Cours national de formation sur le contrôle réglementaire des sources de rayonnement ionisant 24 – 28 Septembre 2018, N’Djamena (TCHAD) Principes de Radioprotection IAEA International Atomic Energy Agency Sommaire • Objectif • Principes généraux de radioprotection • Principes de base de la radioprotection − − − − Le temps La distance Les écrans Combinaison des moyens de protection IAEA 2 Principes généraux de radioprotection • Les trois principes généraux de radioprotection, sont la justification, l’optimisation de la protection et l’application de limites de dose. • Les parties ayant des responsabilités en matière de protection et de sûreté veillent à ce que les principes de radioprotection soient appliqués pour toutes les situations d’exposition aux rayonnements ionisants. IAEA 3 Principes généraux de radioprotection (suite) Justification des pratiques • Le gouvernement ou l’organisme de réglementaire veille à ce que seules les pratiques justifiées soient autorisées. • Le gouvernement ou l’organisme de réglementaire, selon qu’il convient, veille à ce que des dispositions soient prévues pour la justification de tous les types de pratiques et pour son analyse, si besoin est, et à ce que seules les pratiques justifiées soient autorisées. (GSR Part.3 Para.3.16) IAEA 4 Principes généraux de radioprotection (suite) Optimisation de la protection et de la sûreté • Le gouvernement ou l’organisme de réglementaire établit et fait appliquer des prescriptions pour l’optimisation de la protection et de la sûreté, et les titulaires d’enregistrements et de licences veillent à ce que la protection et la sûreté soient optimisées Limitation des doses • Le gouvernement ou l’organisme de réglementaire établit des limites de dose pour les cas d’exposition professionnelle et d’exposition du public, et les titulaires d’enregistrements et de licences doivent les appliquent. IAEA 5 Principes généraux de radioprotection (suite) Évaluation de la sûreté L’organisme de réglementation établit et fait appliquer des prescriptions pour l’évaluation de la sûreté, et la personne ou l’organisation responsable d’une installation ou d’une activité entraînant des risques radiologiques procède à une évaluation de la sûreté appropriée de cette installation ou activité. IAEA 6 Principes de base de la radioprotection La protection contre l'irradiation externe est assurée par : • Le temps • La distance • Les écrans IAEA 7 Protection par le temps Décroissance radioactive Applicable pour les déchets Non pour les sources en fonction Non pour les générateurs électriques IAEA 8 Protection par le temps la durée d'exposition Notion de débit de dose : dose par unité de temps Source en fonctionnement avec un débit de dose constant D = débit x temps Temps court Dose plus faible IAEA 9 Protection par le temps la durée d'exposition Une source radioactive ayant un débit de dose de : 10 mGy/h Intervention 1 heure D = 10 mGy Intervention 6 minutes D = 1 mGy • Limiter les temps d'intervention • Préparer les interventions • Optimiser les constantes IAEA 10 Protection par la distance Pour les rayonnements directement ionisants ( α, β ), le parcours fini dans l’air : α : le parcours très court, l’ éloignement est donc destiné à la protection contre la contamination. β : la distance doit être supérieure à son parcours et c’est selon l'énergie du rayonnement Pour les rayonnements indirectement ionisants (x,ɣ, n), il y a peu ou pas d'atténuation dans l'air. 10 IAEA 6 4 11 Protection par la distance (suite) Une même surface voit un angle (solide) plus petit en s'éloignant Distance Un même angle (solide) est vu par une surface plus grande en s'éloignant IAEA 12 Protection par la distance (suite) Pour une source ponctuelle ou à une distance x > 8 fois la taille de la source D1 D2 x1 x2 D1 . x1² = D2 . x2² Dn . Xn² = Constante IAEA 13 Protection par la distance (suite) Si x1 = 1 m D1m. x1m² D1m = D2 = x2² x2² D1m Dn = xn² " Loi en 1/d² " L'intensité de l'irradiation, ou la dose… décroît selon l'inverse du carré de la distance IAEA 14 Protection par la distance (suite) La distance est un moyen de protection : • efficace • à privilégier chaque fois que possible Ses applications pratiques se font par : • pinces de manipulation • dispositifs de télécommande • appareils de mesure avec perche • balisage éloigne • mesures d'éloignement … IAEA 15 Protection par la distance (suite) Exercice : Une source a un débit de dose de 0,2 Sv/h à 4 m, calculer le débit de dose à 8 m ? D2 ? D1= 0,2 Sv/h X2= 8 m X1= 4 m D1 . x1² = D2 . X2² 0,2 Sv/h . 4² = D2 . 8² IAEA 0,2 Sv/h . 4² D2 = 8² D2 = 0,05 Sv/h = 5.10-2 Sv/h 16 Constante spécifique d'ionisation ( G ) Pour les photons (X et g) Standardisation Débit de dose (µGy/h) ou (mGy/h) • à1m • pour 1 Gbq (source radioactive) • à1m • pour 1 mA (générateur électrique) IAEA Gg Gx 17 Constante spécifique d'ionisation ( G ) Pour les photons (X et g) (suite) Pour une source radioactive d’activité ( A ) en GBq . à1m D = A . Gg . (A = activité de la source) D = µGy/h Pour un générateur électrique sous une intensité ( A ) en mA . D = A . Gx à1m (A = intensité du courant) . D = mGy/h IAEA 18 Constante spécifique d'ionisation ( G ) Pour les photons (X et g) (suite) à1m D1m = A . G distance temps IAEA D1m Dx = x² A . G Dx = x² A.G.t Dx = x² 19 Constante spécifique d'ionisation ( G ) Pour les photons (X et g) (suite) Valeurs de G Gg (pour les rayons gamma) Source 192 170 G (µGy.h-1.GBq-1) Ir 136 Tm 0,67 137Cs 95,2 A 1 m d'une source de 1 GBq de 137Cs le débit de dose est 95,2 µGy/h IAEA 20 Constante spécifique d'ionisation ( G ) Pour les photons (X et g) (suite) Valeurs de G Gx (pour les rayons X des générateurs électriques) Gx en mGy.h-1.mA-1 Haute tension en kV Filtre 0,07 mm Cu Filtre 0,07 mm Cu 50 5,44 2,72 - 100 19 13,6 2,72 150 38 28,5 9,5 200 58 46,5 20,4 300 IAEA Filtre 0,07 mm Cu 46,2 21 Constante spécifique d'ionisation ( G ) Pour les photons (X et g) (suite) Exercice : Calculer le débit de dose à 1 m d'une source de 3 GBq de 137Cs ( Gg = 95 µGy/h. GBq-1). . On sait que : D = 95 µGy/h pour 1 GBq , à 1 m .D = 95 x 3 = 285 µGy/h (à 1 m) IAEA Pour 3 GBq 22 Protection par les écrans Pour les rayonnements directement ionisants (a, b) : • parcours fini dans l'air, écran d‘épaisseur supérieure au parcours • écran en materiau leger (plexiglass, aluminium…) pour b , sauf pour la protection totale contre les X de freinage qui nécessite un écran complémentaire. IAEA 23 Protection par les écrans (suite) Pour les rayonnements indirectement ionisants ( X,g, ) : • Parcours infini • Atténuation dans la matière • Rayonnement (énergie) • écran (densité) épaisseur d’écran Atténuation IAEA 24 Notion de coefficient d'atténuation Une même épaisseur attenue toujours la même proportion de rayonnement µ = coefficient d’atténuation Probabilité d'interaction avec l'écran qui est fonction de : • nature de l'écran • énergie du rayonnement µ = proportion de rayonnement atténué par une unité d'épaisseur (cm-1, mm-1) Valeurs Tabulées IAEA 25 Eau d=1 Béton d = 2,3 0,1 0,167 0,2 Béton baryté d = 3,4 Fer d = 7,9 Plomb d = 10,8 0,382 2,7 57,1 0,36 0,29 1,075 9,68 0,3 0,118 0,246 0,483 0,832 3,83 0,4 0,106 0,22 0,357 0,721 2,25 0,5 0,0966 0,2 0,306 0,65 1,57 0,6 0,0896 0,184 0,274 0,597 1,22 0,7 0,0835 0,173 0,25 0,553 1,04 0,8 0,0786 0,162 0,233 0,52 0,9 0,9 0,0743 0,153 0,216 0,493 0,81 1 0,0706 0,146 0,207 0,466 0,739 1,1 0,0675 0,14 0,194 0,447 0,679 1,2 0,0645 0,134 0,185 0,426 0,637 1,3 0,062 0,128 0,178 0,41 0,602 1,4 0,0596 0,124 0,172 0,396 0,575 1,5 0,0575 0,119 0,166 0,381 0,553 2 0,0493 0,103 0,146 0,333 0,494 2,5 0,0428 0,09 0,131 0,298 0,459 0,0396 0,0835 0,125 0,283 0,455 3 IAEA Valeurs du coefficient d’atténuation Énergie en MeV 26 Notion de coefficient d'atténuation La relation d’atténuation est : N = N0 . e - µx • • • N0 x µ intensité du faisceau incident épaisseur de l’écran en cm coefficient linéaire d’atténuation en cm-1 Cette formule est uniquement valable pour le rayonnement direct Ce qui n'est pas sans rappeler la formule suivante : A = A0 . e - lt IAEA 27 Notion d‘épaisseur moitié ou couche de demi atténuation (CDA ou X1/2) Flux = N0 Flux = N0 /2 Épaisseur = 1 CDA Épaisseur d'écran qui atténue d'un facteur deux (2) le flux de rayonnement qui le traverse CDA = IAEA Ln 2 µ Valeurs tabulées 28 Notion d‘épaisseur moitié ou couche de demi atténuation (CDA ou X1/2) N N/2 2 N/4 N/2 1 CDA 1 CDA N/8 2 N/8 N/16 1 CDA N IAEA N/4 2 1 CDA N/16 4 CDA 29 Notion d‘épaisseur moitié ou couche de demi atténuation (CDA ou X1/2) Rayonnement diffusé Rayonnement direct Accumulation de dose liée aux rayonnements diffusés Facteur d'accumulation = build up (B) N = N0 . e - µx IAEA N = B . N0 . e - µx 30 Notion d‘épaisseur moitié ou couche de demi atténuation (CDA ou X1/2) Les valeurs des couches de demi atténuation sont dans tableaux en fonction : • nature du rayonnement ( X ou g ) ; • énergie du rayonnement ( radioélément, énergie ou kV) ; • nature de l'écran (densité) ; et • tiennent compte du " build up " (B) ; IAEA 31 Notion d‘épaisseur moitié ou couche de demi atténuation (CDA ou X1/2) Épaisseurs moitiés ( en cm ) Énergie Eau en MeV d=1 Tissu humain d=1 0,1 4,1 4,2 0,5 7,2 7,2 3,5 3 1 10 10 4,8 1,5 12 12 2 14 14 2,5 16 IAEA Béton Verre d = 2,3 d = 2,7 Béton baryté d = 3,4 Fer Plomb d = 7,9 d = 10,8 0,26 0,12 2,3 1,1 0,45 4 3,4 1,5 0,94 6 5 4,2 1,8 1,25 6,8 6 4,8 2,1 1,4 7,6 6,5 5,2 2,3 1,5 1,5 32 Notion d‘épaisseur moitié ou couche de demi atténuation (CDA ou X1/2) Radioélément Cobalt 60Co Iridium 192Ir Césium 137Cs Thulium 170Th IAEA X1/2 Al 34 mm 7 mm X1/2 Fe X1/2 Pb X1/2 béton 21 mm 13 mm 100 mm 12 mm 4 mm 60 mm 16 mm 6 mm 80 mm 1,3 mm 0,13 mm 10 mm 33 Notion d‘épaisseur moitié ou couche de demi atténuation (CDA ou X1/2) Épaisseurs moities pour les générateurs électriques de rayons X Énergie en kV X1/2 Plomb (Pb) X1/2 Fer (Fe) 50 0,07 mm 3,8 mm 100 0,26 mm 16,5 mm 150 0,30 mm 21,6 mm 300 1,48 mm 30,5 mm IAEA 34 Facteurs d'atténuation en fonction du nombre de CDA Facteurs d'atténuation Nombre de CDA 1 = 20 0 2 = 21 1 = 1,58 3 4 = 22 2 8 = 23 3 16 = 24 4 1000 = 210 10 … … a IAEA = 2n D0 D= 2n n 35 Exemple : une source de 137Cs , avec un débit de dose D = 200 mGy/h à la paroi de la salle, l’épaisseur du paroi = 16 cm de béton, la CDA béton pour 137Cs : 8O mm et la CDA plomb pour 137Cs : 6 mm 1) le débit de dose D derrière la paroi ? 2) épaisseur de plomb à ajouter pour D = 25 mGy/h ? 1) le débit de dose D derrière la paroi ? Béton 16 cm = 160 mm = 2 CDA Facteur de réduction : 22 = 4 137Cs 200 mGy/h ? . D = 200 = 50 mGy/h 4 IAEA 36 2) épaisseur de plomb à ajouter pour D = 25 mGy/h ? Béton 16 cm 50 mGy/h 137Cs Plomb 25 mGy/h Facteur de réduction : 2 IL FAUT INTERPOSER 1 CDA IL FAUT AJOUTER 6 mm DE PLOMB IAEA 37 La place de l'écran ne modifie pas son rôle APPLICATIONS Même efficacité INSTALLATION LA PLUS PROCHE Gain de place Gain de poids Gain de coût Gain de zonage INSTALLATION LA PLUS PRATIQUE (parois) Limiter les installations Facilite le zonage CONTENEUR Transport Évite le diffusé Pas de zone réglementée IAEA 38 Combinaison des moyens de protection Par un exemple Opération particulière auprès d ’une source de 10 GBq de 137Cs (G = 95 mGy/h. GBq-1) Protection du personnel : • Tenue à distance : 10 m, • Temps de séjour limité : 10 minutes, • Ecran d ’épaisseur 1 CDA. Prévision de dose pour cette opération ? IAEA 39 Opération particulière auprès d’une source de 10 GBq de 137Cs (G = 95 mGy/h. GBq-1) Protection du personnel : • Tenue à distance : 10 m, • Temps de séjour limité : 10 minutes, • Écran d’épaisseur 1 CDA. . D1m = A . G = 10 GBq . 95 mGy/h.GBq-1 = 950 mGy/h . D10m = OU . D10m = IAEA (à 1 m) . D1m d² A.G d² = 950 = 9,5 mGy/h 10² = (à 10 m) 10 GBq . 95 = 9,5 mGy/h 100 40 Opération particulière auprès d ’une source de 10 GBq de 137Cs (G = 95 mGy/h. GBq-1) Protection du personnel : • Tenue à distance : 10 m, 9,5 mGy/h • Temps de séjour limité : 10 minutes, • Ecran d ’épaisseur 1 CDA. D10mn . 9,5mGy/h . 10 = 1,6 mGy =D.t = 60 (en 10 mn, à 10 m) IAEA 41 Opération particulière auprès d ’une source de 10 GBq de 137Cs (G = 95 mGy/h. GBq-1) Protection du personnel : • Tenue à distance : 10 m, • Temps de séjour limité : 10 minutes, 1,6 mGy • Écran d ’épaisseur 1 CDA. D Décran = 2n = n = Nbre de CDA IAEA 1,6 mGy 2 = 0,8 mGy •Pour 10 GBq •à 10 m •pendant 10 mn •Derrière un écran = 1 CDA 42 MERCI DE VOTRE ATTENTION IAEA 43
