Principe de production

Les rayons X sont obtenus en bombardant une plaque métallique de tungstène avec des électrons animés d'une très grande vitesse. Ces électrons sont produits par un filament de tungstène chauffé. L'ensemble est placé dans une ampoule en verre, à l'intérieur de laquelle on fait le vide appellée tube de Crookes. Le tube de Crookes a été inventé par l'ingénieur britannique William Crookes vers 1875. Il a ensuite été amélioré par Coolidge en 1913. Il y a, dans cette enceinte deux électrodes de métal, une à chaque extrémité : une cathode et une anode. On y applique une différence de potentiel (ou tension) entre la cathode et l'anode. La différence de potentiel entraîne les électrons présents dans la cathode à se déplacer à grande vitesse vers l'anode. Sur l'anode se trouve une plaque de tungstène. Voici à quoi ressemble un tube émetteur de rayons X d'un radiographe classique de nos jours :

 

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Ces électrons, ayant une vitesse importante, vont pénétrer dans le rayon atomique, traverser les couches K, L et M de l'atome et ainsi perturber l'état électronique des atomes métalliques. Le retour de ces atomes dans un état stable s'accompagne de l'émission de rayons X. Il existe 2 cas possibles:
 
Cas n°1: En majorité l'électron pénètre dans l'atome et traverse les différentes couches K, L et M. En s'approchant du noyau, l'électron est attiré vers ce-dernier et sa trajectoire prend une courbure. Au cours de cette courbure, il y a un dégagement d'énergie sous forme de rayonnement X. L'électron continue ensuite sa course et ressort de l'atome en traversant à nouveau les différentes couches électroniques. Cette technique compose la majeure partie de la production de rayons X.
 
Cas n°2: Autre méthode Comme dans le cas précédent, l'électron à grande vitesse pénètre dans l'atome et traverse les couches M et L. Cette fois-ci, l'électron bombardé vient heurter un autre électron de la couche K. Il y a cette fois-ci une double production de rayons X: La première vient du heurt entre les deux électrons et de l'éjection de l'électron de la couche K et la deuxième vient du phénomène énoncé dans la méthode classique. L'electron bombardé "éjecte" l'électron présent sur la couche K, et ressort ensuite comme dans le cas précédent. Cette méthode provoque donc une modification de la structure atomique du fait du manque d'un électron. Cette méthode est plus rare que la précédente mais produit environs dix fois plus de rayonnements X que la méthode classique. Les électrons qui ressortent partent dans l'anode et les rayons X sortent du tube par une partie de ce-dernier qui n'est pas plombée (ceci permet de contrôler la sortie des rayons du tube). Remarque : Seuls 1% des électrons bombardés amènent à la production de rayons X. 99% de l'énergie cinétique des électrons se transforme en chaleur. Par conséquent, les tubes sont munient d'un système de refroidissement car la température peut avoisiner les 2000°C.

 

Le tube émetteur de rayons X est plombé et ne laisse sortir les rayons que par une petite ouverture. La source des rayons X se trouve au point de l'impact du faisceau d'électrons sur la plaque métallique : c'est donc une source considérée comme ponctuelle. Un film sensible aux rayons X enregistrera de ce fait l'ombre portée de cette source après son passage à travers le corps du patient. Les rayons X sont davantage atténués par les os que par les autres tissus.

Afin de mieux comprendre la pénétration des rayons X dans le corps humain, cliquez sur l'image animée ci-dessous.

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