Rayon X - Définition et Explications

Introduction

Divers systèmes utilisant les rayons X sont déjà utilisés pour la surveillance aux frontières et dans les aéroports, sur les objets et véhicules. D'autres sont en test ou à l'étude concernant l'humain.

Les rayons X sont une forme de rayonnement électromagnétique (Un rayonnement électromagnétique désigne une perturbation des champs électrique...) à haute fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) dont la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) est comprise approximativement entre 5 picomètres et 10 nanomètres. L'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) de ces photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...) va de quelques eV (électron-volt), à plusieurs dizaines de MeV. C'est un rayonnement ionisant (Un rayonnement ionisant est un rayonnement qui produit des ionisations dans la matière qu'il...) utilisé dans de nombreuses applications dont l'imagerie médicale (L'imagerie médicale regroupe les moyens d'acquisition et de restitution d'images à partir...) (« radiographie conventionnelle ») et la cristallographie.

Les rayons X ont été découverts en 1895 par le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la...) allemand Wilhelm Röntgen (Wilhelm Conrad Röntgen (27 mars 1845 à Lennep (aujourd'hui un quartier de...), qui a reçu pour cela le premier prix Nobel de physique ; il les nomma ainsi car ils étaient d'une nature inconnue.

Les rayons X et les rayons gamma sont de même nature (ils sont constitués de photons), mais sont produits différemment : les rayons X sont produits par des transitions électroniques alors que les rayons gamma sont produits lors de la désintégration radioactive des noyaux des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) ou d'autres processus nucléaires ou subatomiques.

C'est une gamme de rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) très utilisée en astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) contemporaine.

Historique

À la fin du XIXe siècle, Wilhelm Röntgen, comme de nombreux physiciens de l'époque, se passionne pour les rayons cathodiques (On nomme rayons cathodiques une éjection continue d'électrons. Lorsque les éjections de rayons...) qui ont été découverts par Hittorf en 1869 ; ces nouveaux rayons avaient été étudiés par Crookes. À cette époque, tous les physiciens savent reproduire l'expérience de Crookes mais personne n'a eu d'idée d'application de ces rayonnements.

En 1895, Wilhelm Röntgen reproduit l'expérience à de nombreuses reprises en modifiant ses paramètres expérimentaux (types de cibles, tensions différentes, etc.). Le 8 novembre 1895, il parvient à rendre luminescent un écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent...) de platinocyanure de baryum (Le baryum est un élément chimique de symbole Ba et de numéro atomique 56.). C'est une intuition que l'on peut qualifier de « géniale » qui va mener Röntgen dans la direction de sa découverte : il décide de faire l'expérience dans l'obscurité en plongeant son tube de Crookes (Un tube de Crookes est un des premiers tubes à décharge électriques...) dans un caisson opaque. Le résultat est identique à la situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un...) normale. Röntgen place ensuite différents objets de différentes densités entre l'anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la...) et l'écran fluorescent, et en déduit que le rayonnement traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de...) la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) d'autant plus facilement que celle-ci est peu dense et peu épaisse. Plus troublant encore, lorsqu'il place des objets métalliques entre le tube et une plaque photographique, il parvient à visualiser l'ombre (Une ombre est une zone sombre créée par l'interposition d'un objet opaque (ou seulement...) de l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) sur le négatif.

Röntgen parvient à en déduire que les rayons sont produits dans la direction des électrons du tube et que ce rayonnement est invisible et très pénétrant.

Comme il ne trouve pas de dénomination adéquate pour ses rayons, Röntgen les baptise « Rayons X ». Notons au passage que ce rayonnement est encore souvent appelé Röntgenstrahlung en Allemagne.

Le premier cliché est celui de la main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à...) d'Anna Bertha Röntgen (22 décembre 1895, pose de 20 min.) ; il s'agit de la première radiographie (La radiographie est l'ensemble des techniques permettant de réaliser des clichés à...), la radiologie est née.

Un mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...) plus tard, Bergonié reproduit à Bordeaux l'expérience de Röntgen, avant que ce dernier publie officiellement.

Le 28 décembre 1895, Röntgen publie sa découverte dans un article intitulé « Über eine neue Art von Strahlen » dans le bulletin de la Société physico-chimique de Wurtzbourg.

C'est cette découverte qui lui vaudra le premier prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les...) en 1901.

Il tire quatre conclusions dans son article :

  1. « les rayons X sont absorbés par la matière ; leur absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) est en fonction de la masse atomique (La masse atomique (ou masse molaire atomique) d'un isotope d'un élément chimique est la masse...) des atomes absorbants ;
  2. les rayons X sont diffusés par la matière ; c'est le rayonnement de fluorescence ;
  3. les rayons X impressionnent la plaque photographique ;
  4. les rayons X déchargent les corps chargés électriquement. »

La recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) de Röntgen est rapidement développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) en dentisterie puisque deux semaines plus tard, le Dr Otto Walkhoof réalise à Braunschweig la première radiographie dentaire.

Il faut 25 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un...) d'exposition. Il utilise une plaque photographique en verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...), recouverte de papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres...) noir et d'une digue (champ opératoire) en caoutchouc. Six mois après, paraît le premier livre consacré à ce qui va devenir la radiologie dont les applications se multiplient - dans le cadre de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) médicale, pour le diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de...) des maladies puis leur traitement (radiothérapie qui donne une expansion extraordinaire à ce qui était jusque-là l'électrothérapie).

Röntgen laissa son nom à l'unité de mesure (En physique et en métrologie, les unités sont des étalons pour la mesure de...) utilisée en radiologie pour évaluer une exposition aux rayonnements. Le symbole des röntgens est R.

La découverte de Röntgen fit rapidement le tour de la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...). En 1897, Antoine Béclère, pédiatre et clinicien réputé, créa, à ses frais, le premier Laboratoire hospitalier de radiologie.

Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) le monde (Le mot monde peut désigner :) voulait faire photographier son squelette (Le squelette est une charpente animale rigide servant de support pour les muscles. Il est à la...). Mais pendant longtemps, les doses étaient trop fortes. Par exemple, Henri Simon, photographe amateur, a laissé sa vie (La vie est le nom donné :) au service de la radiologie. Chargé de prendre les radiographies, les symptômes dus aux radiations ionisantes apparurent après seulement deux ans de pratique. On lui amputa d'abord la main (qui était constamment en contact avec l'écran fluorescent) mais ensuite, un cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement...) généralisé se déclara.

Au début de la radiologie, les rayons X étaient utilisés à des fins multiples : dans les fêtes foraines où on exploitait le phénomène de fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que...), dans les magasins où l'on étudiait l'adaptation d'une chaussure au pied des clients grâce au rayonnement et bien sûr, on les utilisait pour la radiographie médicale. Encore là, on fit quelques erreurs, par exemple en radiographiant les femmes enceintes.

Avec les années, on diminua la durée des examens et les quantités administrées. En 1948, notamment, par la découverte de la "Crête de Tavernier" par le physicien belge Guy Tavernier (Guy Tavernier (29 mai 1924 à Charleroi – 7 octobre 1996 à...) qui correspond à un accroissement de la dose d'irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou...) dans les tissus avant leur décroissance avec la profondeur, ce qui mena à une réduction de la dose d'exposition de 1,2 Roentgen à 0,3 Roentgen par semaine au niveau international dès 1950. Cette valeur sera encore divisée par 3 dès 1958 pour tenir compte des risques potentiels d'effets génétiques.

Cent ans après leur découverte, on se sert encore des rayons X en radiographie moderne. On les utilise aussi dans les scanners, pour effectuer des coupes du corps humain (Le corps humain est la structure physique d'une personne.). Plusieurs autres techniques sont venues compléter les appareils des médecins : les ultrasons, l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui...) par résonance magnétique nucléaire (La résonance magnétique nucléaire (RMN), aussi dénommée par son...), la scintigraphie ou encore la tomographie par émission de positrons (En physique des particules, le positron ou positon est l'anti-particule associée à l'électron....).

Mais on ne se sert pas des rayons X seulement en médecine ; les services de sécurité les utilisent pour examiner le contenu des valises ou des conteneurs aériens et maritimes sur écran. Les policiers les exploitent afin d'analyser les fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se...) textiles et les peintures se trouvant sur le lieu d'un sinistre. En minéralogie, on peut identifier divers cristaux à l'aide de la diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est...) des rayons X.

Depuis peu, il est possible d'étudier des fossiles piégés à l'intérieur d'un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) (type ambre) et d'en voir des coupes virtuelles.

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