Qu’est-ce que la radiographie douce – radiographie dure – définition

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.

Rayons X mous et durs

Les rayons X sont généralement décrits par leur énergie maximale, qui est déterminée par la tension entre les électrodes. Les rayons X avec des énergies photoniques élevées (supérieures à 5 à 10 keV) sont appelés rayons X durs , tandis que ceux avec une énergie plus faible (et une longueur d’onde plus longue) sont appelés rayons X mous . En raison de leur capacité de pénétration, les rayons X durs sont largement utilisés pour l’image de l’intérieur d’objets visuellement opaques. Les applications les plus souvent vues sont en radiographie médicale. Étant donné que les longueurs d’onde des rayons X durs sont similaires à la taille des atomes, elles sont également utiles pour déterminer les structures cristallines par cristallographie aux rayons X. En revanche, les rayons X mous sont facilement absorbés dans l’air. La longueur d’atténuation des rayons X à 600 eV dans l’eau est inférieure à 1 micromètre.

Radiographie – Production

Étant donné que les rayons X sont des photons de haute énergie , qui ont une nature électromagnétique , ils peuvent être produits chaque fois que des particules chargées (électrons ou ions) d’énergie suffisante frappent un matériau. Il est similaire à l’ effet photoélectrique , où les photons peuvent être annihilés lorsqu’ils heurtent la plaque métallique, chacun remettant son énergie cinétique à un électron .

Les rayons X peuvent être générés par un tube à rayons X , un tube à vide qui utilise une haute tension pour accélérer les électrons libérés par une cathode chaude à une vitesse élevée. La cathode doit être chauffée pour émettre des électrons. Les électrons, accélérés par des différences de potentiel de dizaines de milliers de volts, visent une cible métallique (généralement faite de tungstène ou d’un autre métal lourd) dans un tube à vide. Plus la tension entre les électrodes est élevée, plus les électrons atteindront une énergie élevée. En frappant la cible, les électrons accélérés sont brusquement arrêtés et les rayons Xet de la chaleur sont générées. La majeure partie de l’énergie est transformée en chaleur dans l’anode (qui doit être refroidie). Seulement 1% de l’énergie cinétique des électrons est convertie en rayons X. Les rayons X sont généralement générés perpendiculairement à la trajectoire du faisceau d’électrons.

Une source spécialisée de rayons X qui est de plus en plus utilisée dans la recherche est l’accélérateur de particules, qui génère un rayonnement connu sous le nom de rayonnement synchrotron . Lorsque des particules chargées ultra-relativistes se déplacent à travers des champs magnétiques, elles sont obligées de se déplacer le long d’un chemin incurvé. Comme leur direction de mouvement change continuellement, ils accélèrent également et émettent donc des bremsstrahlung, dans ce cas, ils sont appelés rayonnement synchrotron .

Les rayons X peuvent également être produits par des protons rapides ou d’autres ions positifs. L’émission de rayons X induite par les protons ou l’émission de rayons X induite par les particules est largement utilisée comme procédure analytique.

Spectre de rayons X – caractéristique et continu

Pour les rayons X générés par un tube à rayons X, la partie de l’énergie qui est transformée en rayonnement varie de zéro à l’énergie maximale de l’électron lorsqu’il frappe l’anode. L’énergie maximale du photon de rayons X produit est limitée par l’énergie de l’électron incident, qui est égale à la tension sur le tube multipliée par la charge des électrons, de sorte qu’un tube de 100 kV ne peut pas créer de rayons X avec une énergie supérieure à 100 keV. Lorsque les électrons atteignent la cible, les rayons X sont créés par deux processus atomiques différents:

• Bremsstrahlung . Le bremsstrahlung est un rayonnement électromagnétique produit par l’accélération ou la décélération d’un électron lorsqu’il est dévié par de forts champs électromagnétiques de noyaux cibles à Z élevé (nombre de protons). Le nom bremsstrahlung vient de l’allemand. La traduction littérale est «rayonnement de freinage» . D’après la théorie classique, lorsqu’une particule chargée est accélérée ou décélérée, elle doit rayonner de l’énergie. Le bremsstrahlung est l’une des interactions possibles des particules chargées de lumière avec la matière (en particulier avec des nombres atomiques élevés). Ces rayons X ont un spectre continu. L’intensité des rayons X augmente linéairement avec une fréquence décroissante, à partir de zéro à l’énergie des électrons incidents, la tension sur le tube à rayons X. Changer le matériau à partir duquel la cible dans le tube est faite n’a aucun effet sur le spectre de ce rayonnement continu. Si nous devions passer d’une cible en molybdène à une cible en cuivre, par exemple, toutes les caractéristiques du spectre des rayons X changeraient à l’exception de la longueur d’onde de coupure.
• Emission caractéristique de rayons X. Si l’électron a suffisamment d’énergie, il peut faire sortir un électron orbital de la coquille électronique interne d’un atome de métal. Étant donné que le processus laisse une vacance dans le niveau d’énergie électronique d’où provient l’électron, les électrons externes de l’atome descendent pour remplir les niveaux atomiques inférieurs, et un ou plusieurs rayons X caractéristiques sont généralement émis. En conséquence, des pics d’intensité nets apparaissent dans le spectre à des longueurs d’onde qui sont une caractéristique du matériau à partir duquel la cible anodique est fabriquée. Les fréquences des rayons X caractéristiques peuvent être prédites à partir du modèle de Bohr.