Cours du 12/09/2023: Rayonnements Électromagnétiques

Historique des rayonnements électromagnétiques X et 𝝲

• Wilhelm Röntgen découvre les rayons X en 1895 en utilisant un tube de Crookes soumis à un vide parfait.
• La production des rayons X se déroule en trois étapes : production et accélération des électrons, interaction avec une cible.
• Röntgen effectue la première radiographie en demandant à sa femme de placer sa main devant le rayonnement.
• Il reçoit un prix Nobel de physique en 1901 pour sa découverte et un co-prix Nobel en 1903 avec Pierre et Marie Curie pour la recherche sur la radioactivité.

Contribution de Henri Becquerel

• Henri Becquerel s'inspire des travaux de Röntgen pour examiner des matériaux comme l'uranium.
• En enfermant l'uranium dans un fil opaque, il observe que les rayonnements passent à travers, prouvant que l'uranium émet des rayonnements spontanément.
• Sa découverte mène à la mise en évidence des rayonnements alpha et à l’établissement de l’unité de mesure "Becquerel" pour les désintégrations par seconde.

Techniques modernes

• Ces découvertes permettent aux médecins d’effectuer des tomographies par émissions de positons (TEP) pour cartographier le corps humain et analyser la distribution du glucose.

Définition des rayonnements ionisants

• Les rayonnements ionisants correspondent à l'émission ou la transmission d'énergie sous forme de particules ou d'ondes, capable d'ioniser les atomes.

Cible et rayonnement

• Le tungstène est la cible principale utilisée pour sa haute atomicité (Z élevé).
• Les flèches verticales indiquent des raies d'énergie caractéristiques du tungstène.

Paramètres du tube RX

• L'intensité aux bornes du tube détermine le nombre de photons émis.
• La tension (U) aux bornes détermine l'énergie maximale des photons émis.
• Le rayonnement de freinage, majoritairement émis, voit son intensité augmenter avec l'augmentation d'Ic et sa largeur modifiée par la tension.

Exemples de modifications

• Modification de la tension: impact sur l'énergie des photons.
• Changement du matériel de la cible: affecte le pic de fluorescence.

Interaction et probabilité

• La probabilité d'interaction RX varie selon Z^(4)/E^(3,5), augmentant avec Z et diminuant avec E.
• Possible interaction avec énergie > 13,6 eV dans l'eau (énergie de liaison de l'électron de l'hydrogène).

Diffusion par effet Compton

• Un photon incident cède une partie de son énergie à un électron (ionisation) et est dévié.
• Le photon peut récupérer suffisamment d'énergie pour revenir en arrière.
• Ce phénomène prédomine à des énergies élevées et nécessite que le manipulateur radio sorte de la pièce.

Création de paires électron/positron

• L'énergie d'un photon peut être convertie en une paire électron-positron près d'un noyau.
• Ces particules interagiront ensuite avec leur environnement.

Rayonnement de fluorescence

• Produit par le réarrangement du cortège électronique après l'expulsion d'un électron par un incident.
• L'énergie est libérée lorsque les électrons externes remplacent les électrons expulsés, caractéristique du matériau de l’anode.

Interaction avec l'environnement

• Les rayons X de faible énergie interagissent principalement avec l'air ou le verre du tube.