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PRODUCTION DES RAYONS X 1 PLAN I – INTERET DE LA QUESTION II-HISTORIQUE. III- G

PRODUCTION DES RAYONS X 1 PLAN I – INTERET DE LA QUESTION II-HISTORIQUE. III- GENERALITES. IV- PRINCIPES PHYSIQUES: A-EFFET THERMO-IONIQUE B- FAISCEAU D'ÉLECTRONS C- INTERACTION DES ÉLECTRONS AVEC LA MATIÈRE D-DESCRIPTION MICROSCOPIQUE DES INTERACTIONS 1-l’effet photoélectrique 2-l’effet Compton. V- SPECTRE D’EMISSION D’UN TUBE DE RAYONS X: A-SPECTRE CONTINU (Freinage). B- SPECTRE DE RAIES (Collision). VI- RENDEMENT DES 2 TYPES D’INTERACTIONS. VII- CONCLUSION. VIII- BIBLIOGRAPHIE 2 • Le 8 novembre 1895 Wilhelm Roentgen utilisa un tube de Crooks pour étudier les effets du passage d’un faisceau électronique dans les gaz rares. • Il remarqua l’apparition d’un rayonnement inconnu, capable d’imprimer une plaque photographique lors de la mise sous tension du tube. 3 4 • Il nomma ce rayonnement X (comme l’inconnu mathématique) et soupçonna qu’il était issu de l’interaction d’électrons accélérés dans le vide avec une cible métallique • Quelques jours plus tard Roentgen s’aperçut que ces rayons inconnus étaient capables de photographier en transparence le corps humain, et réalisa le premier cliché radiographique. • Prix Nobel en 1901 5 Le premier cliché est celui de la main d'Anna Bertha Röntgen (22 décembre 1895, pose de 20 min.) Rappel • Les RX sont une forme de rayonnement électromagnétique à haute fréquence constitué de photons dont la longueur d'onde courte. • Dans un tube à rayons X, l'émission de ces rayonnements est obtenue en bombardant une cible par un faisceau d'électrons accélérés dans le vide, ce freinage provoque l’émission d’un rayonnement électromagnétique identique à la lumière mais de longueur d’onde comprise approximativement entre 5 picomètres et 10 nanomètres. 6 III-GENERALITÉS La qualité : la qualité des rayons x dépend de leur énergie que l’on traduit habituellement en tension d’excitation KV. La quantité : la quantité des rayons x est 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 , une cathode chauffé émet des é qui sont attirés par une anode qui émet des rayons x. Tube et production des rayons x: Pour produire des rayons x le tube radiogène doit posséder 03 éléments technologiques essentiels: 1. Une source d’éléctrons au niveau de la cathode : Obtenue par effet thermo ionique . 2. Une différence de potentiel élevée permettant d’accélérer les électrons dans le vide : Qui varie de 40 KV a 150 KV 3. Une cible métallique permettant la création des rayons x 8 III-GENERALITÉS IV-PRINCIPES PHYSIQUES • La production de rayons fait suite à une interaction violente entre un électron possédant une vitesse élevée et une cible métallique très dense. • Lors de cette interaction l’électron subit une décélération brutale qui se convertit en chaleur (99%) et en rayons X (1%). 9 IV-PRINCIPES PHYSIQUES : 1. Effet thermo-ionique • Pour extraire des électrons des structures atomiques, il faut apporter de l'énergie En chauffant le filament. • Il y a libération des électrons avec création d'un véritable "nuage électronique" : effet thermo-ionique ou effet EDISON. • Un courant s'établit donc entre les deux électrodes a condition d'appliquer une ddp suffisante entre la cathode et l’anode, l'intensité du ce courant va dépendre uniquement de la température et donc du courant de chauffage du filament . 10 Effet thermo-ionique 11 IV-PRINCIPES PHYSIQUES 2. Faisceau d'électrons Dans le tube à rayons X, type COOLIDGE: 1. les électrons sont accélérés par une forte différence de potentiel(ddp). 2. 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 ; il permet la focalisation du faisceau d'électrons vers la cible . 12 IV-PRINCIPES PHYSIQUES 3. Interaction des électrons avec la matière Lorsque les électrons accélérés percutent une cible matérielle, il y a perte d'énergie et émission de rayonnements X. Deux types d'interaction se produisent : 1. interaction avec le champ électrique péri-nucléaire 2. ou avec un électron de l'atome. 13 A. Interactions avec les électrons il s'agira plus ou moins d'une collision entre électron incident avec son énergie cinétique (T ) et électron de l'atome avec son énergie de liaison ( W ) créant un choc pouvant être frontal ou tangentiel; et selon l'importance de l'énergie transférée on aura soit une ionisation ou une excitation , les e- de l'atome peuvent être parfois éjectés si T>W >> il y a ionisation de l'atome Sachant que selon la localisation périnucléaire de l'électron de l'atome percuté on aura soit : 14 15 a. collision avec les e- périphériques :les collisions sont plus nbreuses car les e- à ce niveau sont plus nbreux, et si ces derniers sont éjectés le ré- agencement électronique ne provoquera que l'émission de photons peu énergétiques qui seront absorbés par la matière environnante avec émission de chaleur. b. collision avec les e- des couches profondes :le ré- agencement électronique entraînera une émission de photons : rayonnement de fluorescence avec des photons d'énergie relativement élevée. 16 • Comment? une fois un e- des couches profondes éjecté, l'atome s'en trouve ionisé, et est désormais dans un état instable, car possédant un excédent d'énergie sur une couche électronique, cela va conduire à un réarrangement électronique + répulsion de l'excédent d'énergie sous forme de photons de fluorescence >> effet d'auger • Comment se déroule ce réarrangement? chaque transition d'e- d'une couche j à une couche i plus int conduit à la libération d'énergie équivalant à la diff d'énergie de liaison Wi-Wj sous forme de photons de fluo . 17 18 B. 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 et se trouve finalement ralenti. Le rayonnement émis est appelé rayonnement de freinage . 19 20 1. Cours MAHEU 2007-08 : Production de rayons X 2. Conférence d’université de technologie Compiègne: notion de technologie en radiologie conventionnelle 3. Bases physiques des rayons X - CERF 2001 – 4. Conférence d’Olivier Ernest CHU Lille: (Les rayons X ) 21 VIII-BIBLIOGRAPHIE uploads/Finance/ production-des-rayons-x.pdf