UE 3A. Aspects fonctionnels et méthodes d étude. Dr Tristan Richard. L1 santé année universitaire 2009/10

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1 UE 3A Organisationdesappareilset appareils et dessystèmes systèmes : Aspects fonctionnels et méthodes d étude Dr Tristan Richard L1 santé année universitaire 2009/10

2 Rayons X et gamma Rayonnements particulaires Natures et propriétés des REM Principales caractéristiques des rayonnements α et β Interaction avec la matière: effet photo électrique, diffusions, matérialisation Détection Physique Nucléaires : Généralités La Radioactivité Interactions Rayonnements Matière Les Réactions Nucléaires Les Rayons EM Les Détecteurs L1 santé UE 3A Module 5 2

3 Les Rayons X Creative Commons BY NC SA L1 santé UE 3A Module 5 3

4 Les Rayons X 1. Généralités 2. Origine 2.1 Rayonnement de freinage 2.2 Rayonnement caractéristique Spectre Réel 3. Production 3.1 Principe 3.2 Tube de Coolidge 3.3 Autres dispositifs 4. Applications Creative Commons BY NC SA L1 santé UE 3A Module 5 4

5 1. Généralités Historique découvert par Wilhem Röntgen (1895) Généralités REM Énergie > 13.6 ev (pratiquement t KV) KeV) W. Röntgen ( ) Origine interaction électron/noyau rayonnement freinage interaction électron/nuage électronique expulsion e réarrangement cortège électronique J. Bergonié ( ) L1 santé UE 3A Module 5 5

6 2. Origine 2.1 Rayonnement de freinage e incidents monoénergétiques (énergie cinétique Ei) et unidirectionnels e incidents produits par ddp accélératrice U Ei = qu interactions électrostatiques e déviées incurvation trajectoire e accélération centripète rayonnement énergie émission rayons X e incident Ei + e dévié noyau Ed L1 santé UE 3A Module 5 6

7 énergie hν X = Ei Ed hν X énergie photon X émis Ei énergie cinétique e incidente Ed énergie cinétique e déviée perte énergie cinétique e e freinés émission X interaction électrostatique toutes distances noyau/e possibles hν X = 0 absence interaction hν X = Ei arrêt e spectre rayonnement de freinage spectre continu spectre altéré faibles énergies absorption RX (absorption par matériau, ) bre de hν X ité de temps) nomb (par un filtration des faibles énergies énergie des photons (kev) Ei L1 santé UE 3A Module 5 7

8 2.2 Rayonnement caractéristique interaction e / nuage électronique atome expulsion e cortège électronique si Ei > W L énergie de liaison i e incident Ei choc Ei > W L W L e éjecté M L K ionisation atome instable réarrangement cortège électronique émission photons X de fluorescence W M W L M L K L1 santé UE 3A Module 5 8

9 e éjecté couche K ou L atome cible hypothèse: e éjecté couche K notation transition e couche L vers couche K émission 1 er photon tel que hν X = W L W K transition e couche M vers couche K émission 2 nd photon tel que hν X = W M W K indice K, L: couche électronique arrivée indice α, β, : couche e de remplacement 1 er photon = K α 2 nd photon = K β niveaux e quantifiés spectre de raies (raies = transitions e ) nombre de hν X (par unité de temps) énergie des photons (kev) L1 santé UE 3A Module 5 9

10 2.3 Spectre Réel no ombre de hν X (par unité de temps) énergie des photons (kev) Ei 1 Ei 2 Ei 3 ddp croissantes: (1) Ei = Ei 1 < W L (2) W L < Ei = Ei 2 < W K (3) W K < Ei = Ei 3 L1 santé UE 3A Module 5 10

11 2. Production 21Principe 2.1 principe de fonctionnement système générateur de hautes tensions (20 kv à qq MV) alimentation tube à rayons X accélération des e entre cathode et anode (cible) interaction ti avec atome cible émission i RX générateur haute tension + RX K e A tube RX principe p du dispositif L1 santé UE 3A Module 5 11

12 2.2 Tube de Coolidge chauffage réglable tube (vide) générateur haute tension + e rotor système de refroidissement cathode filament tungstène RX tungstène anode graphite e incidents produits par effet thermoélectrique cathode: filament tungstène anode: cible e accélérés par ddp U KV imagerie qq centaines de kv radiothérapie système de refroidissement anode anode tournante tube à RX L1 santé UE 3A Module 5 12

13 2.3 Autres dispositifs radiothérapie: Rayons X haute énergie (5 20 MeV) accélérateurs linéaires accélérateurs circulaires L1 santé UE 3A Module 5 13

14 3. Applications (imagerie X) 31Principe 3.1 intensité RX décroit traversée solides et liquides imagerie par atténuation N = N 0 e μ x N 0 flux faisceau X primaire N flux faisceau X transmis μ coef. linéique d atténuation (cm 1 ) x épaisseur milieu homogène N 0 N 0 0/ /2 coefficient linéique d absorption dépend N(x) CDA μ x N( x) = N0e numéro atomique (Z) et densité ité(liquide, id solide, ) des tissus traversés énergie photon X x L1 santé UE 3A Module 5 14

15 tissus organiques coefficient linéique global d atténuation décroissa ant ordre os eau graisse poumons fortement atténuant faiblement atténuant corps humain atténuation nature et forme éléments tissus et organes μ différents intensité faisceau transmis différente section droite image radiante air RX muscle os invisible œil nu récepteur image lumineuse L1 santé UE 3A Module 5 15

16 3.2 Dispositifs expérimentaux film radiologique (couple film écran) majorité examens biologiques développement noircissement intensité RX transmis image = négatif organe RX μ 2 > μ 1 RX clair μ 1 sombre film L1 santé UE 3A Module 5 16

17 3.2 Dispositifs expérimentaux amplificateur de brillance dispositif électronique amélioration perception image émission photons fluorescents émission électrons (effet photoélectrique) RX hν écran fluorescent photocathode écran électronique plus lumineuse facteur 3000 à 5000 L1 santé UE 3A Module 5 17