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LA DOSIMETRIE ET LA RADIOPROTECTION

Professeur Michel Bourguignon Faculté de Médecine Paris Ile de France Ouest Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines Autorité de Sûreté Nucléaire michel.bourguignon@asn.fr. LA DOSIMETRIE ET LA RADIOPROTECTION. Question 1.

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LA DOSIMETRIE ET LA RADIOPROTECTION

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  1. Professeur Michel Bourguignon Faculté de Médecine Paris Ile de France Ouest Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines Autorité de Sûreté Nucléaire michel.bourguignon@asn.fr LA DOSIMETRIE ET LA RADIOPROTECTION

  2. Question 1 Parmi les interactions du rayonnement ionisant électromagnétique avec la matière, quelle est celle qui est la plus probable à haute énergie ? A = Effet photoélectrique B = Effet Compton C = Effet de production de paires D = Effet de diffusion Rayleigh E = Effet Raman

  3. Question 2 Lors de l’interaction d’une particule alpha de 6,78 MeV avec un électron de la matière, quel est l’ordre de grandeur de l’énergie cédée à cet électron ? A = 10 eV B = 100 eV C = 1 keV D = 10 keV E = 100 keV

  4. Question 3 Les principes fondamentaux suivants sont tous des principes de la radioprotection sauf un. Lequel? A = Précaution B = Justification C = Limitation D = Optimisation E = ALARA

  5. Question 4 Parmi les paramètres suivants, lequel est pris en compte pour la classification d’un travailleur exposé aux rayonnements ionisants ? A = Situation accidentelle éventuelle B = Zonage C = Dose efficace < 6 mSv D = Dose efficace > 6 mSv E = Dose efficace < 10 mSv

  6. Question 5 Quelle est la valeur du débit de dose efficace au delà de laquelle une zone contrôlée est classée au niveau orange ? A = 7,5 µSv/h B = 25 µSv/h C = 200 µSv/h D = 2 mSv/h E = 100 mSv/h

  7. Le spectre électromagnétique fréquence (Hz) 22 20 14 10 5 10 10 10 10 10 50 Hz rayonnements ionisants rayonnements non ionisants 7 -6 -11 13.6 10 10 01 énergie des photons (eV)

  8. Les destins possibles du photon X ou gdans l ’interaction avec la matière hn hn hn hn e- hn e- hn hn ’ e+ hn e-

  9. L ’interaction du rayonnement électromagnétique avec la matière Coefficient d’absorptionµ / r Les différents processus engendrent la libération d ’électrons qui créent des ionisations en épuisant leur énergie en traversant les tissus biologiques Total Paire Photoélectrique Compton Energie du photonMeV E1 0,5 E2  5 100

  10. Les destins possibles des particules dans leurs interaction avec la matière e- a++ e- e- X e- Absorption n g

  11. a : b : g, X : n : Les interactions des radiations ionisantes A noter le dépôt important d ’énergie en fin de parcours, responsable d ’une grande hétérogénéité de la distribution des doses absorbées A

  12. a, protons : très peu pénétrants, densité ions créés +++ b : peu pénétrants, densité ions créés + g et X : pénétrants, densité ions créés + neutrons : pénétrants, densité ions créés ++ Les parcours des radiations ionisantes PARCOURS DANS L'AIR DANS L'EAU a 5 à 10 cm qq µm b 1 m 1 à qq mm X g 100 m à 1 km ~ 10 cm n 100 m à 1 km ~ 10 cm

  13. Les rayonnements ionisants vont toucher l’ ADN directement ou indirectement via les espèces radicalaires de l’eau H.et OH.qui sont chimiquement très réactives en quelques µsec Les effetsmoléculaires des rayonnements ionisants

  14. CHRONOLOGIE DES EFFETS BIOLOGIQUES DES RAYONNEMENTS IONISANTS IRRADIATION 0 10-15 s 10-5 s seconde minute jour, semaine année descendance Ionisations, excitations Formation de radicaux, produits moléculaires Atteinte des molécules vitales Lésions de l'ADN Mort cellulaire Effets déterministes Cancérisation Mutations génétiques

  15. REPARATION PAS DE REPARATION REPARATION FIDELE REPARATION FAUTIVE MORT CELLULAIRE EFFETS OBLIGATOIRES PAS D'EFFET EFFETS SUR L'ORGANISME RADIOPATHOLOGIE 4 GRANDS TYPES D'OBSERVATIONS • HIROSHIMA, NAGASAKI • POPULATIONS PARTICULIERES • ACCIDENTS • EXPERIMENTATION ANIMALE IRRADIATION LESION ADN ALTERATION VIABLE EFFETS ALEATOIRES SOMATIQUES GENETIQUES

  16. EFFETS OBLIGATOIRES OU DETERMINISTES OU NON STOCHASTIQUES EFFETS ALEATOIRES OU NON DETERMINISTES OU STOCHASTIQUES SURVIE DE CELLULES LESEES MORT CELLULAIRE PAS DE SEUIL RECONNU à SEUIL à GENERALEMENT IRREVERSIBLES à CARACTERE OBLIGATOIRE à GRAVITE NON PROPORTIONNELLE à GENERALEMENT REVERSIBLES à A LA DOSE PROPORTIONNELS A LA DOSE à FREQUENCE PROPORTIONNELLE à A LA DOSE CARACTERISTIQUES à NON CARACTERISTIQUES à PRECOCES OU MOYEN TERME à TARDIFS à SYNDROME D'IRRADIATION • CANCERS • GLOBALE AIGUE • EFFETS GENETIQUES • BRULURES RADIOLOGIQUES

  17. Une nécessité Un moyen : la prévention Eviter d’être exposé ou contaminé car les effets moléculaires des rayonnements ionisants sont immédiats et les effets tardifs peuvent être graves et difficiles à soigner Etre exposé le moins possible Pour supprimer les effets déterministes Pour minimiser les effets stochastiques La radioprotection

  18. Historique 1/2 La radioprotection naît internationale dans le domaine médical : contexte de leucémies des radiologues (1920 – 1950) Création en 1925 d’un comité des unités de mesure des rayonnements (future ICRU) par la Société internationale de radiologie Création en 1928 d’un comité de protection contre les rayons X et le radium (future CIPR) par la Société internationale de radiologie La radioprotection internationale : les acteurs internationaux

  19. Historique 2/2 Les instances nationales sont postérieures : NRC (1929), SCPRI (1956) Création après la 2ème guerre mondiale de nouveaux organismes internationaux : UNSCEAR, AIEA, AEN, OMS, FAO, ISO, sauf OIT (1919) Traité Euratom (1957), réseau ALARA de l’UE (1996) Autres organismes : sociétés savantes (IRPA 1964) La radioprotection internationale : les acteurs internationaux

  20. Les organismes : ICRU (1925) International committee on radiation units Détermine la métrologie, les paramètres dosimétriques et les unités de mesure des rayonnements Élabore un langage scientifique commun : dose absorbée Gray (rad), dose équivalente Sievert (rem), dose efficace Rôle scientifique unique, non contesté Organisme indépendant depuis 1956 La radioprotection internationale : les acteurs internationaux

  21. Les organismes : UNSCEAR (1955) United Nations scientific Committee on the effects of atomic radiations Compile les publications internationales concernant les sources et les effets des rayonnements atomiques Synthétise les connaissances de base et les met en perspective vis-à-vis de la radioprotection Rôle scientifique unique, non contesté sur le plan scientifique Fragilité au sein du système ONUsien La radioprotection internationale : les acteurs internationaux

  22. Les organismes : CIPR (1928) Commission internationale de protection radiologique Petite association de droit britannique qui coopte ses membres Élabore des recommandations de radioprotection sur la base des connaissances scientifiques Rôle historique, plus unique aujourd’hui Rôle contesté récemment CIPR 60 non appliquée aux USA La radioprotection internationale : les acteurs internationaux

  23. Élaboration des règles internationales La radioprotection internationale : les acteurs internationaux ICRU - UNSCEAR CIPR - AIEA - AEN OMS - FAO - OIT - ISO Union européenne Etats membres

  24. La dosimétrie

  25. Paramètres Dosimétriques (1)  Dose absorbée (D) en Gray : énergie absorbée par unité de masse de matière irradiée ( 1 Gy = 1 Joule/kg) Dose équivalente (H) en Sievert : dose absorbée par un tissu (T) pondérée par le type et la qualité du rayonnement (R) HT,R = WR DT,R HT = SR HT,R

  26. DOSE ÉQUIVALENTE H • 1 kg de plomb 1 kg de plumes • avant • après

  27. Facteurs de pondération des rayonnements WR Gamma et X ……………………...1 Electrons et beta…………………1 Alpha ………………………..……..20 Neutrons…………………………..5-20 Protons…………………………….5 Attention, pour un rayonnement donné : EBR (variable avec la dose) WR (constant)

  28. EBR = EFFICACITE BIOLOGIQUE RELATIVE D référence EBR = D étudié Gy x EBR = Gy équivalent EN RADIOPROTECTION UNIQUEMENT Gy x WR = Sv Pour S = 10 -1 Dose (Gy) 2 4 6 8 1 D 4 Gy g = 2 g = EBR n/ = D 2 Gy n 10 -1 EBR = 2 2 Gy neutrons = 4 Gy gamma En termes de toxicité 10 -2 10 -3 EBR = 1,7 Neutrons Gamma Survie

  29. Paramètres Dosimétriques (2)  Dose efficace (E) en Sievert : somme des doses équivalentes reçues par un tissu (T) pondérées par le type et la qualité des tissus E = ST WT HT = ST WTSR HT,R E = ST WTSR WR DT,R

  30. Facteurs de pondération tissulaire WT Gonades: 0,2 Moelle: 0,12 Colon: 0,12 Poumon: 0,12 Estomac: 0,12 Vessie: 0,05 Sein: 0,05 Foie: 0,05 Oesophage: 0,05 Thyroïde: 0,05 Peau: 0,01 Os: 0,01 Reste: 0,05 S WT = 1

  31. Intérêt et limites de la dose efficace (Sv) • bien adaptée aux besoins de la radioprotection • unité additive • • exemple WR WT % • RX : 100 mGy / 50 dm2 peau 1 0,01 30 % • 131I : 10 mGy / thyroïde 1 0,05 100 % • dose efficace = (100 x 1 x 0,01 x 0,30) + (10 x 1 x 0,05 x 1) • dose efficace = 0,8 mSv • indicateur de risque tardif (connu > 100 mSv) • sans signification de probabilité aux faibles doses • ne tient compte ni de l’âge, ni du débit de dose, ni …

  32. Intérêt et limites de la dose efficace D 10 mSv ORGANISME ENTIER (WT = 1) H = E = 10 mSv E 10 mSv AUX POUMONS (WT = 0,12) E = 10mSv . 0,12 = 1,2 mSv RISQUE ENCOURU POUR 10 mSv (poumons) : MEME NIVEAU QUE POUR 1,2 mSv A L'ORGANISME ENTIER (mais nature différente)

  33. Rayonnements terrestres 0,50 mSv Expositions médicales Rayonnements cosmiques 1 mSv 0,40 mSv Autres: rejets de l'industrie nucléaire, retombées Radionucléides de l'organisme atmosphériques des essais 0,20 mSv nucléaires... 0,01 mSv Radon 1,3 mSv Doses efficaces en France (ordres de grandeur) Dose efficace moyenne = 3,4 mSv

  34. Paramètres Dosimétriques (3)  Dose engagée en Sievert : intégrale des doses sur le temps de présence du (des) radionucléide(s) contaminant(s). Dépend de la période effective [Teff] du (des) radionucléide(s). Teff = temps au bout duquel l’activité d’un radionucléide dans l’organisme a diminué d’un facteur 2

  35. Période effective Disparition progressive d’un radionucléide par élimination biologique (métabolique) et par décroissance radioactive dA = -lbio.A(t)dt – lrad.A(t)dt = -[lbio+lrad] A(t)dt A(t) = A0 e -leff t avec leff =lbio +lrad Commel= ln2 /T 1/Teff = 1/Tbio + 1/Trad

  36. Gray et Sievert Gray mesure l ’énergie absorbée Sievert ne mesure pas l ’énergie absorbée mais intègre les effets biologiques liés au type de radiation et à la sensibilité des tissus. Gray = Sievert pour les rayons g & X, et les électrons & b, puisque leur WR  = 1

  37. Doses des effets déterministes Erythème………….. > 3 Sv (Dose équivalente) Stérilité …………….3 Sv (Dose équivalente) Cataracte………… > 2 Sv (Dose équivalente) Hématopoïèse…… > 0.5 Sv (Dose efficace) Dose létale 50 …. ~ 5 Sv (Dose efficace) (Dose efficace naturelle 0,002 Sv/an)

  38. Doses des effets stochastiques Etudes épidémiologiques En particulier, l’analyse des cohortes de survivants de Hiroshima & Nagasaki: excès de leucémies et de cancers Relation dose effet : relation linéaire sans seuil à forte dose et fort débit de dose

  39. Evaluation du risque radiologique risque relatif effets avérés relation linéaire 0 exposition

  40. TCHERNOBYL (Thyroïde) Environ 5000 CANCERS DE LA THYROIDE (cumulés) • INCIDENCE NATURELLE : 0,04/100 000 • INCIDENCE OBSERVEE : BELARUS : 3,4 / 100 000 GOMEL : 9,5 / 100 000 Contamination interne STABILISATION ACTUELLE DU BILAN Exemples d’effets stochastiques Irradiation externe HIROSHIMA NAGASAKI Pour 86 572 personnes Cas attendus Cas observés Excès 1950-1997 (témoins) Leucémies 156 231 75 Cancers solides 8895 9335 440 515

  41. La radioprotection en pratique

  42. LA RADIOPROTECTION • Expertise scientifique de l’UNSCEAR • Recommandations de radioprotection de la CIPR : CIPR 60 de 1990 et 103 de 2007 • Directive Euratom du Conseil de l’Union Européenne • 96/29 : normes de base en radioprotection • 97/43 : directive « patients » • nouvelle directive en cours • Législation et réglementation française

  43. Accord international (CIPR, AIEA,UE) Protection des individus, leur descendance et l ’humanité en général Les règles de radioprotection des Hommes sont adéquates pour la protection des autres espèces puisque les humains sont assez sensibles aux radiations 

  44. LES PRINCIPES DE RADIOPROTECTION • JUSTIFICATION : toute exposition aux rayonnements ionisants doit être justifiée au regard des avantages qu’elle procure compte tenu du risque • OPTIMISATION : toute exposition justifiée doit être réalisée de telle sorte que la dose délivrée soit abaissée au niveau le plus bas raisonnablement possible compte tenu des facteurs économiques et sociaux : ALARA • LIMITATION : des limites de doses à ne pas dépasser sont réglementairement fixées pour les travailleurs et la population (à l’exception des patients) pour empêcher la survenue des effets déterministes et minimiser la probabilité de survenue des effets stochastiques

  45. Travailleurs Patients Public Installation Source de RI

  46. Les dispositions législatives et réglementaires: • Code de la santé publique • Insertion des 3 principes de radioprotection : justification, optimisation, limitation des doses • Exposition aux rayonnements naturels • Instauration d’un régime unique de gestion des sources pour tous (le CEA perd son autorisation permanente) • Code du travail • Renforcement de la protection des travailleurs non salariés, précaires, extérieurs ou non : tous les travailleurs sont soumis aux mêmes règles consultables et téléchargeables sur www.asn.fr Publication/ guides pour les professionnels / radioprotection

  47. Gestion du risque radiologique pour tous les niveaux de dose et de débit de dose Hypothèse « majorante » à faible dose et faible débit de dose d ’une relation dose effet linéaire sans seuil, comme si toute exposition aux rayonnements ionisants était dangereuse

  48. Evaluation du risque radiologique risque relatif effets avérés relation linéaire sans seuil effets hypothétiques relation quadratique quasi-seuil RR RR 0 exposition X

  49. Gestion du risque radiologique pour tous les niveaux de dose et de débit de dose Utilisation de la dose efficace collective pour l’évaluation du risque : 5 % de cancer fatal en excès par Sv, quels que soient la dose et le débit (CIRP 60)

  50. Gestion quantitative du risque • Consensus international • Adoption d’une relation dose-effet linéaire sans seuil, quels que soient la dose et le débit de dose • Quantification du risque par Sv de dose efficace • Risque tératogène : 50 % • Risque de cancers mortel : 5 % • Risque de maladie héréditaire : 0,5 %

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