Pr

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(No Transcript)
2
Points essentiels

• Production de rayons X
• Spectre de raies (discontinu)
• Spectre continu
• Interaction des rayons X avec la matière
• Diffusion des rayons X
• Effet Compton
• effet photoélectrique.

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Anode
Lanode rotative du tube absorbe le faisceau
délectrons qui bombardent ainsi les atomes de
tungstène. La très grande proportion (gt99) de
lénergie cinétique des électrons est transformée
en énergie thermique (CHALEUR). Moins de 1 des
électrons du faisceau ont un effet beaucoup plus
intéressant!
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1. Production dun spectre de raies
Il arrive quun électron du faisceau (1) entre en
collision avec un électron de lorbite
fondamentale K dun atome de tungstène (2) .
Les 2 électrons séjectent hors de latome
créant alors un espace disponible pour quun
électron dune orbite supérieure (3), puisse y
tomber, ce qui a pour effet de libérer de
lénergie sous forme dun rayon X (4). Tout
électron tombant au niveau K et provenant de
nimporte quel niveau supérieur (L, M, N, O, P)
libère une énergie comprise entre 57,4 keV et
69,5 keV. Ce sont les seules transitions
importantes produisant des rayons X utiles en
radiodiagnostic. Les énergies libérées par les
autres transitions ne sont pas suffisamment
grandes.

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Transitions simplifiées des raies X
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Énergie libérée (en KeV) pour chaque transition
électronique de latome de tungstène
P
O
0,08
N
0,60
0,52
M
2,7
2,2
2,8
L
12,1
11,5
12,0
9,3
K
69,5
69,4
66,7
68,9
57,4
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Représentation graphique du spectre démission
des rayons X
M rayon X
K rayon X
L rayon X

• Des groupes de raies nettement séparés les uns
  des autres
• Le groupe K a lénergie la plus grande.

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2. Production dun spectre continu

• On observe un phénomène lors du bombardement de
  lanode un électron pénètre dans un atome, et, à
  cause du champ électrique attractif très intense,
  dévie et freine en se débarrassant de la majeure
  partie de son énergie cinétique sous forme de
  rayons X. Les rayons X obtenus par le freinage
  des électrons du faisceau est appelé rayonnement
  de freinage ou bremsstrahlung.

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Le spectre continu des rayons X

• lordonnée (Y) représente le nombre de radiations
  par unité de temps et dénergie en fonction de
  lénergie associée (X)
• Lénergie maximale dépend de la tension (kV) du
  tube

• On observe une quantité maximale de rayonnement
  pour une énergie variant entre 1/3 et 1/2 de Emax

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Le spectre continu des rayons X

• Le spectre continu est indépendant de l'élément
  composant l'anode
• Le spectre continu du tungstène par exemple
  dépend de la tension d'accélération des
  électrons, donc de l'énergie des électrons
  incidents
• Chaque spectre présente une limite brutale du
  côté des grandes énergies

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Spectre combiné

• Au-dessus du spectre continu apparaît des pics ou
  raies qui constituent le spectre discontinu
• La position de ces raies est caractéristique du
  métal

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Contrôle du tube à rayon X

• Dans un tube à rayons X, on contrôle
• 1- la haute tension entre la cathode et lanode,
  responsable de
• laccélération et de lénergie cinétique
  des électrons du faisceau
• 2- le courant déterminant le nombre délectrons
  du faisceau.

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Influence du courant

• Doublant le courant du faisceau, on produit deux
  fois plus délectrons
• pour bombarder la cible de tungstène doù 2 fois
  plus de photons X à
• toutes les énergies.

• Lénergie maximale des rayons X na pas changé,
  car la tension
• maximale appliquée est la même.

animation
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Influence de la haute tension

• Si lon augmente la haute tension , leffet sur
  le spectre est plus
• complexe le nombre de photons émis devient plus
  élevé et leur énergie
• est surtout plus grande. Cela naffecte pas la
  position
• des raies spectrales des transitions
  électroniques. Le nombre de photons
• à faible énergie naugmente pas mais ceux
  dénergie
• supérieure augmentent leur nombre et lénergie
  maximale
• est plus grande. Les rayons X sont plus nombreux
  et de
• meilleure qualité.
• Le nombre de photons augmente avec le carré de la
  tension maximale

animation
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Interaction des rayons X avec la matière

• Diffusion classique
• Effet Compton
• Effet photoélectrique

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Diffusion des rayons X(diffusion classique)

• photons de faible énergie
• (lt 10 keV) traversent la matière
• les atomes de la matière deviennent excités
• désexcitation et émission dun photon de même keV
  l
• lorientation du nouveau photon est généralement
  différente de celle du photon incident
• apparition dun voile gris sur le film.

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Effet Compton

• Photon dénergie entre 10 et 40 keV

• le photon interagit un électron dune couche
  électronique externe
• Éjection de lélectron avec une quantité
  dénergie cinétique K
• Perte dénergie du photon
• Efinale Einitiale - W K

Atome ionisé
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Effet Compton exemple

• Un photon 40 keV interagit avec un électron dune
  couche extérieure ayant une énergie de liaison de
  72 eV.
• Si lélectron éjecté possède une énergie
  cinétique de 4,2 keV, déterminer lénergie du
  photon diffusé?
• Efinale Einitiale - W K
• 40keV - ,072keV 4,2keV
• 35,728 36 keV

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Effet Compton (suite)

• angle de diffusion

q 0
q 180

• Si q , lénergie perdue
• E pour le photon diffusé
• E q 90 lt E q 30
• Perte maximale dénergie si q 180

E faible
q 30
q 90
E Haute
E Moyenne

• Photons diffusés de grandes énergies si q est
  petit
• Photons diffusés de faibles énergies si q est
  grand

photon E H
photon E L
petit angle
grand angle
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Effet Compton (suite)
Lénergie du rayon X résultant est égale à la
différence entre lénergie du rayon X incident
et celle impliquée dans le processus déjection
de lélectron de latome, doù
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Conséquence de Effet Compton

• Résultats
• ionisation de latome
• voile sur le film ( contraste)

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Effet photoélectrique

• Les rayons X de 40 keV et plus ont assez
  dénergie pour produire leffet photoélectrique
  en sattaquant aux électrons des couches internes
  des atomes. Si les nombres atomiques des atomes
  sont petits, les énergies de liaisons sont
  relativement faibles et les électrons libérés
  séjectent avec une grande énergie cinétique.

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Effet photoélectrique (suite)

• Un atome absorbe toute lénergie E dun photon X
  incident. Un électron
• dune couche électronique interne de latome est
  expulsé hors de cet
• atome alors ionisé. Lélectron a suffisamment
  dénergie pour
• fournir le travail W nécessaire pour lexpulser
  de latome
• conserver le reste de lénergie sous forme
  dénergie cinétique.

où hf est lénergie (J) du photon X initial
totalement absorbé par latome, W est le travail
(J) dextraction de lélectron hors de
latome(énergie de liaison) et K est son énergie
cinétique.
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Conséquence de leffet photoélectrique

• Résultats
• Disparition du photon incident
• Les rayons X absorbés par les substances
  denses provenant directement du tube produisent
  une ombre blanche sur la pellicule et dessinent
  ainsi un contour des os ayant absorbé ces
  radiations.
• Ionisation de latome

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Exercices suggérés
2301, 2302, 2303, 2306 et 2309.