Définition et propriétés des rayons X (rayonnement X)

Les rayons X ou les rayons X font partie de l'électromagnétique spectre avec plus court longueurs d'onde (plus haute la fréquence) que lumière visible. La longueur d'onde du rayonnement X varie de 0,01 à 10 nanomètres, ou des fréquences de 3 × 10¹⁶ Hz à 3 × 10¹⁹ Hz. Cela met la longueur d'onde des rayons X entre la lumière ultraviolette et les rayons gamma. La distinction entre rayons X et rayons gamma peut être basée sur la longueur d'onde ou sur la source de rayonnement. Parfois, le rayonnement X est considéré comme un rayonnement émis par des électrons, tandis que le rayonnement gamma est émis par le noyau atomique.

Le scientifique allemand Wilhelm Röntgen a été le premier à étudier les rayons X (1895), bien qu'il n'ait pas été le premier à les observer. Des rayons X avaient été observés émanant de tubes de Crookes, inventés vers 1875. Röntgen a appelé la lumière "rayonnement X" pour indiquer qu'il s'agissait d'un type auparavant inconnu. Parfois l radiation est appelé rayonnement Röntgen ou Roentgen, d'après le scientifique. Les orthographes acceptées comprennent les rayons X, les rayons X, les rayons X et les rayons X (et le rayonnement).

Le terme rayons X est également utilisé pour faire référence à une image radiographique formée à l'aide de rayons X et à la méthode utilisée pour produire l'image.

Les rayons X varient en énergie de 100 eV à 100 keV (en dessous de 0,2 à 0,1 nm de longueur d'onde). Les rayons X durs sont ceux dont l'énergie photonique est supérieure à 5-10 keV. Les rayons X mous sont ceux qui ont une énergie moindre. La longueur d'onde des rayons X durs est comparable au diamètre d'un atome. Les rayons X durs ont suffisamment d'énergie pour pénétrer la matière, tandis que les rayons X mous sont absorbés dans l'air ou pénètrent dans l'eau à une profondeur d'environ 1 micromètre.

Des rayons X peuvent être émis chaque fois que des particules chargées suffisamment énergétiques heurtent la matière. Des électrons accélérés sont utilisés pour produire un rayonnement X dans un tube à rayons X, qui est un tube à vide avec une cathode chaude et une cible métallique. Des protons ou d'autres ions positifs peuvent également être utilisés. Par exemple, l'émission de rayons X induite par des protons est une technique analytique. Les sources naturelles de rayonnement X comprennent le radon, d'autres radio-isotopes, la foudre et les rayons cosmiques.

Les trois façons dont les rayons X interagissent avec la matière sont: Diffusion de Compton, Diffusion de Rayleigh et photoabsorption. La diffusion Compton est l'interaction principale impliquant les rayons X durs à haute énergie, tandis que la photoabsorption est l'interaction dominante avec les rayons X mous et les rayons X durs à faible énergie. Toute radiographie a une énergie suffisante pour surmonter l'énergie de liaison entre les atomes dans les molécules, donc l'effet dépend de la composition élémentaire de la matière et non de ses propriétés chimiques.

La plupart des gens connaissent les rayons X en raison de leur utilisation en imagerie médicale, mais il existe de nombreuses autres applications du rayonnement:

En médecine diagnostique, les rayons X sont utilisés pour visualiser les structures osseuses. Les rayons X durs sont utilisés pour minimiser l'absorption des rayons X à faible énergie. Un filtre est placé sur le tube à rayons X pour empêcher la transmission du rayonnement de faible énergie. Le haut masse atomique des atomes de calcium dans les dents et les os absorbe les rayons X, permettant à la plupart des autres rayonnements de traverser le corps. La tomographie par ordinateur (tomodensitométrie), la fluoroscopie et la radiothérapie sont d'autres techniques de diagnostic par rayonnement X. Les rayons X peuvent également être utilisés pour des techniques thérapeutiques, telles que les traitements contre le cancer.

Les rayons X sont utilisés pour la cristallographie, l'astronomie, la microscopie, la radiographie industrielle, la sécurité aéroportuaire, spectroscopie, la fluorescence et à imploser des dispositifs de fission. Les rayons X peuvent être utilisés pour créer de l'art et aussi pour analyser des peintures. Les utilisations interdites comprennent l'épilation aux rayons X et les fluoroscopes pour chaussures, qui étaient tous deux populaires dans les années 1920.

Les rayons X sont une forme de rayonnement ionisant, capable de rompre les liaisons chimiques et d'ioniser les atomes. Lorsque les rayons X ont été découverts pour la première fois, les gens ont subi des brûlures par irradiation et une perte de cheveux. Il y a même eu des rapports de décès. Alors que le mal des radiations appartient en grande partie au passé, les radiographies médicales sont une source importante de l'exposition aux rayonnements, représentant environ la moitié de l'exposition totale aux rayonnements de toutes les sources aux États-Unis en 2006. Il y a désaccord sur la dose qui présente un danger, en partie parce que le risque dépend de plusieurs facteurs. Il est clair que les rayons X sont capables de causer des dommages génétiques qui peuvent entraîner un cancer et des problèmes de développement. Le risque le plus élevé concerne un fœtus ou un enfant.

Alors que les rayons X sont en dehors du spectre visible, il est possible de voir la lueur des molécules d'air ionisé autour d'un faisceau de rayons X intense. Il est également possible de «voir» les rayons X si une source puissante est vue par un œil adapté à l'obscurité. Le mécanisme de ce phénomène reste inexpliqué (et l'expérience est trop dangereuse à réaliser). Les premiers chercheurs ont rapporté avoir vu une lueur bleu-gris qui semblait provenir de l'intérieur de l'œil.

L'exposition aux rayonnements médicaux de la population américaine a considérablement augmenté depuis le début des années 1980, Science Daily, 5 mars 2009. Récupéré le 4 juillet 2017.