vignette|Pouvoir de pénétration (exposition externe).Le rayonnement alpha (constitué de noyaux d'hélium) est arrêté par une simple feuille de papier.Le rayonnement bêta (constitué d'électrons ou de positons) est arrêté par une plaque d'aluminium.Le rayonnement gamma, constitué de photons très énergétiques, est atténué (et non arrêté) quand il pénètre de la matière dense, ce qui le rend particulièrement dangereux pour les organismes vivants.Il existe d'autres types de rayonnements ionisants. Ces trois formes sont souvent associées à la radioactivité. vignette|Nouveau pictogramme de risque contre les rayonnements ionisants, transféré le par l'AIEA à ISO. Il doit remplacer le pictogramme jaune classique, uniquement « dans certaines circonstances, spécifiques et limitées ».

Un rayonnement ionisant est un rayonnement électromagnétique ou corpusculaire capable de produire directement ou indirectement des ionsUne ionisation consiste à créer des ions, c'est-à-dire des entités chimiques de charge électrique positive ou négative, contrairement aux atomes ou aux molécules dont la charge électrique est nulle. lors de son passage à travers la matièreGlossaire de la radioprotection : Rayonnement ionisant.. Ces rayonnements peuvent être produits par la radioactivité d'atomes tels que l'uranium, ou par des appareils électriques comme des scanners. Ils ont des applications notamment dans les domaines de la défense, de la santé et de la production d'électricité.

Pour les organismes vivants, les rayonnements ionisants peuvent être nocifs, voire mortels en cas de dose élevée. Les rayons ionisants sont de natures et de sources variées. Leurs propriétés dépendent de la nature des particules constitutives du rayonnement et de leur énergie.

Principaux rayonnements ionisants Les rayonnements les plus énergétiques transfèrent assez d’énergie aux électrons de la matière pour les arracher de leur atome. Les atomes ainsi privés de certains de leurs électrons sont alors chargés positivement. Les atomes voisins qui accueillent les électrons se chargent négativement.

Les atomes chargés positivement ou négativement sont appelés « ions ». Les atomes qui ont perdu au moins un électron sont devenus des ions positifs (cations), tandis que les atomes qui ont reçu au moins un électron sont devenus des ions négatifs (anions). Les rayonnements capables de provoquer de telles réactions sont dits « ionisants ».

Par leur énergie, les rayonnements ionisants sont pénétrants, c’est-à-dire qu’ils peuvent traverser la matière. Le pouvoir de pénétration dépend du type de rayonnement et du pouvoir d'arrêt de la matière. Cela définit des épaisseurs différentes de matériaux pour s'en protéger, si nécessaire et si possible.

Particules

Particules alpha : noyaux d'hélium

Pénétration faible. Les particules α sont émises à une vitesse avoisinant les . Cependant étant lourdes et chargées électriquement, elles sont arrêtées très facilement et rapidement par les champs électromagnétiques et les atomes composant la matière environnante. Une simple feuille de papier suffit à arrêter ces particules. Pour se protéger, il importe avant tout que le corps émetteur du rayonnement alpha ne soit pas ingurgité ou inhalé.

Particules bêta

Particules β− : électrons Pénétration moyenne. Les particules β− sont des électrons. Ces derniers sont émis avec des énergies variant de quelques keV à quelques MeV. Ils peuvent donc atteindre des vitesses élevées souvent relativistes. Cependant, chargés électriquement, ils vont être arrêtés par la matière et les champs électromagnétiques environnants. Une feuille d’aluminium de quelques millimètres peut arrêter les électrons. Un écran d'un centimètre de plexiglas arrête toutes les particules bêta d'énergie inférieure à . Pour se protéger, il importe avant tout que le corps émetteur du rayonnement bêta ne soit pas ingurgité.

Particules β+ : positons La pénétration est semblable à celle des électrons. Mais à la fin de son parcours, un positon s’annihile avec un électron rencontré sur son passage en formant deux photons gamma de chacun, émis à 180° l'un de l'autre, ce qui ramène le problème au cas du rayonnement gamma.

Neutrons

Le neutron n'étant pas chargé, il ne produit pas directement d'ionisations en traversant la matière. En revanche, il peut avoir de nombreuses réactions avec les noyaux des atomes (capture radiative, diffusion inélastique, réactions produisant des particules α ou d'autres neutrons, fission du noyau), produisant chacune des rayonnements ionisants. À ce titre, les neutrons sont considérés comme un rayonnement ionisant.

Les neutrons sont surtout présents dans les réacteurs nucléaires ; ils sont émis, par exemple, lors de la fission d’atomes d’uranium 235. Les neutrons sont aussi présents aux altitudes de vol des avions long-courrier et subsoniques : ils participent à 30 % de la dose reçue par le personnel navigant.

Leur pénétration dépendant de leur énergie.

Le bore et le cadmium, neutrophages, absorbent (capturent) les neutrons.

Une forte épaisseur d’eau ou de paraffine modère (réduit la vitesse) les neutrons.

Rayonnement électromagnétique Rayonnements X et gamma

Pénétration très grande, fonction de l’énergie du rayonnement et de la nature du milieu traversé.

Chaque matériau est ainsi caractérisé par une couche de demi-atténuation qui dépend de sa nature, du type de rayonnement et de l'énergie du rayonnement. La couche de demi-atténuation (ou épaisseur moitié) est l'épaisseur nécessaire pour réduire de moitié la valeur du débit de dose de rayonnements X ou γ. On définit selon le même principe une épaisseur dixième, qui ne laisse passer que 10 % du débit de dose.

Au-delà de la dizaine de keV, l'air n'a plus d'absorption significative des rayonnements X et γ. Le plomb est généralement utilisé comme élément de radioprotection dans le domaine médical. En effet, il a une épaisseur de demi-absorption de l'ordre de à . Une épaisseur de de plomb réduit la dose d'un rayonnement X de d'un facteur . L'épaisseur de demi-absorption du plomb passe néanmoins à vers , ce qui signifie qu'une épaisseur de de plomb serait alors nécessaire pour réduire la dose d'un facteur équivalent. En conséquence, dans les environnements industriels, où l'énergie peut parfois atteindre plusieurs MeV, on utilise des murs en béton (moins absorbants que le plomb, mais pratiquement plus épais) dans le contexte de la radioprotection. Dans certains cas, ceux-ci sont barités (ajout d'une charge très dense) pour en augmenter l'efficacité.

À épaisseur d'écran identique, le rayonnement gamma est atténué par : le plomb, l'acier, le béton, l’eau (par ordre d'efficacité décroissante).

Source Les rayonnements ionisants sont présents sur la Terre depuis sa création. Les progrès scientifiques ont amené à l'utilisation de rayonnements ionisants produits artificiellement. Ces rayonnements ont donc aujourd'hui des origines très diverses.

Les rayonnements cosmiques sont des rayonnements ionisants d'origine naturelle. Ils peuvent provenir du Soleil mais également d'autres sources galactiques et extra-galactiques. Ils sont constitués de noyaux atomiques, de particules de haute énergie et de rayonnements électromagnétiques. Leur interaction dans l'atmosphère produit des éléments radioactifs, dits d'origine cosmogénique, ainsi que des pions se désintégrant en produisant des muons.

La radioactivité produit différents types de rayonnements ionisants : les particules α, les particules β (β : électrons, β : positons), les protons, les neutrons et les rayons γ. Les radionucléides responsables de cette radioactivité ont eux-mêmes plusieurs origines : les radionucléides d'origine cosmogénique sont produits dans l'atmosphère par les rayonnements cosmiques avant de retomber sur Terre. Parmi eux, on peut citer le carbone 14 (C) ou encore le tritium (H) ; les radionucléides d'origine tellurique sont présents sur la Terre depuis sa formation. Certains, possédant une période radioactive courte par rapport à l'âge de la Terre ont pratiquement disparu. D'autres, ayant une longue période radioactive, sont les plus abondants mais ne présentent pas une forte activité. Ce sont les radioéléments ayant une période radioactive de l'ordre de grandeur de l'âge de la Terre qui sont responsables de la majeure partie de la radioactivité tellurique : le potassium 40 (K), l'uranium 238 (U) ; les radioéléments d'origine artificielle sont souvent produits de manière contrôlée dans des cyclotrons ou dans des réacteurs nucléaires. Elle est aujourd'hui présente dans l'environnement essentiellement du fait des essais nucléaires atmosphériques, des catastrophes nucléaires et des différents rejets de radioéléments utilisés en médecine ou dans les centrales nucléaires. L'iode 131 (I) et le césium 137 (Cs) sont des radioéléments d'origine artificielle.

Certains rayonnements électromagnétiques sont également des rayonnements ionisants. De manière classique, on considère que c'est à des longueurs d'onde inférieures à qu'un rayonnement électromagnétique est ionisant. Parmi le spectre électromagnétique, sont donc considérés comme ionisants les rayons gamma, les rayons X et certains ultraviolets. Les rayons gamma sont issus de la désexcitation nucléaire faisant suite à une désintégration radioactive. Les rayons X et les rayonnements ultraviolets sont issus des processus électromagnétiques comme la transition électronique ou le Bremsstrahlung. Ils font partie des rayonnements cosmiques mais sont aussi produits de manière artificielle pour servir dans divers domaines tels que la recherche scientifique, la radiologie médicale ou l'industrie.

Certains rayonnements particulaires sont aussi considérés comme des rayonnements ionisants. Ils proviennent des diverses sources naturelles ci-dessus mais peuvent aussi être directement créés de façon artificielle et utilisés dans des accélérateurs de particules : électrons, protons, ions.

+ Type de rayonnement Rayonnement ionisant Charge élémentaire Masse (MeV/c) Rayonnements électromagnétiques Indirectement ionisant Rayonnement ultraviolet moyen et lointain 0 0 Rayon X Rayon gamma Rayonnements particulaires Neutron 0 940 Directement ionisant Électron / particule β −1 0,511 Positon / particule β +1 0,511 Muon −1 106 Proton +1 938 Ion He / particule α +2 3 730 Ion C +6 11 193 Autres ions Variable Variable

Effets sur l'organisme Un rayonnement qui pénètre dans la matière interagit avec les éléments du milieu et transfère de l’énergie. Un rayonnement ionisant possède assez d'énergie pour créer des dommages dans la matière qu'il traverse. Dans un organisme vivant, il peut endommager certains constituants cellulaires (ADN, organites notamment). Le corps est quotidiennement naturellement exposé à une faible dose de rayonnement, mais dans ces conditions, des mécanismes intra-cellulaires réparent la plupart des lésions produites. En cas d'exposition à de fortes doses, ces mécanismes sont dépassés et peut alors apparaître un dysfonctionnement de l'organisme, une pathologie, voire la mort. C'est pourquoi, idéalement, l'exposition aux rayonnements ionisants, lorsqu'elle est nécessaire ou inévitable, doit rester la plus faible possible en vertu des principes de radioprotection.