Risque radiologique et nucléaire : notions de base

et vue d’ensemble

D. CHAMPION – Directeur de l’environnement et de l’intervention

12 janvier 2005

12 janvier 2006

PLAN

Notions de base sur la radioactivité et les effets des rayonnements ionisants

Les sources naturelles et artificielles de radioactivité et de rayonnements ionisants

Le risque nucléaire accidentel et l’approche de sûreté

L’exposition des personnes aux sources de rayonnements ionisants

Organisation du contrôle et de l’expertise du risque radiologique et nucléaire en France

12 janvier 2006

La radioactivité

Transformation spontané du noyau d’un isotope instable, appelé radionucléide, vers un état plus stable, avec émission d’énergie sous forme de rayonnements ionisants

Rayonnement alpha

Emission : noyau d’hélium constitué de

2 protons et de 2 neutrons

Rayonnement bêta

Emission : particule de faible masse de

charge négative (électron) ou positive

(positon)

Rayonnement gamma

Emission : rayonnement

électromagnétique (photon) de forte

énergie (très faible longueur d’onde)Les rayonnements ionisants sont très énergétiques ( keV –

MeV) et ont la propriété d’ioniser (perte d’électron) les atomes de la matière qu’ils traversent

12 janvier 2006

Activité et décroissance radioactive

Activité d’une substance radioactive : nombre de désintégrations de radionucléides par unité de temps

Unité : le becquerel (Bq) – 1 Bq = 1 désintégration par seconde

Unités dérivées : activité rapportée à la masse (Bq/kg), au volume (Bq/m3 ou Bq/l), à la surface (Bq/m2)

Décroissance radioactive : diminution de l’activité d’une substance radioactive au fil du temps, du fait de l’appauvrissement en radionucléides

T

t

eAtA

)2ln(

0)(

La période radioactive (T) est le temps nécessaire pour que l’activité initiale (A0) d’une substance radioactive soit réduite de moitié

T est une grandeur caractéristique de

chaque radionucléide

12 janvier 2006

Les filiations radioactives

Filiation radioactive : succession de transformations d’un isotope père en un isotope fils radioactif, jusqu’à obtention d’un noyau stable

Famille de l’uranium 238

12 janvier 2006

La fission nucléaire

Fission nucléaire : division d’un noyau d’atome lourd en deux ou plusieurs noyaux plus légers, sous l’effet d’un flux de neutrons, avec émission d’énergie et de plusieurs neutrons

Elément fissile : isotope d’un atome lourd ayant la propriété de générer une fission nucléaire sous l’effet de neutrons

Uranium 235 (235U) – naturel

Plutonium 239 (239Pu) – artificiel

Propriété de la fission nucléaire : possibilité de faire des réactions en chaîne

•Réacteur naturel d’Oklo (Gabon)

•Bombes nucléaires (Hiroshima (U) et Nagasaki (Pu))

•Réacteurs nucléaires (électrogènes, recherche)

12 janvier 2006

Interaction des rayonnements ionisants avec la matière

Pouvoir de pénétration des rayonnements ionisants dans la matière :

Rayonnement : très faiblement pénétrant

Rayonnement : faiblement pénétrant

Rayonnement : fortement pénétrant

Neutrons : fortement pénétrant (selon énergie)

Transfert d’énergie dans la matière : notion de dose absorbée

Transfert d’énergie : dépôt de l’énergie du rayonnement dans la matière traversée

Dose absorbée : énergie déposée par unité de masse

Unité : le gray (Gy) – 1 Gy équivaut à 1 joule par kilogramme

Débit de dose : dose absorbée par unité de temps (Gy/s)

12 janvier 2006

Effets biologiques des rayonnements ionisants

Altération des tissus irradiés : le dépôt d’énergie d’un rayonnement ionisant dans des tissus vivants est susceptible d’altérer les composants moléculaires (radicaux libres, ruptures d’ADN) des cellules, provoquant des effets biologiques :

A forte dose et débit de dose : effets déterministes (dommages cellulaires et tissulaires apparaissant à partir d’un seuil de dose et dont la gravité dépend de la dose)

A faible dose : effets stochastiques (facteur de risque d’apparition d’un cancer, dont la gravité ne dépend pas de la dose)Les principaux facteurs influençant les effets biologiques :

La dose absorbée (en Gy) et sa distribution dans le corps

Les caractéristiques du rayonnement ionisant (///n ; énergie transportée)

La sensibilité relative des différents tissus irradiés

Indicateur du risque d’effet stochastique :

Dose efficace : dose absorbée par une personne, pondérée en fonction de la qualité du rayonnement et du type de tissus irradiés

Unité : le sievert (Sv) – Débit de dose efficace : Sv/s

12 janvier 2006

Les sources de radioactivité et de rayonnements ionisants

Sources d’origine naturelle

Production d’énergie nucléaire : le cycle du combustible nucléaire

Utilisation diffuse de sources radioactives (industrie/médecine/recherche)Transport des matières radioactives : environ 300 000 colis transportés annuellement sur le territoire (pour 2/3 : usage médical, pharmaceutique et industriel)

Retombées atmosphériques globales de radionucléides

Sites contaminés par des activités anciennes – Cas particulier de l’industrie du radium

Activités non nucléaires tendant à renforcer la radioactivité naturelle : thermalisme, extraction de matières premières, cendres de combustion…

Activités nucléaires intéressant la Défense : armement nucléaire, propulsion nucléaire (sous-marins, porte-avions)…

12 janvier 2006

Le risque nucléaire accidentelle

Principaux types de situations accidentellesLes accidents de réactivité impliquant des matières fissiles (ou accidents de criticité) :

Une soixantaine d’accidents connus depuis 1945 : aux USA et en ex. URSS – 1 accident en Europe (Grande-Bretagne)

Cas des réacteurs nucléaires (électrogène ou de recherche) : perte de contrôle de la réaction en chaîne d’un réacteur – Exemple : Tchernobyl 1986

Cas des usines du cycle du combustible : mauvaise gestion des matières fissiles (quantités présentes en un lieu et géométrie) – Exemple : accident de Tokaï Mura 1999

Les accidents de perte de refroidissement du réacteur : endommagement du combustible puis fusion du cœur – exemple : Three Misles Island 1979

12 janvier 2006

Le risque nucléaire accidentel (2)

Les accidents de perte de confinement des matières radioactives :

Incendie dans une installation nucléaire (ex. : Tokaï Mura 1997)

Incinération d’une source radioactive (ex. : Algésiras 1997)

Perte ou abandon , détérioration d’une source scellée de forte activité (ex. : Goiania 1987)

Usine de Tokaï Mura - Japon Démolition de maisons contaminées

à Goiania - Brésil Symptômes d’irradiation aiguë

après contact d’une source de forte

activité - Goiania - Brésil

12 janvier 2006

Prévenir et limiter les conséquences d’un accident : la sûreté nucléaire

Limitation des conséquences radiologiques pour les populations en cas de rejets

importants

Plans d’intervention d’urgence à l’extérieur du site

Limitation des dégradations de l’installation et des conséquences en

cas d’accident grave

Procédures de conduite accidentelle complémentaires & Plan d’urgence

interne

Détection et maîtrise des défaillances dans

l’installation

Systèmes de sauvegarde et procédures de conduite

accidentelle

Maintien dans le domaine normal de

fonctionnement

Régulation & contrôles

périodiques

Prévention des

défaillances Conception

robuste Qualité de constructio

n

Le concept de défense en profondeur

12 janvier 2006

Les voies d’exposition des personnes aux rayonnements ionisants

Source ponctuelle

Source diffuse

Irradiation externe

Contamination externe

12 janvier 2006

Les voies d’exposition des personnes aux rayonnements ionisants

Contamination interne

Air ambiant contaminé

Contamination par inhalation

Contamination par ingestion

Aliments contaminés

12 janvier 2006

Les circonstances de l’exposition

Sur les lieux de travail où se trouvent les sources de rayonnement :

En France, environ 250 000 travailleurs potentiellement exposés, dont près de 70 000 dans l’industrie nucléaire

Surveillance dosimétrique spécifique des travailleurs et suivi médical périodique

Mesures de protection sur les lieux de travail (optimisation et limitation des doses)

Dans le cadre d’une exposition à des fins médicales :

Diagnostic (radiologie, traçage radioactif pour exploration fonctionnelle, scintigraphie)

Thérapie (radiothérapie, curiethérapie, etc.)

12 janvier 2006

Les circonstances de l’exposition (2)

Dans l’environnement des activités nucléaires (population générale) :

Évaluation des doses fondée sur la connaissance des caractéristiques de la source d’émission et la modélisation des différentes voies de transfert jusqu’à l’homme. Mesures directes sur l’homme rarement

pertinentes, sauf en situation post-accidentelles

REJETSLIQUIDES

REJETSGAZEUX Chaîne

alimentaire

RetombéesPluies, irrigation

INGESTION

INHALATION

IRRADIATION EXTERNEPAR LE PANACHE

IRRADIATION EXTERNEPAR LE DEPOT

REJETSLIQUIDES

REJETSGAZEUX Chaîne

alimentaire

RetombéesPluies, irrigation

INGESTION

INHALATION

IRRADIATION EXTERNEPAR LE PANACHE

IRRADIATION EXTERNEPAR LE DEPOT

12 janvier 2006

Contribution relative moyenne des différentes sources

0,5

0,3

0,2

0,8

0,03

1,4

Radon

Rayonnements telluriques

Rayonnements cosmiques

Eaux et aliments

Médical

Autres (rejets installations, retombées des essais…)

Exposition aux rayonnements ionisants de la population en France

- Doses annuelles (mSv/an) -

Total = 3,3 mSv/an

12 janvier 2006

Organisation du contrôle et de l’expertise autour des activités nucléaires

Exploitant d’une activité nucléaire[Concepteurs / Constructeurs]

Autorités de sûreté

DSND

Expertise et recherche

Demandes d’autorisation et dossiers de sûreté

Demande d’évaluation

Echanges techniques

Avis

Autorisation/réglementation/contrôleFIN

12 janvier 2006

Les sources de radioactivité et de rayonnements ionisants

Rayonnement cosmique

Sources d’origine naturelle

Rayonnement tellurique

Radon

Chaîne alimentaire

12 janvier 2006

Carte du rayonnement naturel ambiant

Moyenne du débit de dose mesuré par le réseau TELERAY

12 janvier 2006

Carte des concentrations du radon dans l’habitat

Activité volumique du radon dans l’habitatMoyennes arithmétiques départementales en Bq.m-3

0 – 5051 – 100101 – 150> 150

12 janvier 2006

Le cycle du combustible nucléaire

COMURHEX

EURODIFCentrale nucléaire

EDFConcentré d’oxyde d’uranium

Autunite

Site minier

12 janvier 2006

Carte d’implantation des installations nucléaires de base

FLAMANV ILLE

PENLY

GRAVELINES

CHOOZPALUEL

NOGENT

CHINON

St- LAURENTDAMPIERRRE

FESSENHEIM

CIVAUX

LE BLAYAIS

BUGEY

CATTENOM

BELLEVILLE

TRICASTIN

CRUAS

GOLFECH

St- ALBAN

(EN ROUGE)

EN EXPLOITATION

REACTEURSREP

900 Mwe 1300 Mwe 1400 Mwe

LA HAGUE

PIERRELATTE

ROMANS

MARCOULE

CADARACHE

VALDUC

SACLAYFONTENAY

GRENOBLE

AUBE

LABO/USINES

12 janvier 2006

Utilisation diffuse des sources radioactives

MBq TBqGBq

RADIONUCLÉIDES

UTILISATIONS

ACTIVITÉ

25% 20% 10%45%

30 000 sources scellées utilisées en France

12 janvier 2006

Utilisation de radionucléides sous forme de sources non scellées

Suivi de l’activité de l’iode 131 dans le réseau d’assainissement de Toulouse

12 janvier 2006

Les retombées atmosphériques globales de 1959 à nos jours

1er Tir Français au Sahara

1er Tir Français au Sahara

Tirs ChinoisTirs Chinois

TchernobylTchernobyl

AlgesirasAlgesiras

Tirs Russes et Américains

Tirs Russes et Américains

Activité volumique du césium 137 particulaire dans l’air, mesurée par le réseau d’observation OPERA

Ces aérosols radioactifs sont retombés au sol, soit par voie sèche, soit par voie humide, laissant un marquage des sols plus ou moins persistant

Tir atmosphérique – Nevada - USA

12 janvier 2006

Les usages anciens du radium

Découverte et extraction du radium 226

1898 – Découverte du radium Pechblende

Extraction du radium

Usages médicaux

Usages cosmétiques

Cadrans lumineux Cigarettes

Paratonnerres