Rayons X, production et interaction avec la matiere

Résumé du document

Les rayons X sont une forme de rayonnement électromagnétique à haute fréquence. Ils ont été découverts en 1895 par le physicien allemand Wilhelm Röntgen, qui a reçu pour cela le premier prix Nobel de physique ; il les nomma ainsi car ils étaient d'une nature inconnue (la lettre x désigne l'inconnue en mathématiques).
Ce document explique comment les rayons X ont été découverts et quels ont été leur impact sur le monde "moderne" grâce à leurs multiples applications et propriétés.
Plusieurs explications de théories physiques viennent illustrer les divers exemples abordés dans ce document.

Extraits

[...] Passionné de moto et de vitesse, il meurt à la suite d'un accident de voiture. πβ Atténuation des rayons X Les photons X peuvent traverser un système matériel Sans interaction : énergie transmise Wt Ou interagir avec le milieu, Une partie de l'énergie du photon étant diffusée et réémise sous la forme d'un ou plusieurs photons diffusés : Wd Ou l'énergie du photon incident est totalement absorbée par le milieu : Wa Pour un grand nombre de photons incidents, mono-énergétiques le principe de conservation de l'énergie conduit à : ΣWi = ΣWt + ΣWd + ΣWa πβ Atténuation des rayons X ΣWi = ΣWt + ΣWd + ΣWa Wt Wi Wd Wa πβ Atténuation des rayons X Coefficient d'absorption μ N0 étant le nombre de photons monoénergétiques incidents, après traversée de l'épaisseur x de matériau absorbant, leur nombre est : N0 N N = N0 exp μ.x) μ, coefficient d'absorption linéaire du milieu s'exprime en m-1 (ou μ = μ/ρ . [...]

[...] -Puis le 27 Janvier par Henri Dufour, à Lausanne et le 04 Février 1896 par Charles Soret à Genève - Première radiographie d'un membre supérieur, par Etienne Destot à l'Hôtel Dieu de Lyon en Février 1896. Radioscopie en 1896 Radioscopie dans les années 1900 πβ Les rayons X trouvèrent rapidement à s'appliquer dans le domaine médical ou dans les démonstrations privées ou grand public . πβ πβ Ou même parmi les scientifiques . "Vitascope"d'Edison, destiné au grand public πβ Edison photographié en utilisant, comme système éclairage, son tube à rayons X. [...]

[...] moins de de l'énergie incidente est transformée en rayons X. Le reste est dissipé en chaleur (refroidissement de l'anode) πβ Production des rayons X Bases physiques ν W λ πβ Production des rayons X Bases physiques Fréquences : 3.1017 ν 5.1019 Hz Longueurs d'onde : 6.10 -12 λ 10-9 m Energie : W = h ν , de l'ordre de 10-15 J ( 6.6 10- = 6.6 10-16 J ou ev) πβ Production des rayons X Bases physiques λ min Rayonnement de freinage (bremsstrahlung) et raies caractéristiques du matériau cible πβ Production des rayons X Bases physiques Rayonnement de freinage : Quand la vitesse v d'une particule de charge q varie (accélération elle émet un rayonnement électro-magnétique, correspondant à la variation de son énergie : dW/dt = q2 (dv/dt)2 / 6 π ε0 c3 (ε0 : permittivité diélectrique du vide c : vitesse de la lumière) πβ Production des rayons X Bases physiques Rayonnement de freinage (bremsstrahlung) : Electron v F Noyau Interaction coulombienne électron noyau : F = 1/4πε0 qq'/r2 πβ Production des rayons X Bases physiques Rayonnement de freinage : Longueur d'onde minimale: W = h υ = eV Et λmin = c / υ = hc/eV = 6.6 10-34 x / 1.6 10- 1/V ou λmin = 1.24 10-6 / V (volts) ou λmin = 1240 / V (volts) Exemple : V = 12 kV λmin 0.1 nm ou 1 Å λ min πβ Production des rayons X Bases physiques Rayonnement caractéristique : Des raies d'émission caractéristique apparaissent quand les électrons incidents ont suffisamment d'énergie pour provoquer des transitions électroniques des atomes des éléments constituant la cible (anode). [...]

[...] πβ LES RAYONS CATHODIQUES Activité de recherche majeure en Physique à la fin du dix-neuvième siècle πβ Tube de Crookes πβ Tubes de Crookes πβ Crookes Est sans doute passé à côté de la découverte des rayons X : alors que des plaques photographiques, placées par hasard par un collègue dans un tiroir audessous de l'appareillage de Crookes, s'étaient voilées, Crookes ne trouve rien d'autre à dire à son collègue qu'il avait été imprudent de ranger son matériel ainsi et des remarques furent faites à la Société Ilford sur la qualité de ses produits Note : découverte de la radioactivité par Henri Becquerel en 1896 mois après la découverte de Roentgen) grâce à l'impression de plaques photos par le rayonnement émis par des cristaux de sels d'uranium πβ Sir William Crookes Prix Nobel de Chimie en 1907 (découverte du Thallium en 1861) πβ Expérimentations utilisant le tube de Crookes πβ Wilhelm Conrad ROENTGEN (1845–1923) πβ Laboratoire de Roentgen à Würzburg πβ Wilhelm Conrad ROENTGEN Découvre, en Novembre 1895, un nouveau rayonnement qui - fait fluorescer en jaune un sel de baryum, - se propage en ligne droite et n'est pas dévié par un champ magnétique, - peut traverser le verre, le carton, le bois, - est diversement absorbé par les matériaux. πβ Présentation, par Roentgen, de sa découverte, lors d'une réunion scientifique, le 28 Décembre 1895 à Würzburg. [...]

[...] πβ Le danger potentiel de ce rayonnement ionisant a mis longtemps a être apprécié Et quantifié. Edison fut sans doute l'un des premiers expérimentateurs à rapporter les effets physiques des rayons en notant la douleur sévère des yeux qu'il éprouvait après plusieurs heures d'utilisation de ce rayonnement. πβ Publicité de 1935, pour une pâte dentifrice radioactive dont le rayonnement était censé procurer un massage bienfaisant des gencives πβ Les premiers essais de radiothérapie aux rayons X étaient cependant effectués (Despeigne) Et l'on essayait même de traiter des maladies infectieuses telles la tuberculose pulmonaire par des séances d'exposition aux rayons X (pénétration des rayonnements produits par les tubes de l'époque πβ Séance de radiothérapie πβ Radio-dermite grave, avec amputation de phalanges πβ Production des rayons X Bases physiques πβ Production des rayons X Bases physiques Des rayons X sont produits lorsque des particules ou des photons de haute énergie viennent frapper un matériau cible (en pratique, des électrons et une cible métallique) 1. [...]