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Les Rayons X
UE 3A UE 3A Organisation des appareils et des systèmes : Organisation des appareils et des systèmes : Aspects fonctionnels et méthodes d’étude Dr Tristan Richard L1 santé – année universitaire 2009/10 Rayons X et gamma – Rayonnements particulaires Natures et propriétés des REM Principales caractéristiques des rayonnements α et β β Interaction avec la matière: effet photo‐électrique, diffusions, matérialisation Détection • • • • • • Physique Nucléaires : Généralités La Radioactivité Interactions Rayonnements – Matière Les Réactions Nucléaires Les Rayons EM Les Détecteurs L1 santé 2009‐2010 ‐ UE 3A ‐ Module 5 2 Les Rayons X © Creative Commons BY‐NC‐SA L1 santé 2009‐2010 ‐ UE 3A ‐ Module 5 3 Les Rayons X 1. Généralités 2 Origine 2. 2.1 Rayonnement de freinage 2.2 Rayonnement caractéristique 2 3 Spectre Réel 2.3 S t Ré l 3. Production 3.1 Principe 3.2 Tube de Coolidge 3.3 Autres dispositifs 4. Applications © Creative Commons BY‐NC‐SA L1 santé 2009‐2010 ‐ UE 3A ‐ Module 5 4 1. Généralités Historique découvert par Wilhem Röntgen (1895) Généralités REM É Énergie > 13.6 eV (pratiquement ∼ i > 13 6 V ( ti t KeV) K V) W. Röntgen (1845‐1923) Origine interaction électron/noyau rayonnement freinage interaction électron/nuage électronique expulsion e – → réarrangement cortège électronique L1 santé 2009‐2010 ‐ UE 3A ‐ Module 5 J Bergonié (1857‐1925) J. Bergonié 5 2. Origine 2 1 Rayonnement de freinage 2.1 Rayonnement de freinage e – incidents monoénergétiques (énergie cinétique Ei) et unidirectionnels e – incidents produits par ddp accélératrice U Ei = qU U interactions électrostatiques Î q e – déviées incurvation trajectoire e – accélération centripète rayonnement énergie émission rayons X e – incident Ei + e – dévié dé ié noyau L1 santé 2009‐2010 ‐ UE 3A ‐ Module 5 Ed 6 énergie hνX = Ei = Ei – Ed hνX énergie photon X émis – incidente Ei énergie cinétique e g q Ed énergie cinétique e – déviée perte énergie cinétique e – Î e – freinés Î émission X interaction électrostatique Î toutes distances noyau/e – possibles hνX = 0 absence interaction hνX = Ei = Ei arrêt e arrêt e – spectre altéré faibles énergies spectre altéré faibles énergies Î absorption RX (absorption nomb bre de hνX Î spectre continu (par unité de temps) spectre rayonnement de freinage par matériau ) par matériau,…) filtration des faibles énergies Ei énergie des photons (keV) énergie des photons (keV) L1 santé 2009‐2010 ‐ UE 3A ‐ Module 5 7 2.2 Rayonnement caractéristique Ei > WL interaction e – / nuage électronique atome é énergie de liaison i d li i WL M L K WL M L K choc expulsion e – cortège électronique si Ei > WL e – éjecté e – incident Ei ionisation atome Î instable réarrangement cortège électronique émission photons X de fluorescence L1 santé 2009‐2010 ‐ UE 3A ‐ Module 5 WM 8 e – éjecté couche K ou L atome cible hypothèse: e hypothèse: e – éjecté couche K éjecté couche K transition e – couche L vers couche K émission 1er photon tel que émission 1 photon tel que hνX = |W = |WL – WK| transition e – couche M vers couche K émission 2nd p photon tel que q hνX = |W | M – WK| notation indice K, L: couche électronique arrivée indice K, L: couche électronique arrivée Î spectre de raies (raies = transitions e – ) nombre e de hνX niveaux e – quantifiés (par unité de temps) indice α, β,…: couche e – de remplacement 1er photon = Kα 2nd photon = Kβ énergie des photons (keV) L1 santé 2009‐2010 ‐ UE 3A ‐ Module 5 9 no ombre de h hνX (par unitéé de temps) 2.3 Spectre Réel énergie des photons (keV) h t (k V) Ei1 Ei2 Ei3 ddp croissantes: (1) Ei = Ei1 < WL (2) WL < Ei = Ei2 < WK (3) WK < Ei = Ei3 L1 santé 2009‐2010 ‐ UE 3A ‐ Module 5 10 2. Production 2 1 Principe 2.1 principe de fonctionnement principe de fonctionnement système générateur de hautes tensions (20 kV à qq MV) alimentation tube à rayons X alimentation tube à rayons X accélération des e – entre cathode et anode (cible) interaction avec atome cible Î i t ti t ibl Î émission RX é i i RX + générateur haute tension – RX K e– A tube RX principe du dispositif p p p f L1 santé 2009‐2010 ‐ UE 3A ‐ Module 5 11 2.2 Tube de Coolidge – chauffage réglable générateur haute tension + tube (vide) tube (vide) rotor système de refroidissement f e– cathode filament tungstène filament tungstène RX tungstène anode graphite e – incidents produits par effet thermoélectrique cathode: filament tungstène cathode: filament tungstène anode: cible e – accélérés par ddp U 50 – 150 KV Î Î imagerie qq centaines de kV Î radiothérapie système de refroidissement anode système de refroidissement anode anode tournante L1 santé 2009‐2010 ‐ UE 3A ‐ Module 5 tube à RX 12 2.3 Autres dispositifs radiothérapie: Rayons X haute énergie (5 – 20 MeV) accélérateurs linéaires accélérateurs circulaires L1 santé 2009‐2010 ‐ UE 3A ‐ Module 5 13 3. Applications (imagerie X) 3 1 Principe 3.1 intensité RX décroit traversée solides et liquides intensité RX décroit traversée solides et liquides imagerie par atténuation N (x) N0 N = N0e–μ x N( x) = N0 e − μ x N0 flux faisceau X primaire p N flux faisceau X transmis μ coef. linéique d’atténuation (cm – 1) x épaisseur milieu homogène N0//2 x CDA coefficient linéique d’absorption dépend numéro atomique (Z) et densité é t i (Z) t d ité (liquide, solide,…) des tissus traversés (li id lid ) d ti t é énergie photon X L1 santé 2009‐2010 ‐ UE 3A ‐ Module 5 14 ordre décroissaant tissus organiques Î coefficient linéique global d’atténuation os fortement atténuant fortement atténuant eau graisse poumons faiblement atténuant corps humain Î atténuation Î atténuation Î nature et forme éléments nature et forme éléments corps humain Î tissus et organes μ différents Î intensité faisceau transmis différente section droite Î image radiante air RX muscle os invisible œil nu Î récepteur Î image lumineuse L1 santé 2009‐2010 ‐ UE 3A ‐ Module 5 15 3.2 Dispositifs expérimentaux film radiologique (couple film écran) ( ) majorité examens biologiques développement Î noircissement ∝ intensité RX transmis image = négatif organe RX μ2 > μ1 μ1 RX clair sombre film L1 santé 2009‐2010 ‐ UE 3A ‐ Module 5 16 3.2 Dispositifs expérimentaux amplificateur de brillance dispositif électronique Î amélioration perception image émission photons fluorescents RX émission électrons (effet photoélectrique) hν écran fluorescent photocathode écran électronique plus lumineuse Î facteur 3000 à 5000 L1 santé 2009‐2010 ‐ UE 3A ‐ Module 5 17
