PRODUCTION DES RAYONS X
- DEFINITION
- Rayonnement Electromagnétique de haute fréquence (λ= 5 pico mètre ;10nanomètres)
- Découverts en 1895 par le physicien allemand Wilhelm Röntgen.
- Premier prix Nobel de physique en1901.
- Le premier cliché est celui de la main d’Anna Bertha Röntgen;décembre 1895, pose de 20 min
- Rayons X et γ de même nature et même énergie ; mais d’origine différente ; Nucléaire et Extranucléaire
- GENERALITES
-Les RX sont une forme de rayonnement électromagnétique à haute fréquence constitué de photons dont la longueur d’onde est comprise approximativement entre 5 pico mètres et 10 nanomètres.
-L’énergie de ces photons va de quelques eV (électronvolt), à plusieurs dizaines de MeV.
-Dans un tube à rayons X, l’émission de ces rayonnements est obtenue en bombardant une cible (anode en tungstène rhodium, ou molybdène) par un faisceau d’électrons accélérés dans le vide.
-Ces électrons sont obtenus en chauffant un filament (cathode en tungstène) et ils sont accélérés par une forte différence de potentiel.
La qualité : dépend de leur énergie que l’on traduit habituellement en tension d’excitation KV. La quantité : liée à l’intensité du courant en milliampères mA et au temps de pose en secondes S, elle s’exprime en mAs.
La production : les générateurs de rayons x, sont constitués par un tube à rayons x et ses circuits d’alimentation et de contrôle. Le tube a rayons x comporte une enceinte de verre où est réalisé un vide très poussé de 10⁻⁶mmHg, une cathode chauffée émet des é qui sont attirés par une anode qui émet des rayons x.
- BASES PHYSIQUES:
A- EFFET THERMO-IONIQUE:
Pour extraire les électrons des structures atomiques, il faut apporter de l’énergie en chauffant un filament par effet JOULE; Il y a libération des électrons avec création d’un véritable “nuage électronique” : effet thermo-ionique ou effet EDISSON.
B- FAISCEAU D’ÉLECTRONS:
Dans le tube à rayons X, type COOLIDGE, les électrons sont accélérés par une forte différence de potentiel, Afin d’éviter une divergence trop importante due à la répulsion des électrons entre eux, le filament est entouré d’un cylindre porté à un potentiel négatif
C- INTERACTION DES ÉLECTRONS AVEC LA MATIÈRE:
Lorsque les électrons ainsi accélérés percutent une cible matérielle, il y a perte d’énergie et émission de rayonnements X. Deux types d’interaction se produisent : interaction avec le champ électrique péri-nucléaire ou avec un électron de l’atome.
- Interactions avec le champ électrique péri-nucléaire:
Quand l’électron passe à proximité du noyau, il est attiré par la charge positive nucléaire, et sa trajectoire est modifiée. Soumis alors à une accélération centripète intense, il rayonne de l’énergie sous forme d’un photon (rayonnement de freinage) et se trouve finalement ralenti.
==> Le rayonnement émis est appelé rayonnement de freinage ou “Bremsstrahlung”.
- Interactions avec les électrons:
il s’agit d’une interaction entre champs électriques
- Selon l’importance de l’énergie transférée et selon l’énergie de liaison de l’électron cible, il en résulte une ionisation ou une excitation.
- Le transfert d’énergie à l’électron cible est maximal en cas de “choc frontal”, mais rare
- Les collisions avec les électrons éloignés sont plus nombreuses “choc tangentiel”.
Si l’interaction a lieu avec un électron d’une couche profonde, le réagencement électronique entraînera une émission de photons : rayonnement de fluorescence avec des photons d’énergie relativement élevée.
Si par contre, c’est un électron des couches périphériques qui est éjecté, le réagencement électronique ne provoquera que l’émission de photons peu énergétiques qui seront absorbés par la matière environnante avec émission de chaleur.
- MECANISME DE L’EMISSION DES RX:
- Les électrons se trouvant dans une “atmosphère” de vide sont accélérés par l’application d’une haute tension entre la cathode (filament) et l’anode.
-Circulation du – vers le + .
-Ce pinceau d’électrons heurte l’anode en produisant principalement de la chaleur (99%) et des rayons X (1%) selon deux phénomènes associés:
* L’émission d’un fond continu sur lequel se superposent des raies
A- SPECTRE CONTINU (Freinage):
-Lors du bombardement de l’anode*, un e- pénètre dans l’atome.
-Il est dévié par la masse du noyau de l’atome cible.
-Il freine en se débarrassant de la majeure partie de son énergie cinétique sous forme de Rayons X
-On parle de rayonnement de freinage ou Bremstrahlung.
-Il est indépendant de l’élément composant l’anode
-Il dépend de la tension d’accélération des électrons donc de l’énergie des électrons incidents.
*Anode en Tungstène Numéro atomique élevé (74) offrant une forte probabilité d’interaction avec les électrons incidents et le cortège électronique cible et résistant à la chaleur dégagée lors du rayonnement.
- C’est ce spectre continu qui fournit les rayons x utilisables en radiologie.
B- SPECTRE DE RAIES (Collision):
-Il arrive qu’un électron du faisceau entre en collision avec un électron de l’orbite fondamentale K de l’atome de Tungstène.
-Les deux électrons s’éjectent créant un espace disponible pour qu’un électron d’une orbite supérieure puisse y « tomber », ce qui a pour effet de libérer de l’énergie sous la forme d’un rayonnement X.
-Tout électron tombant au niveau K et provenant de n’importe quelle couche supérieure (L,M,N) libère une énergie comprise entre 57,4 et 69,5 keV.
- C’est l’utilisation de ce spectre qui est utilisée dans le domaine de la cristallographie et de
l’analyse chimique par fluorescence X.
Effet AUGER :
- L’énergie excédentaire de l’atome ionisé ou une partie de celle-ci est communiquée à un électron orbital qui est expulsé entrainant une seconde ionisation.
- L’atome ionisé sur une couche possède un excès d’énergie interne qui lui entraine une instabilité, il va subir un réarrangement de ses couches électroniques par lequel il revient à son état fondamental en expulsant l’excédent d’énergie sous forme de photon de fluorescence ou par effet AUGER.
- RENDEMENT DES 2 TYPES D’INTERACTIONS :
- L’énergie cinétique perdue par un électron au cours d’un phénomène de freinage est transformé en totalité en photon, l’absorption d’une importante quantité de rayons x de faible énergie par l’anode et la paroi du tube réduit l’énergie totale des photons de freinage qui sortent du tube.
- Les phénomènes de collision sont responsables d’une faible production de rayons x,
- L’émission de rayons x par fluorescence est faible devant celle du rayonnement du freinage.
- CONCLUSION:
- Les rayons X sont des radiations électromagnétiques générés par des processus électroniques à l’intérieur de l’atome dont leur spectre est obtenu à la sortie d’un tube à rayons X .
- Ce spectre est composé d’un rayonnement de freinage (fond continu) Auquel se superpose un spectre des raies .
- C’est le spectre continu qui fournit les rayons X utilisables en radiologie alors que le spectre des raies est utilisé dans le domaine de la cristallographie et de l’analyse chimique par fluorescence X.
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Dr J Dupont, chirurgien-dentiste spécialisé en implantologie, titulaire d’un DU de l’Université de Paris, offre des soins implantaires personnalisés avec expertise et technologies modernes.