Qu’est-ce qu’un générateur de rayons X ?
Un générateur de rayons X est un appareil qui produit des rayons X, un type de rayonnement.
Les rayons X ont été découverts par le Dr Wilhelm Convert Röntgen en 1895. Il s’agissait de la découverte du siècle en raison de sa propriété de pénétrer la matière, et les rayons X ont étonné les gens à l’époque.
Aujourd’hui, les générateurs de rayons X sont utilisés dans une grande variété de lieux, leurs propriétés pénétrantes étant mises à profit pour des applications industrielles telles que les machines médicales et industrielles, ainsi que pour des applications de recherche en physique et en chimie. Il s’agit d’une technologie largement connue, notamment parce qu’elle est utilisée dans des applications médicales sous forme de rayons X.
Utilisations des générateurs de rayons X
Les générateurs de rayons X sont largement utilisés dans les applications médicales. L’examen radiographique, dont nous avons tous entendu parler, est une autre technologie qui utilise les rayons X.
Lorsque le corps humain est irradié par des rayons X, les zones de faible densité telles que la peau et les poumons sont pénétrées par les rayons X, tandis que les zones de forte densité telles que les os et les dents ne sont pas pénétrées par les rayons X et sont absorbées.
Elle est également utilisée dans d’autres applications industrielles pour contrôler les produits, car elle permet de vérifier l’intérieur d’un produit sans le détruire. Cette technologie est également utilisée dans des lieux familiers tels que les contrôles de bagages dans les aéroports.
Principe des générateurs de rayons X
Un générateur de rayons X, également appelé tube à rayons X, est constitué d’une cible, qui joue le rôle d’anode, et d’un filament, qui joue le rôle de cathode, à l’intérieur desquels règne le vide.
- Lorsqu’une tension élevée (des dizaines à des centaines de milliers de volts) est appliquée entre les électrodes, des électrons chauds sont éjectés du filament de la cathode et se déplacent à grande vitesse vers la cible de l’anode.
- Des rayons X sont produits lorsqu’ils atteignent la cible.
- Lorsque les électrons frappent la cible et pénètrent dans l’atome, la majeure partie de leur énergie est convertie en chaleur.
- Certains électrons entrent en collision avec des électrons à l’intérieur de l’atome, ce qui forme un état instable (état excité).
- Lorsqu’un atome entre dans un état excité, il tente de revenir à un état stable en libérant de l’énergie.
- Les rayons X sont produits sous forme d’énergie lors de la transition de l’état excité à l’état stable.
Il existe deux principaux types de rayons X produits :
1. Rayons X caractéristiques
Il s’agit des rayons X produits lorsque les électrons excités passent à l’état stable. Les rayons X produits sont égaux à la différence d’énergie entre les orbitales des électrons et ont donc une forte énergie à une seule longueur d’onde. Comme l’énergie entre les orbitales électroniques est propre à chaque élément, il est également caractéristique de l’élément qu’il produise des rayons X qui lui sont propres. Cette propriété est utilisée dans la fluorescence X (XRF) pour analyser la composition des substances.
2. Rayons X continus
Rayons X produits lorsque des électrons thermiques percutent une cible et sont rapidement décélérés. Comme les rayons X sont produits pendant le freinage, ils sont également appelés rayons X de freinage. La longueur d’onde des rayons X produits dépend de l’endroit de la cible qu’ils frappent, il s’agit donc de longueurs d’onde composées. Il est utilisé pour la fluoroscopie et d’autres applications. La majorité des rayons X émis sont des rayons X continus.
Autres informations sur les générateurs de rayons X
1. Tube du générateur de rayons X
La sphère tubulaire d’un générateur rayons X est un tube à vide, principalement en verre, avec une électrode positive (anode) et une électrode négative (cathode) à l’intérieur du tube. L’ampoule du tube comporte un filament (électrode convergente) à la cathode et une cible à l’anode.
Lorsqu’une haute tension est appliquée aux deux électrodes à l’aide d’un transformateur à haute tension ou d’une autre source d’alimentation à haute tension, des électrons thermiques sont émis du filament vers la cible. Le filament est en tungstène et la cible en tungstène ou en molybdène.
Il existe deux types de tubes : les tubes à rayons X à anode fixe, qui n’ont pas de structure d’anode tournante, et les tubes à rayons X à anode tournante, qui ont une structure d’anode tournante. Le type rotatif fait tourner la cible en forme de parapluie à grande vitesse pour éviter une surchauffe locale de la surface de la cible. Cela permet d’augmenter le courant du tube et donc l’intensité des rayons X.
Les tubes à rayons X à anode tournante peuvent émettre un bruit anormal en raison d’un mauvais alignement de l’axe de rotation ou d’une déformation des roulements après des années d’utilisation. L’utilisation continue du tube à rayons X dans de telles conditions peut entraîner la fonte de l’anode ou la déformation de l’axe de l’anode, si la paroi du tube à rayons X est en verre, et le tube à rayons X lui-même peut être détruit ; il est donc important de vérifier régulièrement si l’état de l’appareil s’est modifié.
2. Notifications d’utilisation concernant les générateurs de rayons X
En fonction des pays, des actions spécifiques sont requises pour l’installation de générateurs de rayons X à usage industriel.
Il est également important de vérifier soigneusement les règles de notification et de déclaration pour les appareils à rayons X, car une notification à l’autorité locale peut également être requise en cas de changement d’emplacement de l’appareil ou de mise au rebut de l’appareil. Il convient de noter que les appareils dont le débit d’équivalent de dose de rayonnement externe à 1 cm est supérieur à 20 µSv/h doivent être installés dans une salle de radiologie. En revanche, les appareils dont la structure de blindage est inférieure à 20 µSv/h ne doivent pas être installés dans un local pour appareils à rayonnement.
De plus, lors de l’utilisation de générateurs de rayons X, un superviseur de travaux radiologiques doit en principe être désigné pour chaque zone contrôlée parmi les personnes ayant obtenu une licence de superviseur de travaux radiologiques. Toutefois, si la zone d’irradiation est structurée de manière à ce que les rayons X ne soient pas irradiés à moins qu’elle ne soit séparée de l’extérieur par une porte, et si la dose à l’extérieur de l’équipement est inférieure à la valeur standard, il est interprété qu’il n’y a pas de zone contrôlée à l’extérieur de l’équipement, et il existe des cas où un superviseur de travail en radiologie n’est pas désigné.