Tout élément de notre Univers, du Soleil à notre corps, qu'il soit solide, liquide ou gazeux, est composé d’atomes.

De taille très petite - un dixième de millionième de millimètre -, ils sont composés de trois types de particules :

•   les protons, chargés positivement ;
•   les neutrons, non chargés (les protons et les neutrons composent le noyau) ;
•   les électrons, chargés négativement, qui gravitent autour du noyau.

Les atomes peuvent être stables ou instables. Lorsqu’ils sont instables – alors appelés radionucléides -, ils cherchent à se stabiliser via un rayonnement (émission d'énergie et/ou faisceau de particules).

Le nombre d'électrons - ou de protons - détermine les propriétés physiques et chimiques de l'atome : on appelle cela le nombre atomique.

Les isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre d'électrons – et donc de protons, pour rester neutre -, mais un nombre différent de neutrons. On connaît actuellement environ 325 isotopes naturels et 1200 isotopes créés artificiellement.

Les isotopes d’un même élément ont des propriétés chimiques identiques mais des propriétés physiques différentes (stables ou radioactifs notamment).

Par exemple, l’hydrogène a trois isotopes :

De son côté, l’uranium a 17 isotopes, tous radioactifs. Ils possèdent tous 92 protons mais ils ont entre 125 et 150 neutrons.

Seulement trois sont présents naturellement sur Terre et surtout l’un d’eux, à plus de 99% : l’uranium 238.

Si l'isotope d'un élément donné est radioactif, on l’appelle radionucléide ou radio isotope (par exemple l'uranium 238, l'iode 131...).

Le préfixe « radio » signifie « radioactif ». Le suffixe « nucléide » signifie « noyau »

La période (ou demi-vie) est le temps nécessaire pour que la moitié des atomes se désintègrent naturellement.

Cela ne dépend pas de l’environnement (température, pression) mais c'est une propriété liée à l'élément radioactif - radionucléide - considéré.

Par exemple, le césium 137 a une période radioactive de 30,2 ans. Cela signifie qu’au bout de ce laps de temps, la moitié du fragment de césium 137 s'est désintégré, soit en un élément stable, soit en un autre élément radioactif qui se désintègrera à son tour. Au bout de deux périodes, la moitié de la moitié du fragment d'origine sera devenue stable.

Cette durée peut varier considérablement d’un isotope à l’autre, comme le montre ces quelques exemples suivants :

Dans notre quotidien, nous sommes entourés par de nombreux types de rayonnement (couramment appelés rayons), visibles ou invisibles (cf. schéma ci-dessous). Mais la plupart des rayonnements de notre quotidien - radio, téléphonie mobile, micro-ondes - ne sont pas ionisants.

Un rayonnement est une émission d'énergie et/ou un faisceau de particules.

Certains rayonnements (X et gamma) sont dit ionisants car ils émettent des « rayons » d'énergies suffisantes pour transformer les atomes qu’ils traversent en ions (un atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons). Cela peut rendre la matière instable.

Un atome – instable de nature ou après un contact avec un rayonnement – va chercher à se stabiliser en émettant différents rayonnements :

•   en perdant des protons et des neutrons : rayonnement alpha ;
•   en transformant un neutron en proton ou vice-versa : rayonnement beta moins ou beta plus ;
•   en émettant des photons (particules composants la lumière) : rayonnements X et gamma.

Les rayonnements provoquent des effets différents sur l’organisme en fonction du type de rayonnement et de la dose reçue.

L’énergie dégagée n’est en effet pas identique pour tous les rayonnements, et les moyens de s’en protéger sont donc différents. Par exemple, une feuille de papier est suffisante pour arrêter les rayonnements alpha, mais il faut un mètre de béton ou de plomb pour arrêter des rayonnements gamma.

La radioactivité est un phénomène naturel qui existe depuis l’origine de l'Univers (il y a des milliards d'années) lorsque les atomes se sont formés. Bâtis sur le même modèle, tous les atomes n'ont pourtant pas les mêmes propriétés : certains sont stables et restent indéfiniment identiques à eux-mêmes alors que d'autres sont instables. Pour acquérir une meilleure stabilité, ces derniers - qu'on appelle radionucléide - expulsent à un moment donné une quantité ​d'én​ergie, sous forme de rayonnement et/ou de particules : ce phénomène est appelé « radioactivité ».

Dans notre quotidien, nous sommes en contact permanent avec la radioactivité. Celle-ci peut-être d’origine naturelle, issue de la Terre, du cosmos ou dans notre alimentation mais également artificielle lors d’examens ou de thérapies médicales ou encore issue des rejets autorisés des installations nucléaires ou conséquence des retombées suite aux essais d’armes nucléaires dans l’atmosphère.

Deux types d'exposition aux rayonnements ionisants sont possibles.

On parle d’irradiation pour une exposition externe aux rayonnements ionisants, c’est-à-dire lorsqu’une personne se trouve exposée de l’extérieur par les rayonnements ionisants émis par une source radioactive situé dans son voisinage.

Dans ce cas, l’exposition cesse dès lors que la source de radioactivité est éloignée de la personne ou si un écran (blindage par exemple) est interposé entre la personne et la source.

On parle de contamination pour une exposition interne aux particules radioactives, c’est-à-dire quand des éléments radioactifs ont pénétré à l’intérieur de l’organisme.

Ceci peut se produire par inhalation des particules radioactives présentes dans l’air, par ingestion d’aliments contaminés par des particules radioactives, ou via contact direct avec la peau ou une plaie (on parle dans ce cas de « contamination externe »).

Lors d’une contamination, l’exposition aux particules radioactives se poursuit tant que la source est à l’intérieur ou au contact du corps.

Par exemple, le radon (gaz radioactif naturel qui se dégage du sol) génère différents éléments radioactifsqui sont présents dans l’air et peuvent donc pénétrer par inhalation dans les poumons et s’y fixer. Cette exposition, interne, se poursuit tant que la source est à l’intérieur ou au contact du corps.

Trois unités sont fréquemment utilisées dans le domaine du nucléaire : le becquerel (Bq), le gray (Gy) et le sievert (Sv).

Le becquerel (Bq) mesure l’activité (nombre de désintégration par seconde) de la matière radioactive. Anciennement, l'unité de mesure utilisée était le curie (Ci). Un curie (1 Ci) équivaut à 3,7.1010 Bq.

De son côté,gray (Gy) mesure la dose physiquement « absorbée » par la matière . Elle représente l'énergie absorbée par un kilogramme exposé à un rayonnement ionisant apportant une énergie d’1 joule : 1 Gy = 1 J/kg. Anciennement, l'unité de mesure utilisée était le rad (1 gray = 100 rad).

Enfin, le sievert (Sv) est l'unité de mesure des doses équivalente et efficace, qui permet d’évaluer l’impact du rayonnement sur la matière vivante. Ainsi peut-on comparer l’effet d’une même dose délivrée par des rayonnements de nature différente à l'organisme entier, des organes ou des tissus qui n’ont pas la même sensibilité aux rayonnements. Anciennement, l'unité de mesure utilisée était le rem (1 rem = 0,01 Sv).​

Chaque pomme représente ici un atome radioactif. Chaque élément est plus ou moins radioactif et n'émet pas le même type de rayonnement ionisant. En fonction de l'endroit où le personnage reçoit cette pomme (tissu ou organe touché), cela ne provoquera pas les mêmes effets.

•   Puisque la pomme est radioactive, elle émet des rayonnements ou des particules. Le nombre de ces rayonnements par seconde peut être déterminé pour chaque isotope. On appelle cela l'activité, dont l'unité est le becquerel (Bq).
•   Quand le personnage reçoit la pomme, son corps « absorbe » le choc, ce qui provoque des bleus avec une réelle pomme, par exemple. Ici, on parle de dose absorbée, exprimée en gray (Gy) pour représenter l'énergie que l'atome radioactif transmet à l'endroit du corps avec lequel il entre en contact.
•   Les séquelles qu'aura le personnage suite à cet impact dépendent de deux facteurs : le type d'atome et l’endroit où il a été atteint (tête, peau…). On parle alors de dose dite « efficace », qui s'exprime en sievert (Sv).

Différents concepts de dose sont utilisés pour comprendre l’impact de multiples rayonnements sur de multiples types de tissus ou d’organes.

Les effets que peuvent provoquer les rayonnements ionisants sur la santé dépendent de plusieurs paramètres :

•   la dose d’irradiation, c’est-à-dire la quantité d’énergie transmise par les rayonnements dans l’organe ou le tissu touché ;
•   la nature du rayonnement (X, gamma, alpha notamment) ;
•   les modalités d’exposition (interne - par ingestion notamment - ou externe) ;
•   l’organe ou le tissu atteint (poumons, peau…).

Différents concepts de dose sont utilisés pour comprendre l’impact de multiples rayonnements sur de multiples types de tissus ou d’organes.

Tout d'abord, on calcule la dose absorbée (en Gray, Gy). Ensuite, pour prendre en compte l’influence de deux paramètres - le type de tissu ou d’organe touché et le type de rayonnement – on calcule deux doses :

•   la première, appelée dose équivalente (en Sievert, Sv), prend en compte le type de rayonnement. Elle est calculée en multipliant la dose absorbée par un facteur dépendant du type de rayonnement (X, gamma...) ;
•   la seconde, appelée dose efficace, prend en compte le type de tissu ou d'organe touché.

Ainsi on peut déterminer l'impact d'un type de rayonnement sur un type de tissu ou d'organe touché. Seule la dose absorbée est mesurée, les autres - dose équivalente et dose efficace - sont calculées.

Exprimée en Gray (Joules/kg), la « dose absorbée » représente l’énergie cédée par le rayonnement à l’organisme ou à un objet qu’il rencontre.

Dans le cas d’une irradiation aigue localisée à un organe ou tissu (par exemple la peau), on sait que pour une dose absorbée de plus de 1 Gy, des rougeurs apparaissent. Pour une dose supérieure à 5 Gy, la peau devient brulée (cf tableau suivant).

Notes :

- La nécrose est une altération entrainant la destruction d'une cellule ou d'un tissu organiques.
- Les gonades sont les glandes génitales (testicules chez l'homme, ovaires chez la femme).
- Le cristallin est un élément de l'oeil (fonction de lentille).

La fission est l’éclatement d’un atome lourd en atomes plus légers lors de la collision entre un atome et un neutron par exemple. La fission produit des neutrons. Ces derniers peuvent donc entrer à leur tour en collision avec d’autres atomes.

La fission est l’éclatement d’un atome lourd en atomes plus légers lors de la collision entre un atome et un neutron par exemple. Cette réaction est accompagnée d'une émission de neutrons, de rayonnements ionisantset d'un fort dégagement de chaleur. C'est ce dégagement de chaleur qui est utilisé pour produire de l’électricité dans les centrales nucléaires.

La fission produit des neutrons. Ces derniers peuvent donc entrer à leur tour en collision avec d’autres atomes. Ainsi, la réaction s’auto-entretient puisque la première réaction engendre une série de réactions : on parle alors de réaction en chaine.

Les produits de fission regroupent les différents atomes issus d’une réaction de fission, à savoir :

•   les noyaux crées par la « première » fission nucléaire, les produits « filles »
•   les noyaux issus d’un atome fille instable (qui utilise la désintégration pour se stabiliser)…les « petits enfants » ...

Par exemple, pour l’uranium 235, les « produits de fission » regroupent les atomes qui résultent de la première réaction de fission (le krypton par exemple) ainsi que les atomes crées par la suite, en cas d’instabilité d’un produit fille instable (le ruthénium, le strontium…). La période radioactive de ces différents atomes est très variable.

Dans l’industrie nucléaire, on distingue deux types de noyaux, les noyaux « fissiles », qui sont susceptibles de subir une fission, quelque soit l’énergie des neutrons qui les percutent, les noyaux « fertiles », qui ne sont fissiles qu’au contact d’un neutron ayant une énergie suffisante.

Dans l’industrie nucléaire, on distingue deux types de noyaux :

•   les noyaux « fissiles », qui sont susceptibles de subir une fission, quelque soit l’énergie des neutrons qui les percutent. C’est notamment le cas des isotopes 233 et 235 d'uranium (U233 et U235), des isotopes 239 et 241 du plutonium (Pu239 et Pu241) ;
•   les noyaux « fertiles », qui ne sont fissiles qu’au contact d’un neutron ayant une énergie suffisante. Ce sont par exemple le thorium 232, l'uranium 238, le plutonium 240.

En revanche, ces noyaux dits fertiles peuvent se transformer en noyaux fissiles après capture d'un neutron, soit directement, soit après une ou plusieurs désintégrations beta (avec émission de rayonnement beta).

Par exemple, l’uranium naturel est un mélange :

•   d’uranium 238 (fertile) dans une proportion de 99,275 % ;
•   d’uranium 235 (fissile), dans une proportion de 0,719 % ;
•   d’uranium 234 (fissile) à 0,006 %.

En fonction du type de centrale nucléaire, on peut soit :

•   enrichir l'uranium en augmentant son taux naturel en isotope fissile, l'uranium 235 (au sein des réacteurs à eau pressurisée, employés en France) ;
•   utiliser l'uranium naturel et accélérer les neutrons.