Qu’est-ce qu’un tube à rayons X ?
Un tube à rayons X est un type de générateur de rayons X.
Il existe deux types de tubes à Rayons X, selon la forme du tube : les tubes scellés, dans lesquels l’intérieur est toujours maintenu sous vide, et les tubes ouverts, dans lesquels une pompe à vide est installée à l’extérieur du tube pour créer un vide poussé. Les tubes scellés sont eux-mêmes divisés en deux types : les tubes ouverts et les tubes scellés.
Les tubes scellés sont également classés en tubes à anode tournante avec anode tournante et en tubes à anode fixe sans anode tournante. Les tubes à anode fixe sont dotés d’une anode rotative. Elle disperse la chaleur et augmente le courant circulant dans le tube à rayons X.
Il existe également des tubes à rayons X à microfoyer et mini-foyer (ou millifoyer), en fonction de la taille de la tache focale. Il s’agit de tubes à rayons X dont la taille de la tache focale est respectivement de l’ordre du micron et du millimètre.
Utilisations des tubes à rayons X
Les tubes à rayons X sont utilisés comme générateurs de rayons X dans différents domaines : les rayons X sont des ondes électromagnétiques dont la longueur d’onde est plus courte que celle des rayons ultraviolets. En raison de leur énergie élevée, ils ont un effet pénétrant qui leur permet de traverser les matériaux.
Les utilisations de cet effet de pénétration sont les suivantes :
- Domaine médical
Radiographie générale, mammographie, tomodensitométrie, radiothérapie utilisée dans le traitement du cancer, etc. - Domaines scientifique et industriel
Diffraction des rayons X, analyse par fluorescence des rayons X, essais non destructifs, contrôle de l’épaisseur et d’autres matériaux, inspection des bagages dans les aéroports, etc.
Principe des tubes à rayons X
Un tube à rayons X est constitué d’une enceinte, d’une cathode et d’une anode. Lorsqu’une haute tension est appliquée entre la cathode et l’anode, après que le filament de la cathode a été chauffé par un courant électrique, des électrons chauds sont émis par le filament et se déplacent à grande vitesse vers la cible de l’anode.
1. Rayons X contrôlés
Les électrons chauds sont attirés par le noyau du matériau de l’anode, par exemple le tungstène, et changent rapidement de direction, libérant de l’énergie. À ce stade, 99% de l’énergie est convertie en énergie thermique, tandis que le 1% restant est émis sous forme de rayons X. Ces rayons X sont appelés brèches. Ces rayons X sont appelés rayons X bremsstrahlung et se caractérisent par un spectre continu.
L’endroit où les électrons thermiques passent par rapport au noyau n’est pas déterminé de manière unique, et l’intensité des rayons X varie en fonction de l’endroit où ils passent. Les rayons X bremsstrahlung ont donc un spectre continu.
2. Rayons X caractéristiques
Certains électrons thermiques entrent rarement en collision avec les électrons de l’atome cible. Les électrons entrant en collision gagnent de l’énergie grâce aux électrons thermiques, sont repoussés et passent à l’orbitale externe de l’électron. En raison de leur instabilité, ils reviennent rapidement à leur orbitale d’origine.
La différence d’état énergétique de l’orbitale électronique est émise sous forme de rayons X. Ces rayons X sont appelés rayons X caractéristiques et apparaissent sous la forme d’un spectre de raies. La plupart des rayons X produits par les tubes à rayons X sont des rayons X bremsstrahlung. L’enceinte extérieure du tube à rayons X comporte une fenêtre en béryllium ou en matériau similaire à faible absorption de rayons X, à travers laquelle les rayons X sont extraits.
Autres informations sur les tubes à rayons X
1. Tension et courant du tube
L’intensité et l’énergie des rayons X produits par un tube à rayons X dépendent de la tension et du courant du tube.
Tension du tube
La tension appliquée entre l’anode et la cathode du tube à rayons X. Une tension tube à rayons X plus élevée produit des rayons X de longueur d’onde plus courte. La tension du tube est un paramètre qui affecte l’intensité et l’énergie.
Courant du tube
Le courant qui circule à l’intérieur du tube radiogène. Le courant est généré lorsque les électrons thermioniques générés à la cathode frappent l’anode. Dans les tubes à anode tournante, l’anode tourne, ce qui permet de disperser la chaleur et d’augmenter le courant du tube.
Il existe une relation proportionnelle entre le courant du tube et l’intensité totale des rayons X. En revanche, la variation du courant du tube ne modifie pas l’énergie des rayons X.
2. Propriétés de transmission des rayons X
Les rayons X sont des ondes électromagnétiques de très courte longueur d’onde et ont donc la propriété de pénétrer la matière. Le taux de transmission varie en fonction du matériau et les rayons X sont atténués pendant la transmission.
Les rayons X qui se déplacent en ligne droite sans interagir avec les électrons pendant la transmission sont appelés rayons X transmis. La dose plus ou moins importante de rayons X transmis détermine les nuances de noir et de blanc d’une radiographie. Plus l’énergie du rayon X est élevée, plus sa capacité à transmettre des rayons X est grande.