Les rayons X , également connus sous le nom de rayonnement X , se réfèrent au rayonnement électromagnétique (pas de masse au repos, pas de charge) des hautes énergies. Les rayons X sont des photons de haute énergie avec des longueurs d’onde courtes et donc des fréquences très élevées. La fréquence de rayonnement est un paramètre clé de tous les photons, car elle détermine l’énergie d’un photon. Les photons sont classés en fonction des énergies des ondes radioélectriques de faible énergie et du rayonnement infrarouge, à travers la lumière visible, aux rayons X à haute énergie et aux rayons gamma .
La plupart des rayons X ont une longueur d’onde allant de 0,01 à 10 nanomètres (3 × 10 16 Hz à 3 × 10 19 Hz), correspondant à des énergies comprises entre 100 eV et 100 keV. Les longueurs d’onde des rayons X sont plus courtes que celles des rayons UV et généralement plus longues que celles des rayons gamma. La distinction entre les rayons X et les rayons gamma n’est pas si simple et a changé au cours des dernières décennies. Selon la définition actuellement valable, les rayons X sont émis par des électrons à l’extérieur du noyau, tandis que les rayons gamma sont émis par le noyau .
Blindage des rayons X
Voir aussi: Blindage des rayonnements ionisants
Atténuation des rayons X
Source: Wikimedia Commons
À mesure que les photons de haute énergie traversent le matériau, leur énergie diminue. C’est ce qu’on appelle l’ atténuation . La théorie de l’atténuation est également valable pour les rayons X et les rayons gamma . Il s’avère que les photons de plus haute énergie (rayons X durs) voyagent à travers les tissus plus facilement que les photons de basse énergie (c’est-à-dire que les photons de plus haute énergie sont moins susceptibles d’interagir avec la matière). Une grande partie de cet effet est liée à l’ effet photoélectrique . La probabilité d’absorption photoélectrique est approximativement proportionnelle à (Z / E) 3, où Z est le numéro atomique de l’atome de tissu et E est l’énergie photonique. À mesure que E augmente, la probabilité d’interaction diminue rapidement. Pour les énergies supérieures, la diffusion Compton devient dominante. La diffusion de Compton est à peu près constante pour différentes énergies bien qu’elle diminue lentement aux énergies plus élevées.
Comme on peut le voir, un blindage efficace des rayons X est dans la plupart des cas basé sur l’utilisation de matériaux ayant les deux propriétés suivantes:
- haute densité de matériau.
- nombre atomique élevé de matériaux (matériaux à forte teneur en Z)
Cependant, les matériaux à faible densité et les matériaux à faible Z peuvent être compensés par une épaisseur accrue, qui est aussi importante que la densité et le nombre atomique dans les applications de blindage.
Un fil est largement utilisé comme écran anti -rayons X. Le principal avantage du blindage en plomb réside dans sa compacité en raison de sa densité plus élevée. Un fil est largement utilisé comme écran gamma. D’un autre côté, l’uranium appauvri est beaucoup plus efficace en raison de son Z plus élevé. L’uranium appauvri est utilisé pour le blindage dans les sources de rayons gamma portables.
Dans les centrales nucléaires, le blindage du cœur d’un réacteur peut être assuré par des matériaux de la cuve sous pression du réacteur, des internes du réacteur ( réflecteur de neutrons ). Le béton lourd est également généralement utilisé pour protéger à la fois les neutrons et le rayonnement gamma.
En général, le blindage contre les rayons X est plus complexe et difficile que le blindage contre les radiations alpha ou bêta . Afin de comprendre de façon globale comment un rayonnement X perd son énergie initiale, comment peut être atténué et comment être protégé, nous devons avoir une connaissance détaillée de ses mécanismes d’interaction.
Voir aussi plus de théorie: Interaction des rayons X avec la matière
Voir aussi calculatrice: Activité gamma au débit de dose (avec / sans écran)
Voir aussi XCOM – photon cross-section DB: XCOM: Photon Cross Sections Database
Demi-couche de valeur – rayons X
La couche à demi-valeur exprime l’épaisseur du matériau absorbant nécessaire pour réduire l’intensité du rayonnement incident d’un facteur deux . Il existe deux caractéristiques principales de la couche de demi-valeur:
- La couche de demi-valeur diminue à mesure que le numéro atomique de l’absorbeur augmente. Par exemple, 35 m d’air sont nécessaires pour réduire l’intensité d’un faisceau de rayons X de 100 keV par un facteur de deux alors que seulement 0,12 mm de plomb peut faire la même chose.
- La couche de demi-valeur pour tous les matériaux augmente avec l’énergie des rayons X. Par exemple, de 0,26 cm pour le fer à 100 keV à environ 0,64 cm à 200 keV.
Exemple:
De quelle quantité d’eau absorbez-vous la chaleur si vous souhaitez réduire l’intensité d’un faisceau de rayons X monoénergétique de 100 keV ( faisceau étroit ) à 1% de son intensité incidente? La couche de demi-valeur pour les rayons X à 100 keV dans l’eau est de 4,15 cm et le coefficient d’atténuation linéaire pour les rayons X à 100 keV dans l’eau est de 0,167 cm -1 . Le problème est assez simple et peut être décrit par l’équation suivante:
Si la demi-couche de valeur pour l’eau est de 4,15 cm, le coefficient d’atténuation linéaire est:
Maintenant, nous pouvons utiliser l’équation d’atténuation exponentielle:
L’épaisseur d’eau requise est donc d’environ 27,58 cm . C’est une épaisseur relativement importante et elle est causée par de petits nombres atomiques d’hydrogène et d’oxygène. Si nous calculons le même problème pour le plomb (Pb) , nous obtenons l’épaisseur x = 0,077 cm .
Tableau des demi-couches de valeur
Tableau des demi-couches de valeur (en cm) pour différents matériaux à des énergies de photons de 100, 200 et 500 keV.
| Absorbeur | 100 keV | 200 keV | 500 keV |
| Air | 3555 cm | 4359 cm | 6189 cm |
| Eau | 4,15 cm | 5,1 cm | 7.15 cm |
| Carbone | 2,07 cm | 2,53 cm | 3,54 cm |
| Aluminium | 1,59 cm | 2,14 cm | 3,05 cm |
| Le fer | 0,26 cm | 0,64 cm | 1,06 cm |
| Cuivre | 0,18 cm | 0,53 cm | 0,95 cm |
| Conduire | 0,012 cm | 0,068 cm | 0,42 cm |
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