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Marc Ammerich Exercices de radioprotection Niveau initial en radioprotection 2

Marc Ammerich Exercices de radioprotection Niveau initial en radioprotection 2 Exercices de radioprotection Tome 2 : Niveau initial en radioprotection Exercices de radioprotection Tome 2 : Niveau initial en radioprotection Marc Ammerich Imprimé en France ISBN (papier) : 978-2-7598-2325-3 - ISBN (ebook) : 978-2-7598-2347-5 Tous droits de traduction, d’adaptation et de reproduction par tous procédés, réservés pour tous pays. La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part, que les « copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective », et d’autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d’exemple et d’illustration, « toute représentation intégrale, ou partielle, faite sans le consente- ment de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (alinéa 1er de l’article 40). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du code pénal. © EDP Sciences, 2019 5 Table des matières Introduction générale. .................................................................................. 7 QUESTIONS 9 Radioactivité. ................................................................................................ 11 Interactions rayonnement matière – exposition externe – grandeurs dosimétriques – détection........................................................... 23 Protection contre l’exposition interne – effets biologiques des rayonnements......................................................................................... 43 Réglementation. ............................................................................................ 61 RÉPONSES 69 Radioactivité. ................................................................................................ 71 Interactions rayonnements matière – exposition externe – grandeurs dosimétriques – détection........................................................... 93 Protection contre l’exposition interne – effets biologiques des rayonnements......................................................................................... 117 Réglementation. ............................................................................................ 139 7 Introduction générale Depuis de nombreuses années, vous avez eu l’occasion de consulter ou d’acquérir des ouvrages de radioprotection pour tous les niveaux. Certains sont même assez anciens. J’ai eu en commençant mes études à la fin des années 1970 l’ouvrage Radioprotection pratique de messieurs Rodier et Chassagny. Tout le monde a également en mémoire le fameux Vade-Mecum de Raymond Pannetier. Vous connaissez probablement, par le même auteur, le grand tableau des radionucléides. Plus récemment, la série des ouvrages pour les personnes compétentes de l’INSTN permet à ceux qui vont être désignés pour assurer cette fonction d’avoir une source d’informations importantes. Il existe ensuite des ouvrages à des niveaux supérieurs, traitant de sujets particuliers, comme la radioactivité d’Yves Chelet ou la dosimétrie et l’exposition externe de Laurent Bourgois et Rodolphe Antoni. Un prochain ouvrage écrit par Arnaud Boquet va concerner le niveau bac +2 en radioprotection. Mais il n’existait pas à proprement parler de livrets d’exercices (en dehors de ceux proposés dans les ouvrages) déclinés sur plusieurs niveaux. J’ai donc, avec les encouragements d’Henri Métivier et de mon éditeur EDP Sciences, rédigé trois livrets d’exercices pour combler cette petite lacune. Chaque livret sera donc composé de la manière suivante : les énoncés sont regrou- pés dans la première partie et vous trouverez les corrigés dans la seconde partie. 8 Exercices de radioprotection Mais ne trichez pas ! Regardez les corrigés quand vous aurez terminé l’exercice, sauf si vous êtes totalement bloqué. Je tiens à remercier ici Arnaud Boquet qui a été un relecteur attentif (et c’est assez rébarbatif de reprendre les exercices et les corrigés) des trois livrets et qui a donné son point de vue éclairé sur les niveaux. Formation initiale – premier niveau Ce livret est adapté pour les niveaux bac, BTS et licence, licence pro. Un étudiant niveau bac pourra y apprendre les bases, un étudiant niveau BTS pourra se per- fectionner sur l’aspect quantitatif des phénomènes et un étudiant niveau licence/ licence pro y trouvera ce qu’un radioprotectionniste est censé savoir faire. Et toute personne soucieuse d’améliorer ses compétences en RP y trouvera son compte. Les commentaires d’Arnaud Pour avoir fait les exercices et étant donné le niveau actuel des étudiants de bac à licence, je pense que ces exercices seront adaptés. J’ai bien aimé le fait de reprendre les mêmes thèmes pour les exercices en fonction des chapitres (radioactivité, protection externe, protection interne). De plus, les exercices prennent des cas concrets fort intéressants et souvent illustrés. QUESTIONS 11 Radioactivité Rappels Processus naturel qui fait que certains atomes instables (déséquilibrés) reviennent dans un état de stabilité. On désigne cette transformation sous le nom de désintégration. Ce processus s’accompagne de l’émission de différents rayonnements : α β– β+ X γ (particulaires ou électromagnétiques). Dans le cas du rayonnement gamma, le phé- nomène est désigné par désexcitation. On observe également le processus d’émission d’électrons de conversion interne. Ces rayonnements sont porteurs d’énergie variant de quelques keV à 9 MeV (en dehors de processus d’accélération). À la suite des désintégrations et désexcitations, il peut y avoir un réarrangement du cortège électronique. Cela produit l’émission de rayonnements X et d’électrons auger. La grandeur ACTIVITÉ a pour unité du système international le becquerel. 1 désintégration par seconde = 1 Bq La grandeur ACTIVITÉ est également liée à la PÉRIODE. C’est le temps nécessaire pour que l’activité diminue de moitié. A Ln N T = 2 . A étant l’activité et N le nombre de noyaux radioactifs. 12 Exercices de radioprotection Activité et période étant liées, on constate une décroissance radioactive au cours du temps, pour chaque atome radioactif. A A e Ln T t = −( ) 0 2 . . L’activité est propre à chaque produit radioactif, fonction de la période. Plus la période est petite, plus la masse mise en jeu pour avoir une activité importante est petite. La masse d’un produit radioactif m est donnée par la formule : m M N Na = . M étant la masse molaire assimilable au nombre de masse et NA le nombre d’Avogadro. Un produit radioactif peut donner aussi par décroissance un autre produit radioac- tif. C’est le processus de filiation radioactive. L’activation neutronique fait qu’un produit qui était stable devient radioactif. Exercice n° 1 Afin de fabriquer des sources de prométhéum-147 qui sont utilisés dans certains chromatographes, on prend du néodyme-147. On se propose d’étudier le schéma de désintégration simplifié de ce corps radioactif. 13 Radioactivité a) Écrire la relation de désintégration du néodyme-147. b) Calculer l’énergie et l’intensité d’émission du rayonnement bêta 1. c) Le niveau excité de 91 keV se désexcite, soit par conversion interne, soit par émission gamma. Sachant que le coefficient de conversion interne a pour valeur : α1 = 2,03, calculer l’intensité du rayonnement γ1. Calculer également son énergie. d) L’énergie de liaison des électrons du prométhéum étant de 45 keV, calculer l’énergie des électrons de conversion interne. Donner leur intensité d’émission. e) Calculer les énergies et les intensités d’émission des rayonnements γ2 et γ3. f) Quelle est la masse nécessaire de néodyme à utiliser pour avoir une activité initiale de 100 MBq ? g) Quelle est la valeur de l’activité en néodyme-147 au bout de 100 jours ? Exercice n° 2 Pour évaluer la teneur en calcium-46 dans des ossements, on a procédé à une acti- vation neutronique d’un petit flacon contenant la matière à analyser. On a donc produit du calcium-47 radioactif qui a les caractéristiques suivantes : a) Écrire la relation de désintégration du calcium-47. b) Donner les énergies et les intensités d’émission des rayonnements bêta. 14 Exercices de radioprotection c) Sachant qu’il n’y a pas de conversion interne, donner les énergies et les intensi- tés d’émission des rayonnements gamma. d) À l’instant initial, moment où l’on a sorti le flacon, l’activité en calcium-47 est de 50 mCi. Quel est alors le taux d’émission des rayonnements gamma ? e) Quelle est la valeur de l’activité 20 jours après l’instant initial ? f) Quel temps doit-on attendre pour que la source de calcium-47 ait une activité de 3,7 MBq ? g) Quelle est la masse de calcium-47 formée à l’instant initial ? h) Sachant que le calcium-46 représente 0,0033 % de masse totale de calcium, quelle est la masse de calcium qui a été exposée ? On suppose que tout le cal- cium-46 s’est transformé en calcium-47. i) Le scandium-47 étant lui-même radioactif, à quel moment l’activité des deux produits est-elle égale ? Exercice n° 3 On utilise l’indium sous forme d’oxyde pour recouvrir certaines fibres optiques. En effet l’oxyde d’indium est transparent. Pour vérifier l’homogénéité du dépôt de l’oxyde d’indium sur les fibres, on marque celui-ci avec un traceur radioactif qui se trouve être de l’indium-111. Ce produit radioactif a les caractéristiques suivantes : 15 Radioactivité a) Écrire la relation de désintégration de l’indium-111. Quel phénomène et quels types de rayonnements accompagnent la capture électronique ? b) Donner les énergies et les intensités d’émission des rayonnements gamma, ainsi que les énergies et l’intensité d’émission des électrons de conversion interne. c) À l’instant initial, on incorpore le traceur qui est sous forme liquide en solution à l’oxyde d’indium. Pour le test d’homogénéité, on va utiliser 222 grammes d’oxyde qui sont déposés sur des fibres optiques. En supposant que le produit radioactif ait une activité de 345 MBq, quelle est la proportion de la masse de produit radioactif par rapport à la masse totale ? d) Exprimer l’activité initiale en millicuries. e) Quelle est la valeur de l’activité de l’indium-111, 13,45 heures après l’instant initial ? f) Même question 14 jours après l’instant initial. uploads/Geographie/ exercices-de-radioprotection-niveau-initial-en-radioprotection 1 .pdf