Le tube à rayons X

Citons brièvement le principe de la production des rayons X et leurs propriétés.

Lorsque les électrons animés d'une grande vitesse viennent frapper les atomes d'une cible métallique, leur énergie cinétique se transforme: d'une part en chaleur (99%), d'autre part en rayonnement X. Deux types d'interactions ont lieu:

 d'une part, la collision entre électrons incidents et électrons atomiques de la cible qui provoque l'excitation ou l'ionisation de l'atome. La réorganisation de l'atome conduit à l'émission de photons X de fluorescence. Ces photons sont émis sous forme d'un spectre composé de raies caractéristiques correspondant à des photons d'énergie donnée qui dépendent de la nature du métal utilisé.

 d'autre part, un freinage des électrons incidents par attraction coulombienne des noyaux de la cible à l'origine d'un rayonnement de freinage dont le spectre continu se superpose au spectre précédent.

Il faut rappeler que pour obtenir des rayons X utilisables, les électrons incidents doivent interagir avec les couches internes (K ou L) d'un atome de numéro atomique Z élevé. L'élément approprié et donc utilisé est le Tungstène pour son numéro atomique élevé: 74 et sa haute température de fusion (3410°C à la pression atmosphérique).

La longueur d'onde des rayons X est comprise entre 0,0001 et 4 nanomètre (nm). Ceux utilisés en radiodiagnostic ont une longueur d'onde comprise entre 0,1 nm à 0,01 nm.

Un tube à rayons X comprend :

 une source d'électrons: constituée par un filament de Tungstène porté à l'incandescence engendrant des électrons par effet thermoémissif. Le courant de ce filament se mesure en milliAmpères (mA); de sa variation dépend la quantité de rayons X produits;

 la force ayant pour but de donner naissance à un pinceau homocinétique d'électrons est réalisée grâce à un champ électrostatique induit entre le filament (cathode) et la cible (anode). Cette force dépend de la tension appliquée au tube et se mesure en kiloVolts (kV). De cette tension, dépend de la qualité des rayons X, c'est-à-dire, leur force de pénétration (basse tension: de 30 à 90 kV ; haute tension: de 100 à 130 kV).

 Le parcours des électrons entre la cathode et l'anode se fait dans l'enceinte sous vide du tube (pression de l'ordre de 10^-6 mm de Mercure).

 L'anode est la pièce métallique assurant le freinage des électrons accélérés. Il s'agit habituellement d'une plaque de Tungstène. La surface qui reçoit ainsi les électrons accélérés s'appelle le foyer du tube. On distingue le foyer électronique constituait par la cathode, le foyer thermique constituait par la cible des électrons freinés sur l'anode, et le foyer optique obtenu à la sortie de la fenêtre d'irradiation du tube. A cette anode, est associée un dispositif de refroidissement chargé de dissiper la chaleur.

 Le tube est lui-même enfermé dans une gaine plombée ; seule une "fenêtre" laisse passer le faisceau de rayons X utile.

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Les rayonnement X possède les propriétés des rayonnements électromagnétiques:

 propagation rectiligne
 vitesse de la lumière
 non déviés par les champs électriques et magnétiques

La très grande énergie transportée par les photons permet:

 une pénétration interatomique de tous les corps
 la diffusion (avec ou sans changement de longueur d'onde) (diffusion élastique, diffusion quantique ou effet Compton)
 l'effet photoélectrique
 l'ionisation
 une action léthale sur les cellules vivantes