A radiação refere-se à exposição, deliberada ou acidental, de um organismo, uma substância de um corpo à radiação . Este termo é usado em particular quando se considera a exposição à radiação ionizante .
A irradiação e a radioatividade são expressas em unidades específicas ( sievert (símbolo: Sv), becquerel (Bq), etc. ):
A unidade SI usada para medir a irradiação física é o cinza (Gy). O cinza mede uma energia fornecida por unidade de massa, independentemente de seus efeitos biológicos.
A temperatura aumenta para potências da ordem de um quilogray, e o mega-raio é da ordem de grandeza necessária para cozinhar um assado em um forno de micro - ondas .
As irradiações encontradas em radiobiologia correspondem a energias muito menores por unidade de massa, insuficientes para aquecer o material exposto. O cinza é geralmente usado para expressar irradiações razoavelmente fortes (por exemplo, em radioterapia ): para doses baixas, miligray, ou mesmo microgray, é mais frequentemente usado.
A antiga unidade do rad , que ainda é encontrada em muitas publicações, corresponde ao centigray (o que explica por que esse submúltiplo é freqüentemente usado). Portanto, temos 1 cGy = 1 rd , ou 100 rd = 1 Gy .
Em termos de proteção contra radiação, o rad é uma unidade de boa ordem de magnitude:
A unidade utilizada para medir os efeitos estocásticos da irradiação sobre um organismo é o sievert , que inclui termos corretivos que permitem levar em conta a perigosidade relativa de diferentes radiações e a sensibilidade relativa de diferentes tecidos. O risco de câncer a termo é muito maior para um cinza de nêutrons recebidos em qualquer ponto do corpo do que para um cinza de raios β limitado a uma pequena área da pele: a medição em sieverts (a dose efetiva ) torna isso possível levar em consideração essas diferenças de risco.
Doses baixas são normalmente expressas em mili- ou mesmo microsieverts. Se negligenciarmos esses termos corretivos, as irradiações de corpo inteiro expressas em sievert ou em cinza são da mesma ordem de magnitude das radiações normalmente encontradas na proteção contra radiação.
A unidade usada para medir a atividade de uma fonte radioativa é o becquerel , que mede o número de decaimentos radioativos por segundo. Permite representar indiretamente a quantidade de material radioativo presente, desde que se conheça também a atividade específica do radionuclídeo em questão.
O becquerel é uma unidade muito pequena, porque cada átomo que decai é contado, e há muitos átomos em uma quantidade por peso de matéria (ver o número de Avogadro ). Um corpo humano médio, portanto, tem uma atividade natural de dez mil becquerels. A conversão entre a atividade (expressa em becquerels) e o efeito biológico (expresso em sieverts) depende da natureza e da energia da radiação envolvida, mas sempre corresponde a um fator extremamente pequeno. Assim, a auto-irradiação devido à radioatividade natural do corpo humano (10.000 Bq ) induz uma exposição de 0,2 mSv / ano , com um fator de conversão de vinte microsieverts por kilobecquerel (µSv / kBq) e por ano.
A principal fonte de irradiação é natural. O nível de exposição natural varia de acordo com o local, geralmente na proporção de um para três. Em muitos lugares, pode ser muito mais alto.
A irradiação natural vem principalmente do radônio , um gás radioativo produzido por vestígios de urânio presentes em certas rochas, como o granito . Este gás emana do solo (em proporções muito variáveis dependendo da natureza do solo) e pode ser concentrado em residências mal ventiladas. O radônio leva a uma exposição que pode ser muito variável, de 1 a 100 mSv / ano . Além do radônio, a irradiação por substâncias minerais radioativas também pode ser importante localmente, próximo a depósitos com alto teor de urânio ou tório , ou ainda mais raramente, em casas acidentalmente construídas com tais rochas; mas a baixa atividade natural pode ser medida em qualquer material de construção: gesso, tijolo, concreto, etc. A exposição correspondente também é muito variável, de 0,1 a 1000 mSv / ano .
Os raios cósmicos também são uma importante fonte de radiação natural, ainda mais forte do que na altitude. Ao nível do mar e em latitudes médias, a dose é próxima de 0,3 mSv / ano . É por causa dos raios cósmicos que a irradiação aumenta durante as viagens aéreas. Essas irradiações não são necessariamente perigosas nesses níveis baixos ; pelo contrário, uma análise estatística mostra que o risco de câncer diminui significativamente com a altitude nos Estados Unidos.
Substâncias radioativas presentes na natureza também são fonte de irradiação: 10% da irradiação média recebida por uma pessoa vem do próprio corpo, principalmente devido à decomposição do carbono 14 e do potássio 40 (presentes principalmente nos ossos). Essa irradiação é praticamente constante.
O homem também está sujeito à radiação de fontes artificiais. A exposição à radiação pode resultar da atividade profissional (radiologista, trabalhador da indústria nuclear, etc. ) e, neste caso, depende em grande parte dessa atividade. O nível médio de exposição ocupacional à radiação é geralmente comparável ao da exposição natural à radiação, mas uma pequena porcentagem de trabalhadores recebe doses várias vezes maiores do que a última. A exposição dos trabalhadores está sujeita a limites definidos internacionalmente, que são cerca de dez vezes superiores à exposição média à radiação natural.
A principal causa da irradiação é médica, recebida durante exames radiológicos ( raios-x , fluoroscopias e principalmente tomografias ). Esta irradiação varia com as práticas médicas. O nível médio de exposição de usos médicos de radiação em países desenvolvidos é equivalente a cerca de 50% da exposição média à radiação natural em todo o mundo.
Certas atividades humanas contribuem para o aumento da irradiação natural: é o caso, por exemplo, da extração e aproveitamento de minérios contendo substâncias radioativas, bem como da produção de energia na queima de carvão contendo substâncias radioativas. Na verdade, o carvão contém potássio 40 , urânio e tório, e sua combustão os concentra por um fator de dez nas cinzas. Parte dessa radioatividade natural também é liberada na fumaça e contribui para aumentar ligeiramente a exposição dos residentes em torno das usinas a carvão (tanto ou mais do que as liberações das usinas nucleares, ou seja, da ordem de microsievert por ano).
Outras fontes são uma forma de poluição resultante do uso de energia nuclear civil ou militar, às vezes a uma distância muito grande: precipitação radioativa de testes de armas nucleares aéreas , acidentes nucleares como Chernobyl ou Fukushima , descargas industriais, etc. Sua contribuição para a dose média anual para a população mundial atingiu um pico de 150 µSv em 1963 (devido aos testes nucleares atmosféricos), depois diminuiu para 5 µSv em 2000. Essas doses anuais permaneceram relativamente baixas, atingindo no máximo cerca de 7% de radiação natural.
Na França, o impacto médio das descargas industriais (reatores, indústria de combustíveis, tratamento de resíduos) é inferior a alguns milésimos da radioatividade natural. Essas atividades geralmente resultam em exposições que são apenas uma pequena fração da dose média da radiação natural em todo o mundo. No entanto, os residentes que vivem perto de instalações que liberam materiais radioativos no meio ambiente podem receber doses mais altas.
Os telefones celulares ou linhas de força geram radiação eletromagnética de frequência mais baixa do que a luz visível e é muito fraca para ser radiação ionizante . Embora sejam radiações não ionizantes, são fontes de irradiação.
Essa radiação, que nossos sentidos não conseguem detectar, perturba o funcionamento das células vivas. Moléculas como DNA e proteínas que compõem as células são danificadas ( quebra de ligações químicas , mudanças estruturais, etc. ). Diante dessa agressão, os sistemas de defesa à disposição de todas as células tentarão reparar o dano. Na maioria dos casos, esse remédio será eficaz. Se o dano for muito grande, a célula é eliminada por processos de morte celular (por apoptose, por exemplo). O perigo vem de reparos imperfeitos que podem resultar em células desencadeando câncer anos após a irradiação. Com uma dose muito alta de irradiação, os sistemas de defesa não conseguem mais lidar com essa morte significativa de células que afetam as funções vitais, o que pode levar à morte.
Dependendo da intensidade da irradiação sofrida (de uma só vez em todo o corpo), três áreas de efeito podem ser distinguidas:
Essas três áreas de efeito (cujos limites são borrados e relativamente mal compreendidos) correspondem à irradiação ocasional recebida de uma só vez e em todo o corpo, portanto, para uma taxa de dosagem muito alta.
Acima de tudo, foram estudados dois riscos dos efeitos induzidos pela radiação: principalmente o do câncer e, secundariamente, o da fertilidade e / ou teratogenicidade.
Outros efeitos foram relatados para doses de irradiação entre 0,1 e 2 Gy, ou seja , entre as baixas doses de irradiação hoje sem efeito conhecido e a dose que desencadeia a síndrome de radiação. Aguda sistematicamente tendo efeitos imediatos e graves: cataratas induzidas por radiação, doenças cardiovasculares ou excesso de mortalidade entre a coorte de liquidatários de Chernobyl .
Pode-se notar que o efeito estocástico é sobretudo um problema de saúde pública. Sabendo que a taxa de câncer "natural" é da ordem de 20%, uma pessoa acidentalmente exposta a 100 mSv (portanto, muito além das doses aceitas na proteção contra radiação) verá sua probabilidade de ser infectada com câncer passar. De 20% para 21%; ou seja, mesmo nesse nível de exposição, um possível câncer terá apenas 5% de chance de ser devido à exposição à radiação - e 95% de chance de ser devido a outra coisa. É apenas para pessoas expostas à síndrome de radiação aguda que a probabilidade de câncer induzido por radiação se torna significativa em um nível individual.
O risco de desenvolvimento anormal do feto no caso de irradiação significativa é muito real. Os efeitos colaterais no feto podem, a priori, ser subdivididos em quatro grupos: morte in utero , malformações ou retardo de crescimento e desenvolvimento e efeitos mutagênicos.
Não há aumento do risco de doenças genéticas secundárias à irradiação. As doses para que um efeito tenha sido identificado (da ordem de 10 rd , isto é, mais do que 100 mSv ) são muito mais elevadas do que as doses utilizadas durante os exames radiológicos.
O risco de mutação genética foi levantado e muito divulgado na década de 1950, após os bombardeios atômicos de Hiroshima e Nagasaki , e após o acidente causado pela precipitação nuclear do teste do Castelo Bravo em 1954, que revelou um homem morto. “Nos anos que se seguiram, e especialmente como resultado das observações feitas sobre os descendentes dos sobreviventes de Hiroshima e Nagasaki, ficou claro que essa preocupação era uma reação exagerada, devido às fortes paixões despertadas pela ameaça de guerra. Nuclear . »Nenhum efeito genético transmissível atribuível a um excesso de irradiação nunca foi demonstrado em humanos, inclusive após o acidente de Chernobyl, embora esse tema seja muito recorrente e regularmente explorado por publicações não científicas.
Os princípios e normas de proteção contra radiações são relativamente uniformes em todo o mundo e, em particular, na União Europeia.
Os padrões internacionais baseiam-se no princípio de que o risco à saúde é proporcional à dose recebida e que qualquer dose de radiação acarreta um risco carcinogênico e genético ( ICRP 1990). Embora nenhuma dose seja inofensiva, os limites são aceitos pelos padrões internacionais. Esses princípios de proteção radiológica obviamente se relacionam à proteção contra a síndrome aguda da radiação , e se estendem à zona de risco estocástico, para doses da ordem de 10 mSv / ano .
É aceito que o efeito cumulativo de taxas de dose baixas é muito menor do que o de uma dose equivalente recebida de uma só vez: taxas de dose abaixo de algumas dezenas de µSv / h, que é da ordem de A magnitude das exposições à radiação é altamente Em ambientes naturais radioativos, não há efeito das populações expostas, embora as doses cumulativas recebidas possam chegar a cerca de cem mSv por ano.
De acordo com o relatório de 2003 do CERI ( Comitê Europeu sobre Riscos de Radiação ), “as exposições internas são mais perigosas do que as externas devido à incorporação de produtos radioativos nas próprias células e constituintes celulares. Considerando que as atuais avaliações de risco após a contaminação estão subestimadas, ele propõe novos coeficientes de risco e limites de dose muito inferiores aos adotados no âmbito das disposições legislativas e recomendações internacionais da ICRP ”.
Em França, é aceite pelo princípio da precaução que a relação dose-efeito é linear sem um limiar até à dose zero, ou seja, se considera legalmente que uma dose, por menor que seja. a probabilidade de efeitos deletérios (maximização do risco em um princípio de equidade ).
Qualquer exposição humana às radiações ionizantes deve obedecer a um princípio de justificação e limitação. Daí diferentes limites regulatórios dependendo das populações (profissionais ou público em geral) e das diferentes partes do corpo. Não há limite regulatório para a exposição médica dos pacientes, pois essa exposição visa produzir um benefício direto, muito maior do que os riscos incorridos, para que determinado órgão possa receber uma dose maior de irradiação, por exemplo, por radioterapia .
A exposição humana à radiação pode ter três formas bastante diferentes de efeitos: exposição pontual, exposição crônica ou por contaminação.
A exposição crônica à radiação fraca (trabalho de tela, exames radiográficos, etc. ), gama ou X, é uma preocupação para a proteção das populações.
A exposição contínua ou repetida a um ambiente de irradiação expõe a uma taxa de dose maior ou menor, medida em microsieverts por hora. Pode ser um ambiente de trabalho (consultório médico de radiologia , trabalhador da indústria nuclear ) ou um ambiente de vida (o efeito de viver em altitude, ou em uma região rica em urânio ou tório ).
As doses anuais cumulativas neste modo de exposição são geralmente da ordem de um milissievert. As taxas correspondentes às exposições ambientais permitem que as células tenham tempo para se regenerar, e os efeitos adversos só são demonstrados para taxas de dose superiores a um milisivert por hora. Os camundongos expostos a 0,000 2 cGy / min (0,12 mGy / h ) por cinco semanas não mostram nenhum efeito detectável no DNA, embora a dose total (0,1 Gy ) cause danos detectáveis quando recebida de uma vez.
Exemplos de níveis de irradiação (por pessoa e por ano):
Irradiação média devido a usinas nucleares na França | 0,01 mSv / ano |
Irradiação devido à radioatividade natural na França | 1 a 2 mSv / ano |
Irradiação global (natural mais artificial) da população francesa | 2 a 3 mSv / ano |
Irradiação natural global da população mundial | 2,4 mSv / ano |
O radônio está presente espontaneamente em todas as regiões, em particular nas regiões graníticas e vulcânicas, mas sua presença não é desprezível mesmo em solos calcários.
Na França, as regiões ricas em radônio são a Bretanha, o Maciço Central, os Vosges e a Córsega.
A exposição ao radônio pode ser vista como um caso intermediário entre o ambiente de irradiação e a contaminação. Não é o próprio radônio que representa um problema radiológico, mas seus descendentes bloqueados nos pulmões na forma de micropartículas. Por esse motivo, uma atmosfera carregada de radônio é considerada principalmente como um ambiente contaminante, difundindo um "termo fonte". O conteúdo de radônio é medido em becquerels por metro cúbico, e viver em uma atmosfera carregada com radônio resulta principalmente na contaminação interna dos pulmões por descendentes de radônio. Isso resulta em uma dose em um nível estimado de 2,46 × 10 −9 sievert por hora de permanência e por becquerel e por metro cúbico.
É possível sofrer uma exposição maciça à radiação da ordem do cinza , intencionalmente ( radioterapia ), acidentalmente ( acidente nuclear ) ou após uma explosão nuclear .
Doses grandes geralmente levam à síndrome de radiação aguda , quando são da ordem de cinza. Eles são essencialmente o resultado de raios gama ou nêutrons (os raios α e β têm apenas um alcance limitado).
Durante o acidente nuclear de Forbach em 1991, três trabalhadores foram irradiados por um acelerador de partículas e receberam doses entre 50 e 100 grays.
As exposições pontuais a baixas doses de irradiação , recebidas todas de uma vez, são medidas em mili sieverts . Na maioria das vezes, para o público, correspondem a exames radiológicos ( raios-x , radiografias gama , scanners , etc. ). Mais raramente, em caso de acidente radiológico, as pessoas também podem ser expostas a baixas doses de irradiação: pessoas colocadas na presença de uma fonte radioativa a grande distância e / ou por um período de tempo suficientemente curto. Também é considerada a dose global para avaliar o risco de câncer no futuro durante exposições especiais: acidente de criticidade , acidente nuclear ou explosão nuclear .
Exemplos de níveis de irradiação (por pessoa e por ano):
Irradiação causada por um voo Paris-Nova York | 0,02 mSv |
Irradiação causada por uma radiografia simples dos pulmões | 0,02 mSv |
Irradiação média após tomografia computadorizada torácica ou abdominal | 2,5 a 10 mSv |
Durante a contaminação por produtos radioativos, o efeito da radioatividade é acentuado pela ligação do produto no corpo. A contaminação (geralmente acidental, mas às vezes voluntária na braquiterapia ) é mais frequentemente por inalação (por exemplo, risco de câncer de pulmão induzido por radônio ), possivelmente pela ingestão de produtos contaminados (poluição da água ou precipitação de materiais radioativos), ou pela contaminação do pele levando à inalação ou ingestão subsequente (ou mesmo penetração direta).
A contaminação interna por substâncias radioativas (seja por inalação, ingestão ou lesão) expõe o corpo a radiação fraca, mas diretamente em contato com os tecidos, e por um período de tempo potencialmente longo (dependendo do período biológico do radioisótopo , seu modo de ingestão, seu estado químico, etc. ). Essas contaminações são medidas em becquerel ; a maior ou menor radiotoxicidade da substância (e se houver, de seus descendentes radioativos ao longo da cadeia de decaimento ) é avaliada em sieverts por becquerel (a unidade típica sendo µSv / kBq).
A radiotoxicidade então depende essencialmente do produto e de sua forma química, que governam o metabolismo e permanecem no corpo. Essa radiotoxicidade se deve principalmente à radiação α e β , que é produzida diretamente no corpo e, na maioria das vezes, induz um risco de câncer .
Os materiais inertes também sofrem radiação em diferentes ambientes, especialmente em reatores nucleares e ambiente espacial. Esses ambientes são realmente muito radiativos e existem muitas partículas carregadas e de alta energia (elétrons, prótons, partículas α, etc.) interagindo de maneira Coulombiana e nuclear com os átomos do material irradiado. Em sua estrutura surgem defeitos simples ( lacuna e sítio intersticial ) ou mais complexos ( deslocamento ) , que modificam suas propriedades físico-químicas e mecânicas . A previsão desses desenvolvimentos foi e ainda é objeto de pesquisa fundamental e aplicada. Além disso, a irradiação é um meio usado para modificar intencionalmente materiais: endurecimento de polímeros , modificações das propriedades eletrônicas de semicondutores , etc. A irradiação também tem sido usada para quantificar o conteúdo de radicais induzidos por ações mecânicas (trituração) sobre compostos orgânicos ( lactose ).
A irradiação (às vezes chamada de " ionização ") é usada para esterilizar uma variedade de itens, a maioria dos quais na indústria médica . Também é usado na indústria de alimentos para esterilizar alimentos e mantê-los por mais tempo . Isso é controverso porque pode haver um risco para a saúde . Finalmente, é usado para melhorar as propriedades dos polímeros.
A plataforma experimental Aérial Feerix, inaugurada na região de Grand Est emsetembro de 2019, é uma ferramenta para estudar essas aplicações multissetoriais. Destinada à pesquisa, desenvolvimento e treinamento, a plataforma de irradiação é baseada em uma tecnologia desenvolvida pelo CEA e construída em tecnologias de ponta para acelerar elétrons e gerar raios-X de alta energia.
Por analogia , o termo irradiação também é encontrado nos seguintes campos: