energy Agency OECD Nov 1995 Table 6

Nombre de personnes

Dose estimée

Décès

21 6 -16 Gy20

21 4 - 6 Gy7

55 2 - 4 Gy1

140 < 2 Gy0

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Effets Stochastiques – Limites de la connaissances

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Doses où les cancers ont été observés

Doses de pertinence en matière de radioprotection

"Pour la plupart des types de tumeurs chez les animaux et chez l'homme, une augmentation significative du risque est seulement détectable à des doses supérieures à 100 mGy."UNSCEAR 2000

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Effets Stochastiques - Exemple

Incidence brute de la leucémie par 10.000 hommes par an d’après la radiothérapie pour spondylarthrite ankylosante.

5 2.2510 415 11.518 12.826 17.830 17.8

Derived from Radiation Physics with Applications in Medicine and Biology, 2nd ed Norman Dyson 1993

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

5 10 15 18 26 30

Dose (Gy)

Extrait de Physique des rayonnements avec des applications en médecine et en biologie 2nd Norman Dyson 1993

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Cancer du sein (Hiroshima et Nagasaki)

Health Physics Vol 41 No 4October 1981 pp 667-8

(100 rad = 1 Gy)

Effets Stochastiques - Exemple

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Effets Stochastiques - Exemple

Taux d'incidence du cancer de la thyroïde chez les enfants exposés avant l'âge de 14 ans à la suite de l'accident de Tchernobyl (1986)UNSCEAR 2000

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Effets héréditaires

«Le cancer est le principal effet stochastique de l'exposition aux radiations qui a été démontré dans la population humaine.

Les effets héréditaires ont été observés dans les populations animales exposées à des doses relativement élevées, mais ils sont également présumés survenir chez l'homme ".

UNSCEAR 2008

Cependant, le rayonnement ionisant est un mutagène universel et les études expérimentales chez les plantes et les animaux ont clairement démontré que les rayonnements peuvent induire des effets génétiques; par conséquent, les êtres humains ont peu de chance d'être une exception.

Published risk factors are available

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Effets stochastiques

La possibilité qu'un cancer (ou effet héréditaire) pourrait avoir été causé par l'exposition aux rayonnements ionisants pose des défis considérables. • L'issue défavorable pourrait être due à un certain autres

agents, connus ou inconnus. • Il est susceptible d'avoir eu une longue période de temps entre

la cause présumée ( l'exposition aux rayonnements) et le résultat défavorable.

• Les effets stochastiques sont basés sur la probabilité avec le risque d'apparition qui augmentent avec la dose.

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Effets stochastiques

En ce qui concerne l'observation directe des effets des rayonnements, qui portent toute l'incertitude statistique et / ou méthodologique, il n'y a pas de circonstances où il est scientifiquement valable à assimiler l'absence d'un effet biologique observable avec l'absence du risque.

"UNSCEAR 2000

Comme il y a très peu d'informations sur les effets des faibles doses de rayonnement, il est prudent de supposer que le risque d'effets stochastiques existe pour toutes les doses sans seuil.

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Relation entre la dose de rayonnement et les effets néfastes

• Les estimations du risque sont basées sur des études sur les personnes qui ont été exposées à des doses de rayonnements assez élevées. Ils comprennent les survivants des bombes atomiques au Japon, les patients exposés aux rayonnements pour le traitement ou le diagnostic de la maladie, et les groupes de travailleurs dans certains secteurs.

• En radioprotection, on suppose que pour les faibles doses, il existe un risque d'effets nocifs et que ce risque est proportionnel à la dose.

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Les risques associés aux pratiques impliquant des matières radioactives peuvent être le résultat de: • l'exposition aux rayonnements externes; ou • La contamination interne

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Risques

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Exposition

L'exposition aux rayonnements, comme ce patient exposé à un rayonnement gamma (de Cobalt-60) au cours des traitements de radiothérapie, ne devient pas radioactif.

Note: L'exposition à certains neutrons ou de photons de très haute énergie peuvent induire la radioactivité.

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• La contamination est la présence de matières radioactives non confinées sur des surfaces où il ne devrait pas être.

• Une Contamination peut être:• fixée; ou• labile (non-fixée)

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Contamination

Contrôle de contamination de surface

Test de contamination amovible

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Contamination

La contamination provient le plus souvent de mauvaises pratiques de travail avec des sources radioactives non scellées (par exemple dans la recherche, la médecine nucléaire et des applications des traceurs). • Elle peut aussi être causée par des fuites de

sources scellées • La peau et les vêtements peuvent être

contaminés (provoquant l'exposition). • La contamination peut également être

inhalée, ingérée ou absorbée par la peau.

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• Le danger des rayonnements ionisants peut être due à l'exposition du corps entier ou partielle.

• Une personne exposée aux rayonnements ionisants ne devient pas radioactive (normalement).

• La contamination radioactive fixée présente un risque d‘exposition externe.

• La contamination radioactive non fixée, présente à la fois un risque d‘exposition externe et interne.

• Les matières radioactives qui existent dans le corps humain présentent un risque potentiel d'exposition à long terme.

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Danger des rayonnements

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Maîtrise du danger des radiations

Les trois principes qui permettent de minimiser la dose (et le risque) sont:

• Réduction du temps d’exposition aux rayonnements;

• Augmenter la distance à la source de rayonnements;

• Utiliser un blindage approprié

Blindage pour la manipulation de

sources radioactives

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Où trouver plus d’informations

• UNSCEAR, Sources and Effects of Ionizing Radiation, 2000 Report to the General Assembly with Scientific Annexes, United Nations, New York, 2000

• UNSCEAR, Sources and Effects of Ionizing Radiation, 2008 Report to the General Assembly with Scientific Annexes, United Nations, New York, 2008

• International Atomic Energy Agency, Postgraduate Educational Course in Radiation Protection and the Safety of Radiation Sources (PGEC), Training Course Series 18, IAEA, Vienna (2002)

• IAEA safety standards, Radiation Protection and Safety of Radiation Sources: International Basic Safety Standards, Interim Edition (GSR Part 3, 2011).