Produits de désintégration du radon

Le radon-222 se désintègre par émission alpha pour produire une cascade de descendants solides de courte durée :

Les cinq premiers membres (Rn-222 jusqu'à Po-214) ont tous des demi-vies inférieures à 30 minutes, donc ils se désintègrent in situ dans les voies respiratoires avant que les mécanismes de clairance ne les éliminent, délivrant de l'énergie alpha directement aux tissus bronchiques.

La demi-vie de 22,3 ans du plomb-210 est énormément plus longue que le temps de résidence pulmonaire (heures), donc les atomes de Pb-210 formés dans les voies respiratoires sont éliminés avant qu'ils ne se désintègrent. Sa contribution à la dose alpha bronchique aiguë est négligeable, et la chaîne est traitée comme « se terminant » au Pb-210 aux fins sanitaires du radon.

Seuls trois membres de la chaîne émettent des particules alpha : Rn-222 (5,49 MeV), Po-218 (6,00 MeV) et Po-214 (7,69 MeV). Les particules alpha sont un rayonnement à transfert d'énergie linéique (TEL) élevé qui dépose une grande énergie sur une très courte portée — un alpha de 5,5 MeV parcourt seulement ~4 cm dans l'air et des dizaines de micromètres dans les tissus.

Le Po-218 déposé se désintègre par émission alpha. Même le Pb-214 et le Bi-214 qui se déposent se désintègrent finalement en Po-214, qui délivre son alpha de 7,69 MeV. La dosimétrie de physique de la santé néglige généralement la contribution bêta car l'effet biologique des particules bêta est beaucoup moins significatif que les deux émetteurs alpha.

Les facteurs de conversion de dose calculés n'attribuent qu'une petite fraction au rayonnement bêta (~0,21 mSv/WLM pour les bêtas vs ~10 mSv/WLM au total). Le Po-218 et le Po-214 sont responsables du dépôt de dose le plus élevé dans l'épithélium bronchique.

Lorsqu'un atome descendant naît par recul alpha, c'est généralement un petit ion chargé. En une fraction de seconde, il se regroupe avec des gaz traces et de la vapeur d'eau pour former un agrégat « non attaché » d'un diamètre de ~0,5 à 5 nm avec un coefficient de diffusion très élevé.

Ces agrégats s'attachent aux particules d'aérosol ambiant en ~1 à 100 secondes, devenant la fraction « attachée » sur des particules de ~100 à 1000 nm (mode d'accumulation dominant, AMAD typiquement 200–450 nm).

Ce qui détermine la division : la concentration d'aérosol ambiant. Plus de particules → attachement plus rapide → fraction non attachée plus petite. L'air propre et mal ventilé donne des fractions non attachées plus élevées ; la fumée de cigarette, la cuisine, les bougies la réduisent fortement.

Le dépôt des descendants du radon dans le tractus respiratoire dépend de la taille des particules, du modèle de respiration et de l'anatomie des voies respiratoires. Les descendants non attachés, en raison de leur coefficient de diffusion élevé, se déposent principalement par diffusion dans les voies respiratoires bronchiques (générations 0 à 8).

Les descendants attachés aux particules d'aérosol se déposent par impaction dans les bronches supérieures, par sédimentation dans les bronchioles, et par diffusion dans les alvéoles. La distribution du dépôt affecte la dose régionale aux différents tissus épithéliaux.

Le modèle du tractus respiratoire humain de la CIPR (Publication 66) calcule des fractions de dépôt pour différentes régions respiratoires en fonction de la distribution granulométrique des particules, du débit respiratoire et de l'anatomie.

La dose aux tissus pulmonaires provenant des descendants du radon inhalés est calculée à l'aide de modèles dosimétriques qui prennent en compte le dépôt, la clairance, la désintégration et l'énergie des particules alpha déposées sur les cellules cibles sensibles.

La dose pertinente pour le risque de cancer est la dose équivalente aux cellules basales et sécrétoires de l'épithélium bronchique, où se produisent la plupart des cancers du poumon induits par le radon. Cette dose est convertie en dose efficace pour l'évaluation des risques de protection.

Les facteurs de conversion de dose typiques sont de l'ordre de 9 à 12 mSv par WLM (Working Level Month) d'exposition aux descendants du radon, avec des variations selon la fraction non attachée, la distribution granulométrique et les hypothèses du modèle.

L'exposition aux descendants du radon est traditionnellement quantifiée en termes de concentration d'énergie alpha potentielle (PAEC), mesurée en Working Levels (WL). Un WL est défini comme toute combinaison de descendants du radon de courte durée dans un litre d'air qui entraînera l'émission ultime de 1,3 × 10⁵ MeV d'énergie alpha.

L'exposition cumulative est exprimée en Working Level Months (WLM) : l'exposition résultant de 170 heures (un mois de travail) à une concentration de 1 WL. Une concentration de radon de 100 Bq/m³ en équilibre séculaire correspond à environ 0,5 WL.

Les moniteurs de radon modernes mesurent généralement la concentration d'activité du radon en Bq/m³ ou pCi/L, puis utilisent un facteur d'équilibre (généralement 0,4 à 0,6 pour les environnements intérieurs) pour estimer la PAEC et calculer la dose.