Les rayons X

Les rayons X<o:p></o:p>

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I)            Interaction des électrons avec la matière<o:p></o:p>

Deux charges identiques se repoussent <o:p></o:p>

Deux charges différentes s’attirent<o:p></o:p>

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·      Interaction entre deux particules chargées<o:p></o:p>

Avec q : la particule en mouvement<o:p></o:p>

          q' : la particule au repos<o:p></o:p>

Lors d’un choc physique, on a un effet cascade qui mène jusqu’à l’arrêt<o:p></o:p>

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·      Interaction électron/électron : arrêt dit par collision<o:p></o:p>

T est l’énergie cinétique de l’électron incident <o:p></o:p>

W_i est l’énergie des électrons de la matière cible<o:p></o:p>

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Si T > [W_i]      è ionisation <o:p></o:p>

Si T = ΔW_i      è excitation <o:p></o:p>

Si T < ΔW_i      è vibration et chaleur <o:p></o:p>

Le retour à l’état fondamental se fait par émission d’un photon de fluorescence<o:p></o:p>

Les rayons X donnent des raies caractéristiques et donc un hν quantifié<o:p></o:p>

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·      Interaction électron/noyau : arrêt dit par freinage<o:p></o:p>

0 < hν < T      C’est une interaction qui n’est pas quantifiée<o:p></o:p>

L’électron est attiré par le noyau et émet un photon X par rayonnement de freinage <o:p></o:p>

/ !\ l’électron accélère <o:p></o:p>

E_c = T – hν     On obtient le spectre continu<o:p></o:p>

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II)         Production des rayons X <o:p></o:p>

·      Tube à rayons X<o:p></o:p>

C’est un dérivé du tube de Coolidge<o:p></o:p>

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·      Cathode (émetteur d’électrons)<o:p></o:p>

La cathode est chauffé à incandescence par I_c (0,5 à 1A) et permet l’expulsion des électrons<o:p></o:p>

Le flux d’électron entre la cathode et l’anode est le courant anodique i<o:p></o:p>

I_c augmente la température du filament <o:p></o:p>

Si > 1200°C on a une émission thermoélectronique du tungstène<o:p></o:p>

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·      Haute tension accélératrice des électrons U<o:p></o:p>

U est de l’ordre de 50 à 150 kV et est responsable de l’énergie cinétique T<o:p></o:p>

T [eV] = U [V]<o:p></o:p>

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·      Anode =  cible<o:p></o:p>

L’anode reçoit les électrons, interagit, et produit rayons X<o:p></o:p>

L’interaction produit de la chaleur qui est dissipé grâce à l’anode qui est tournante<o:p></o:p>

Si l’anode ne tourne pas, il y a formation d’un cratère<o:p></o:p>

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·      Flux de photon produit<o:p></o:p>

Le maximum d’émission est perpendiculaire pour 50 keV (50V) sinon en continuité il est de 10 keV (10V)<o:p></o:p>

Le flux énergétique φ est la puissance rayonnée en watt<o:p></o:p>

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III)      Spectre des rayons X<o:p></o:p>

L’aire sous la courbe = φ<o:p></o:p>

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·      Spectre continu théorique<o:p></o:p>

k : caractéristique du tube<o:p></o:p>

i : intensité du faisceau d’électron<o:p></o:p>

U : haute tension<o:p></o:p>

Z : numéro atomique<o:p></o:p>

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·      Spectre continu réel<o:p></o:p>

Le début du spectre théorique est absorbé par l’anode<o:p></o:p>

Suivant les couches il y a apparition de raies<o:p></o:p>

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IV)      Caractéristique d’exposition<o:p></o:p>

·      Filtre métallique<o:p></o:p>

Le filtre métallique absorbe les photons de faible énergie qui sont inutiles pour l’imagerie, on a donc élimination du spectre en bas à gauche.<o:p></o:p>

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·      Rendement du tube à rayons X<o:p></o:p>

r = kZU<o:p></o:p>

Le rendement est de quelque % à cause du dégagement de chaleur<o:p></o:p>

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·      Paramètre du tube<o:p></o:p>

Si on augmente i, on augmente φ è l’aire sous la courbe augmente<o:p></o:p>

Si on augmente U, on augmente φ et E_max è l’aire sous la courbe augmente et on a un décalage de l’énergie plus importante<o:p></o:p>

U joue sur le contraste<o:p></o:p>

Plus les rayons X ont une énergie élevée, plus ils sont pénétrants<o:p></o:p>

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V)         Élément imagerie radiologique<o:p></o:p>

·      Formation d’une image<o:p></o:p>

Le photon incident interagit avec la structure examiné qui absorbe.<o:p></o:p>

La formation de l’image virtuelle est faite avec les photons transmis.<o:p></o:p>

La conversion en image radiologique visuelle est faite par interaction avec le détecteur.<o:p></o:p>

L’image reflète le pouvoir d’atténuation<o:p></o:p>

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·      Interaction des rayons x avec la matière<o:p></o:p>

Seuls les effets photoélectrique et Compton sont possibles avec les rayons X.<o:p></o:p>

μ est l’interaction des rayons X avec les tissus.<o:p></o:p>

L’effet photoélectrique permet de bien discerner les os.<o:p></o:p>

L’effet Compton ne permet pas de bien différencier les os et tissus mous.<o:p></o:p>

L’iode est le meilleur facteur d’atténuation artificiel et le calcium est le meilleur naturel.<o:p></o:p>

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Les rayons X avec un faible λ ne sont pas émis dans le visible, on a donc une conversion en photons plus élevée pour obtenir une imagerie visible<o:p></o:p>

On peut donc utiliser un film radio, une radioscopie, une numérisation directe.<o:p></o:p>

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·      Exemple : appareillage<o:p></o:p>

On effectue une projection plane sur une table radio<o:p></o:p>

On effectue des coupes avec scanner (tomodensitomètre)<o:p></o:p>

Exemple : fluoroscopie, mammographie, rétro radio-alvéolaire, panoramique dentaire…<o:p></o:p>

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VI)      Historique<o:p></o:p>

·      Tube de Crookes<o:p></o:p>

À pression atmosphérique è pas de phénomène observable<o:p></o:p>

À pression atmosphérique 10^-2 è décharge électrique<o:p></o:p>

À pression atmosphérique 10^-5 è pas de décharge mais une fluorescence verte (raies du verre)<o:p></o:p>

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·      Rayons X par Roentgen<o:p></o:p>

On obtient le début de la radiographie <o:p></o:p>