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Radioisotope

Radionucléide, radioélément

  • Un radionuclĂ©ide (contraction de radioactivitĂ© et de nuclĂ©ide) est un nuclĂ©ide radioactif, c'est-Ă -dire qui est instable et peut donc se dĂ©composer en Ă©mettant un rayonnement.
  • Un radioisotope (contraction de radioactivitĂ© et d'isotope) est un isotope radioactif (parce que son noyau est un radionuclĂ©ide).
  • Un radioĂ©lĂ©ment (contraction de radioactivitĂ© et d'Ă©lĂ©ment) est un Ă©lĂ©ment chimique dont tous les isotopes connus sont des radioisotopes.

Cette instabilité peut être due à un excès de protons ou de neutrons, voire des deux. Les radioisotopes existent naturellement mais peuvent aussi être produits artificiellement par une réaction nucléaire.

Lors d'une catastrophe nucléaire (telle que la catastrophe de Tchernobyl) ou lors d'une explosion atomique (telle qu'un essai nucléaire), une grande quantité de radionucléides sont propulsés dans l'atmosphère, se propagent autour du globe terrestre et retombent plus ou moins rapidement sur le sol.

Ce graphique Ă  barres compare les relevĂ©s de radioisotopes constatĂ©s sur le terrain en juin 2011 Ă  500 mètres de la centrale de Fukushima UnitĂ© I (Ă  gauche) avec les donnĂ©es Ă©quivalentes fournies dans un rapport de l'OCDE pour la catastrophe de Tchernobyl (Ă  droite).

Utilisation des radioisotopes

Depuis la seconde moitié du XXe siècle, un nombre croissant de radionucléides est produit dans le monde pour la médecine et divers usages techniques (traçage isotopique, etc.)[1].

En médecine nucléaire

Les radioisotopes sont largement utilisés à des fins de diagnostic ou de recherche. Les radioisotopes présents naturellement ou introduits dans le corps, émettent des rayons gamma et, après détection et traitement des résultats, fournissent des informations sur l'anatomie de la personne et sur le fonctionnement de certains organes spécifiques. Lorsqu'ils sont utilisés ainsi les radioisotopes sont appelés traceurs.

La radiothérapie utilise aussi des radioisotopes dans le traitement de certaines maladies comme le cancer. Des sources puissantes de rayons gamma sont aussi utilisées pour stériliser le matériel médical.

Dans les pays occidentaux, environ une personne sur deux est susceptible de bénéficier de la médecine nucléaire au cours de sa vie, et la stérilisation par irradiation gamma est quasiment universellement utilisée.

Dans l'industrie

Les radioisotopes peuvent être utilisés pour examiner les soudures, détecter les fuites, étudier la fatigue des métaux et analyser des matériaux ou des minéraux. Ils sont aussi utilisés pour suivre et analyser les polluants, étudier les mouvements des eaux de surface, mesurer l'écoulement de la pluie et de la neige, ainsi que le débit des cours d'eau.

De nombreux dĂ©tecteurs de fumĂ©es utilisent un radioisotope dĂ©rivĂ© du plutonium ou de l'amĂ©ricium produit artificiellement, ainsi que certains paratonnerres[2]. Ceux-lĂ  ont Ă©tĂ© interdits en France par un dĂ©cret d'avril 2002, promulguĂ© par le gouvernement Jospin et « relatif Ă  la protection gĂ©nĂ©rale des personnes contre les dangers des rayonnements ionisants », conduisant au retrait du marchĂ© de plus de 7 millions de dĂ©tecteurs de fumĂ©es d'ici 2015[3].

Un arrêté du 5 mai 2009, promulgué par le gouvernement Fillon et pris après avis défavorable de l'Autorité de sûreté nucléaire, permettrait toutefois l'usage de produits contenant des radionucléides dans les biens de consommation[4].

Dans l'environnement

On trouve aujourd'hui dans l'environnement et la biosphère des radioisotopes naturels et artificiels (principalement issus des mines d'uranium, de la combustion de certains combustibles fossiles, de déchets industriels (ex : phosphogypse) de la médecine nucléaire…, mais surtout des retombées des armes nucléaires et essais nucléaires (dans les années 1950 et 1960), de l'industrie nucléaire, et du retraitement des déchets radioactifs ou des accidents nucléaires). Ils sont parfois utilisés comme « radiotraceurs » pour l'étude de la cinétique de la radioactivité artificielle dans l'environnement ou le secteur agroalimentaire[5]. Ils peuvent localement poser des problèmes, parfois sérieux et durables de contamination de l'air, de l'eau, du sol ou des écosystèmes.

La cinétique environnementale des radionucléides est complexe et dépend de nombreux facteurs. Elle varie pour chaque famille de radio-éléments, dans l'environnement et dans les organismes (de nombreux radioéléments ont des affinités propres en termes de ligands, protéines-cibles ou organes-cibles et par suite un comportement différent dans le métabolisme ; par exemple l'iode radioactif est essentiellement concentré par la thyroïde). Dans ce cadre, l'étude des analogues chimiques apporte aussi des renseignements utiles.
Pour étudier ces questions on se base sur le traçage environnemental des radionucléides, ainsi que sur des dosages faits in situ pour la cartographie des contaminations, l'évaluation des risques directs ou le calage de modèles[6]). On essaye aussi de comprendre le comportement de chaque type de radionucléide, via des modélisations, encore incertaines, notamment basées sur des matrices d'interaction, méthode semi-quantitative facilitant l'identification et la hiérarchisation des multiples interactions (dont relations de type cause à effet) entre composantes biotiques et abiotiques de l'écosystème[6]. C'est ainsi qu'on a par exemple étudié la migration de radiocésium dans les écosystème prairiaux touché par les retombées de Tchernobyl en césium 137[6]. Ces matrices d'interaction ont dans le même temps permis d'explorer les changements dynamiques dans les voies de migration du césium et de comparer les conséquences des différentes voies d'exposition de rayonnement pour les organismes vivants[6]. ce travail doit être effectué pour tous les compartiments des écosystèmes. La migration du césium est par exemple très différente en plaine (lessivage intense) et en forêt où les champignons peuvent fortement le bioaccumuler, le remonter en surface (bioturbation) où il est alors biodisponible pour les sangliers, écureuils ou autres animaux (ou humains) mycophages.

La bioaccumulation et bioconcentration de certains radionucléides est possible en mer où les invertébrés fouisseurs et les animaux filtreurs (moules pour l'iode par exemple) jouent un rôle important dans la concentration de certains radioéléments. Sur terre où le nombre et la quantité de radionucléide artificiel a beaucoup augmenté à partir des années 1950 environ, puis après la catastrophe de Tchernobyl[5], ce sont les champignons (parfois symbiotes obligatoires de certaines plantes, arbres notamment via la mycorhization) qui peuvent également fortement les bioconcentrer ou les remobiliser. On s'en est aperçu dans les années 1960 en comptant et étudiant des taux croissants de radioactivité de certains horizons organiques de sols forestiers qui se sont avérés liés essentiellement à la biomasse fongique[7]. La compréhension du rôle des champignons s'améliore grâce à des modèles plus précis, notamment pour le radiocésium dans les écosystèmes forestiers[8]. L'activité fongique joue un rôle pivot dans la matrice d'interaction des éléments radioactifs du sol avec le vivant, via la chaine alimentaire (Réseau trophique). Ils sont l'un des « régulateurs » les plus importants connus du mouvement biotique des radionucléides dans les sols (de la mobilisation à la bioconcentration en passant par la bioturbation)[9].

PĂ©riode radioactive des radioisotopes

PĂ©riode radioactive des radioisotopes
(par masse atomique croissante)
Nom Symbole Demi-vie / unité
Tritium3
1
T
12,31an
BĂ©ryllium 77
4
Be
53,22jour
Carbone 1111
6
C
20,37minute
Carbone 1414
6
C
5 700an
Azote 1313
7
N
9,967minute
Azote 1616
7
N
7,13seconde
Oxygène 1515
8
O
2,041minute
Fluor 1818
9
F
1,829heure
Sodium 2222
11
Na
2,603an
Phosphore 3232
15
P
14,284jour
Soufre 3535
16
S
87,32jour
Potassium 4040
19
K
1,265milliard d'années
Scandium 4646
21
Sc
83,788jour
Chrome 5151
24
Cr
27,7jour
Manganèse 5454
25
Mn
312,13jour
Fer 5252
26
Fe
8,26heure
Fer 5959
26
Fe
44,5jour
Cobalt 5858
27
Co
70,83jour
Cobalt 6060
27
Co
5,271an
Nickel 6363
28
Ni
98,7an
Gallium 6767
31
Ga
3,26jour
Krypton 8585
36
Kr
10,75an
Rubidium 8787
37
Rb
48,8milliard d'années
Strontium 9090
38
Sr
28,8an
Yttrium 9090
39
Y
2,668jour
Zirconium 9595
40
Zr
64,032jour
Niobium 9595
41
Ni
35jour
Molybdène 9999
42
Mo
2,75jour
Technétium 9999
43
Tc
211 000an
Technétium 99m99m
43
Tc
6heure
Ruthénium 103103
44
Ru
39,255jour
Ruthénium 106106
44
Ru
372,6jour
Indium 111111
49
In
2,805jour
Indium 113113
49
In
103mois
Tellure 132132
52
Te
3,2jour
Iode 123123
53
I
13,2heure
Iode 129129
53
I
16,1million d'années
Iode 131131
53
I
8,023jour
Iode 132132
53
I
2,3heure
XĂ©non 133133
54
Xe
5,244jour
XĂ©non 135135
54
Xe
9,14heure
CĂ©sium 134134
55
Cs
2,065an
CĂ©sium 135135
55
Cs
2,3million d'années
CĂ©sium 137137
55
Cs
30,05an
Baryum 140140
56
Ba
12,8jour
Lanthane 140140
57
La
40,2heure
Tantale 182182
73
Ta
114,4jour
Rhénium 186186
75
Re
3,7jour
Erbium 169169
68
Er
9,4jour
Iridium 19277
192
Ir
73,8jour
Or 198198
79
Au
2,69jour
Thallium 201201
81
Tl
3,04jour
Thallium 208208
81
Tl
3,07minute
Plomb 210201
82
Pb
22,3an
Plomb 212212
82
Pb
10,64heure
Plomb 214214
82
Pb
26,8minute
Bismuth 210210
83
Bi
5,01jour
Bismuth 212212
83
Bi
60,6minute
Bismuth 214214
83
Bi
19,9minute
Polonium 210210
84
Po
138jour
Polonium 212212
84
Po
0,305microseconde
Polonium 214214
84
Po
164microseconde
Polonium 216216
84
Po
0,15seconde
Polonium 218218
84
Po
3,05minute
Radon 220220
86
Rn
55,8seconde
Radon 222222
86
Rn
3,82jour
Radium 224224
88
Ra
3,627jour
Radium 226226
88
Ra
1 600an
Radium 228228
88
Ra
5,75an
Actinium 228228
29
Ac
6,13heure
Thorium 228228
90
Th
1,91an
Thorium 230230
90
Th
75 400an
Thorium 232232
90
Th
14,1milliard d'années
Thorium 234234
90
Th
24,1jour
Protactinium 234m234m
90
Pa
1,17minute
Uranium 234234
92
U
245 500an
Uranium 235235
92
U
704million d’années
Uranium 238238
92
U
4,47milliard d’années
Neptunium 237237
93
Np
2,14million d'années
Neptunium 239239
93
Np
2,36jour
Plutonium 238238
94
Pu
87,74an
Plutonium 239239
94
Pu
24 100an
Plutonium 240240
94
Pu
6 561an
Plutonium 241241
94
Pu
14,32an
Américium 241241
95
Am
432,6an
Américium 243243
95
Am
7 370an
Curium 244244
96
Cm
18,11an
PĂ©riode radioactive des radioisotopes
(par demi-vie croissante)
Nom Symbole Demi-vie / unité
Polonium 212212
84
Po
0,305microseconde
Polonium 214214
84
Po
164microseconde
Polonium 216216
84
Po
0,15seconde
Azote 1616
7
N
7,13seconde
Radon 220220
86
Rn
55,8seconde
Protactinium 234m234m
90
Pa
1,17minute
Oxygène 1515
8
O
2,041minute
Polonium 218218
84
Po
3,05minute
Thallium 208208
81
Tl
3,07minute
Azote 1313
7
N
9,967minute
Bismuth 214214
83
Bi
19,9minute
Carbone 1111
6
C
20,37minute
Plomb 214214
82
Pb
26,8minute
Bismuth 212212
83
Bi
1,01heure
Fluor 1818
9
F
1,829heure
Iode 132132
53
I
2,3heure
Technétium 99m99m
43
Tc
6heure
Actinium 228228
89
Ac
6,13heure
Fer 5252
26
Fe
8,26heure
XĂ©non 135135
54
Xe
9,14heure
Plomb 212212
82
Pb
10,64heure
Iode 123123
53
I
13,2heure
Lanthane 140140
57
La
40,2heure
Neptunium 239239
93
Np
2,36jour
Yttrium 9090
39
Y
2,668jour
Or 198198
79
Au
2,69jour
Molybdène 9999
42
Mo
2,75jour
Indium 111111
49
In
2,805jour
Thallium 201201
81
Tl
3,04jour
Tellure 132132
52
Te
3,2jour
Gallium 6767
31
Ga
3,26jour
Radium 224224
88
Ra
3,627jour
Rhénium 186186
75
Re
3,7jour
Radon 222222
86
Rn
3,82jour
Bismuth 210210
83
Bi
5,01jour
XĂ©non 133133
54
Xe
5,244jour
Iode 131131
53
I
8,023jour
Erbium 169169
68
Er
9,4jour
Baryum 140140
56
Ba
12,8jour
Phosphore 3232
15
P
14,284jour
Thorium 234234
90
Th
24,1jour
Chrome 5151
24
Cr
27,7jour
Niobium 9595
41
Nb
35jour
Ruthénium 103103
44
Ru
39,255jour
Fer 5959
26
Fe
44,5jour
BĂ©ryllium 77
4
Be
53,22jour
Zirconium 9595
40
Zr
64,032jour
Cobalt 5858
27
Co
70,83jour
Iridium 192192
77
Ir
73,8jour
Scandium 4646
21
Sc
83,788jour
Soufre 3535
16
S
87,32jour
Tantale 182182
73
Ta
114,4jour
Polonium 210210
84
Po
138jour
Manganèse 5454
25
Mn
312,13jour
Ruthénium 106106
44
Ru
372,6jour
Thorium 228228
90
Th
1,91an
CĂ©sium 134134
55
Cs
2,065an
Sodium 2222
11
Na
2,603an
Cobalt 6060
27
Co
5,271an
Radium 228228
88
Ra
5,75an
Indium 113113
49
In
103mois
Krypton 8585
36
Kr
10,75an
Tritium3
1
T
12,31an
Plutonium 241241
94
Pu
14,32an
Curium 244244
96
Cm
18,11an
Plomb 210210
82
Pb
22,3an
Strontium 9090
38
Sr
28,8an
CĂ©sium 137137
55
Cs
30,05an
Plutonium 238238
94
Pu
87,74an
Nickel 6363
28
Ni
98,7an
Américium 241241
95
Am
432,6an
Radium 226226
88
Ra
1 600an
Carbone 1414
6
C
5 700an
Plutonium 240240
94
Pu
6 561an
Américium 243243
95
Am
7 370an
Plutonium 239239
94
Pu
24 100an
Thorium 230230
90
Th
75 400an
Technétium 9999
43
Tc
211 000an
Uranium 234234
92
U
245 500an
Neptunium 237237
93
Np
2,14million d'années
CĂ©sium 135135
55
Cs
2,3million d'années
Iode 129129
53
I
16,1million d'années
Uranium 235235
92
U
704million d’années
Potassium 4040
19
K
1,265milliard d'années
Uranium 238238
92
U
4,47milliard d’années
Thorium 232232
90
Th
14,1milliard d'années
Rubidium 8787
37
Rb
48,8milliard d'années

Notes et références

  1. T.J. Ruth, B.D. Pate, R. Robertson, J.K. Porter, Radionuclide production for the biosciences Review Article International Journal of Radiation Applications and Instrumentation. Part B. Nuclear Medicine and Biology, Volume 16, Issue 4, 1989, Pages 323-336 (lien (article payant))
  2. Demande d'enlèvement des paratonnerres radioactifs. ANDRA
  3. Philippe Defawe, 7 millions de détecteurs ioniques de fumée doivent être retirés d'ici 2015, Le Moniteur, 24 novembre 2008
  4. Bientôt de la radioactivité dans nos objets de consommation ?, Rue89, 8 janvier 2010
  5. Jim Smith, Nick Beresford, G. George Shaw and Leif Moberg, Radioactivity in terrestrial ecosystems ; Springer Praxis Books, 2005, Chernobyl — Catastrophe and Consequences, p. 81-137 (Introduction)
  6. H. R. Velasco, J. J. Ayub, M. Belli and U. Sansone (2006), Interaction matrices as a first step toward a general model of radionuclide cycling: Application to the 137Cs behavior in a grassland ecosystem ; Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry vol. 268, no 3, p. 503-509, DOI: 10.1007/s10967-006-0198-2 résumé
  7. Osburn 1967
  8. Avila et Moberg, 1999
  9. John Dighton, Tatyana Tugay and Nelli Zhdanova, Interactions of Fungi and Radionuclides in Soil ; Soil Biology, 1, Volume 13, Microbiology of Extreme Soils, Soil Biology, 2008, vol. 13, no 3, p. 333-355, DOI: 10.1007/978-3-540-74231-9_16, (Résumé)

Voir aussi

Bibliographie

Articles connexes



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