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PRODUCTION DES RAYONS X
Réaliser par: Coordinatrice du master:
AZZOUZI HAMZA Pr Oum Kaltoum HAKAM
Master Techniques nucléaires radioprotection
Mise en place d ’une différence de potentiel V entre une cathode située à proximité du conducteur et une anode.
Circulation les électron vers le anode
Ce pinceau d’électrons heurte l’anode en produisant principalement de la chaleur (99%) et des rayons X (1%) selon deux phénomènes associés:
L’émission d’un spectre continu
L’émission d’un spectre de raies
INTRODUCTION
LA PRODUCTION DES RAYONS
Principe de fonctionnement
Les différents composants du tube à rayons X
Types des tubes rayons x
Puissance du tube à rayons
Rendement R du tube à rayons X
Le spectre de rayon x
L’image Radiante X
CONCLUSION
Principe:
Les rayons X ont été découverts en 1895 par W. Röntgen à Würzburg en Allemagne
Les rayons X sont des radiations photoniques = ondes électromagnétiques.
Invisibles, Inodores, Inaudibles Se déplacent à la vitesse de la lumière 3 10^8 ms-1
Se déplacent en ligne droite
PRODUCTION DES RAYONS X
Réaliser par: Coordinatrice du master:
AZZOUZI HAMZA Pr Oum Kaltoum HAKAM
Master Techniques nucléaires radioprotection
Emission d ’électrons par un conducteur chauffé placé dans un tube sous vide : effet thermo-ionique.
création d ’un nuage électronique au voisinage du conducteur
réalisation d ’un équilibre : les électrons émis sont rappelés par les charges + sur le conducteur, et repoussés par les électrons du nuage
Pour réduire le phénomène d’évaporation du métal de la cathode, la température d’émission thermonionique n’est attainder que pendant la période de production des rayons X
Pendant la période d’attente, la température de la cathode est conservée à ± 1500 °C de sorte que la température d’émission à 2700°C puisse être atteinte en une fraction de seconde
La surface de l’anode frappée par les électrons ou
foyer thermique est rectangulaire
Sa projection sur la fenêtre d’émergence du tube est carrée. C’est le foyer optique
Anode bombardée par les électrons et émettrice des rayons X
Le dispositif Anode et Cathode est inséré dans un tube en verre sous vide avec fenêtre spéciale pour la sortie des rayons X
Tube en métal accueillant l ’ensemble du dispositif et l ’alimentation électrique
Protection de blindage contre les rayonnements diffusés
La pièce de concentration:
Métallique, elle présente une forme en cuvette au fond de laquelle sont placés les filaments.
Afin de focaliser le faisceau d'électrons, elle est portée à un potentiel négatif
Cathode: Elle comprend un filament en tungstène et une pièce de concentration :
Le filament: Habituellement en tungstène, il s'agit d'un enroulement hélicoïdal d'un fil de 0,2 à 0,3 mm de section. Il est parcouru par un courant de chauffage de forte intensité qui par effet JOULE, le porte à une température de 2000° environ.
Sa conception tient compte des deux caractéristiques précédemment citées :
Grande puissance et surface de production de petite taille
Deux types d’anode : fixe ou tournante
Plaque de tungstène biseautée sertie dans un cylindre de cuivre et placée en face de la cathode pour être frappée par le faisceau électronique.
L’angle formé entre la piste d’anode et le rayon directeur est appelé angle d’anode
Varie entre 10 et 20°
Le foyer optique est proportionnel au sinus de l’angle
La cathode et l’anode sont placées dans une enceinte où règne un vide poussé (pas ou peu d’interactions entre les électrons)
Cette ampoule en verre contient une huile isolante
(refroidissement) est transparente au rayonnement thermique et se soude parfaitement au métal des électrodes.
Le tube est placé dans un cylindre de métal doublé intérieurement de plomb sauf au niveau de la fenêtre de sortie
La gaine assure la protection mécanique et électrique, l'évacuation de chaleur et la protection contre le rayonnement X de fuite.
L’anode se présente sous la forme d’un disque tronconique de :
forme aplatie tournant en regard de la cathode
Elle est portée par un rotor monté sur roulements permettant une rotation de 3000 à 9000tr/mn
Deux courants électriques sont nécessaires au fonctionnement du tube :
courant de chauffage.
courant haute tension.
Finesse de foyer
Plus le foyer sera petit (angle d’anode réduit) plus on augmentera la définition spaciale
Ex : Utilisation de foyers fins de 0,1 à 0.3 mm
Dans ce cas, l’anode est en molybdène
Une augmentation de la tension appliquée entre l'anode et la cathode influe à la fois sur la quantité et sur la qualité du rayonnement X:
élévation de l'énergie des rayons X <=>raccourcissement des longueurs d'ondes (ou augmentation des fréquences)
Tube de crookes
La puissance rayonnée par le faisceau de rayons x est donnée par :
La plupart de la puissance électrique P=VI est consommée sous forme de chaleur.
si bien que la puissance rayonnée effectivement sous forme de rayons X :
faible pour un tube de Coolidge ~2%
le rendement du tube est donné par:
Les variations de l'intensité du courant de chauffage appliqué au filament de la cathode modifient la quantité des rayonnements émis, mais pas leur qualité: les longueurs d'ondes (ou fréquences)
demeurent identiques.
Variation du rayonnement en fonction de i, pour U et Z constant
Un spectre d’émission de rayons X consiste en la superposition d’un spectre continu et d’un spectre discret de raies.
Les X d’énergie très faible sont éliminés par une lame d’aluminium Placée à la sortie du faisceau
le spectre de raies caractéristiques liées au réarrangement du cortège électronique. Ce spectre global peut être représenté de deux manières :
fonction des longueurs d’onde le spectre présentera
alors une longueur d’onde minimale λmin=h.c/Emax « Interactions
rayonnements-matière »
en fonction de l’énergie, comme sur la figure 3.6. Dans ce cas, l’énergie des rayons
X ne pourra pas dépasser une valeur maximale Emax correspondant à la haute tension appliquée. En aucun cas l’énergie du photon X de freinage ne peut être supérieure à celle de l’électron qui lui a donné naissance :
Emax=e·V
ou, plus simplement :Emax(en keV) = haute tension (kV)
Interactions entre un électron incident et un noyau-cible :
rayonnement continu
freinage Bremsstrahlung
Interactions entre un électron incident et le nuage électronique de l’atome cible :
ionisation expulsion d’un électron (proche du noyau) et réarrangement électronique
Lors du bombardement de l’anode un e - pénètre
dans l’atome :
Il est dévié par la masse du noyau de l’atome cible .
Il freine en se débarrassant de la majeure partie de
son énergie cinétique sous forme de Rayons X
On parle de rayonnement de freinage ou
Bremsstrahlung
Facteurs géométriques
Loi de l’agrandissement
Loi de la déformation
Rayons X Transfert Linéique d’Energie TEL
C’est l’énergie libérée par un photon ou une particule, dans la matière par unité de longueur
Loi d’atténuation de Beer-Lambert :I = Ioe-µx
I : Nombre de photons après la traversée de la matière
Io: Nombre initial de photons
e : Fonction exponentielle
µ : Coefficient linéique global d’atténuation
x: épaisseur traversée
CDA = Couche de demi-atténuation c’est l’épaisseur nécessaire à arrêter la moitié des rayons X
La forme exacte du spectre émis par un tube à rayons X dépend de nombreux paramètres tels que la nature de l’anode, la valeur de la haute tension et la filtration totale. L’intensité électrique du courant parcourant le filament permet de modifier le nombre d’électrons émis, donc celui de rayons X produits par le tube.
Effet photoélectrique:
Lorsque le rayon est de faible énergie, il y a absorption totale de l’énergie du photon dans la matière et dépend
De l’énergie des rayons X (faible énergie)
Des numéros atomiques des atomes (Z élevés++)
Effet Compton:
Lorsque le rayon est de forte énergie, il y a diffusion d’une partie de
l’énergie du photon par la matière
L’effet Compton dépend :
De l’énergie des rayons X (Forte énergie)
Les numéros atomiques des atomes influencent très peu la probabilité d’interaction par effet Compton
Le contraste:
Il est la traduction visuelle de la modulation du faisceau au cours de la traversée du patient
Remarque
Une image peut être floue, si le contraste est suffisant entre deux objets, ils seront distingués.
Les rayons X Interactions avec la matière:
Effet Compton
Effet photoélectrique
Lorsque la projection n'est pas orthogonalel'image est déformée
Cette distorsion de forme est d'autant plus grande que les angles d'incidence et de projection s'éloignent de 90°
Dans l’industrie et la recherche, les rayons X sont utilisés pour le dosage et la détection (cristallographie par exemple), le contrôle non destructif, mais aussi la recherche et la caractérisation d’éléments, tels que le plomb dans les peintures. (Pour plus de détailsconcernant les diverses utilisations des rayonnements X
les rayonnements X ont trouvé depuis de nombreuses applications. Dans le domaine médical, les rayons X de basse énergie sont utilisés en radiodiagnostic et en radiothérapie conventionnelle, encore appelée radiothérapie « basse énergie », alors que la radiothérapie dite « haute énergie » met en œuvre des rayonnements X produits par des accélérateurs
Lors du bombardement de l’anode un e - pénètre
dans l’atome :
Il est dévié par la masse du noyau de l’atome cible .
Il freine en se débarrassant de la majeure partie de
son énergie cinétique sous forme de Rayons X
On parle de rayonnement de freinage ou
Bremsstrahlung
INTRODUCTION
LA PRODUCTION DES RAYONS
Principe de fonctionnement
Les différents composants du tube à rayons X
Types des tubes rayons x
Puissance du tube à rayons
Rendement R du tube à rayons X
Le spectre de rayon x
L’image Radiante X
CONCLUSION
Lors du bombardement de l’anode un e - pénètre
dans l’atome :
Il est dévié par la masse du noyau de l’atome cible .
Il freine en se débarrassant de la majeure partie de
son énergie cinétique sous forme de Rayons X
On parle de rayonnement de freinage ou
Bremsstrahlung
Facteurs géométriques
Loi de l’agrandissement
Loi de la déformation