Définition

 

 

Les rayons X sont comme la lance d'Achille: ils blessent et ils guérissent.

Malheureusement, la ressemblance n'est pas complète: ils ne guérissent pas les blessures qu'ils ont faites.

Antoine Béclère, 1904.

 

La radioactivité (petit rappel de physique)

La radioactivité ne concerne que les atomes très gros (radium (Z=88), uranium (Z=92), plutonium (Z=94), ...). En fait, le noyau des atomes est composé de protons (transportant la charge positive de l'atome) et de neutrons (ne transportant pas de charge électrique). D'après l'interaction électrique, deux charges de même signe excercent l'une sur l'autre une action de répulsion (elles cherchent à s'éloigner l'une de l'autre): les protons du noyau devraient donc  se repousser, puisqu'ils portent la même charge électrique. Mais il existe une force plus importante que l'interaction électrique et qui permet la cohésion du noyau: c'est l'interaction forte. Elle a un faible rayon d'action, dans les proportions du noyau (environ 10-15m). 

Pour les atomes possédant un numéro atomique fort (ou plus simplement, beaucoup de protons et de neutrons), leur noyau est tellement gros que l'interaction forte ne permet pas d'en maintenir l'entière cohésion. De ce manque de cohésion, il y a libération de particules de différentes catégories ou différents types de rayonnements qui apparaissent:


Cliquez sur le symbole dans le coin inférieur droit pour la suite de l'animation...

  • Le rayonnement α (alpha) libère 2 protons et 2 neutrons (un atome d'hélium). Cette libération se nomme particule alpha. Il a une radioactivité faible, la particule alpha étant stoppée par des matières simples (feuille de papier...). Il ne parvient pas à traverser la peau et ne présente donc pas de danger pour l'homme.
  • Le rayonnement β (bêta) libère 1 électron énergétique (particule de même masse que l'électron mais chargé positivement). Cette particule traverse des matières de faible densité mais est rapidement stoppée par des matières de densité plus forte (le verre, l'aluminium...). Il traverse la peau mais n'a pas d'influence sur le matériel génétique.
  • Le rayonnement γ (gamma) libère une onde électro-magnétique à haute énergie (cf. paragraphe suivant). Cette onde ne peut être stoppée que par des matières de forte densité (béton, plomb...). Cette onde est très dangereuse. Elle traverse les tissus humains et modifie le matériel génétique (cf. risques, partie III). C'est ce type de rayonnement qui nous intéresse, le rayonnement x étant un rayonnement de type gamma mais de longueur d'onde plus importante (cf onde électromagnétique).


 

Texte d'information: Alpha, bêta, gamma

Ce sont d'abord les rayons α, qui portent presque toute l'énergie rayonnée (énergie si grande qu'une masse de radium fond à peu près son poids par heure). Ces rayons sont les trajectoires de projectiles matériels lancés avec des vitesses qui peuvent dépasser 20 000 km par seconde, projectiles bien plus lourds que les électrons, et qui, en fait, sont des atomes d'hélium. Le énergie est si grande que le point d'arrivée de chaque projectile sur du sulfure de zinc y marque son impact par une scintillation brillante, visible à la loupe et disparue aussitôt qu'apparue.

Ce sont en second lieu les rayons β, trajectoires d'électrons identiques à ceux des rayons négatifs de la décharge électrique, mais lancés avec des vitesses plus grandes qui peuvent dépasser 280 000 km par seconde, s'approchant, sans l'atteindre, de la vitesse de la lumière.

Enfin, ce sont les rayons γ, analogues au rayons X, mais plus pénétrants. Et je vous rappelle à ce sujet que rayons X et rayons γ sont de véritables lumières, périodiques comme notre lumière visible, mais beaucoup plus aiguës, de périodes beaucoup plus courtes, s'échelonnant sur une douzaine d'octaves, bien au-delà de l'ultraviolet déjà connu. 

Jean Perrin, 1923

Cf. découverte


 

L'onde électromagnétique

Une onde est une vibration qui se propage dans l'espace. Le courant électrique alternatif produit un champ électrique et un champ magnétique également alternatifs : la succession des cycles " aller-retour " constitue l'onde. Une onde est définie par 4 propriétés physiques:

  • Elle a une période (Elle dessine une variation qui se répète dans le temps de façon périodique)
  • Elle a une amplitude (Valeur sur l'axe de ordonnées, la "montée" de la courbe)
  • Elle a une fréquence (Nombre de périodes par unité de temps)
  • Elle a une longueur d'onde (Distance parcourue par l'onde en une oscillation)

L'onde du champ électrique et l'onde du champ magnétique se propagent perpendiculairement entre elles et à la direction de propagation. Aux fréquences très basses, le champ électrique et le champ magnétique sont considérés séparément. Aux fréquences élevées, le champ électrique et le champ magnétique sont indissociables et sont repris soit sous le terme global "onde électromagnétique" soit sous l'appellation "champs électromagnétiques".

L'onde électromagnétique a une vitesse constante (C) en km par seconde qui est égale à la vitesse de la lumière (300 000 km.s-1). On obtient cette valeur en multipliant la longueur d'onde (λ) en km, et la fréquence (υ) en secondes.
λ x υ = C

Cette onde libère aussi une énergie (E) en joules qui est proportionnelle à la fréquence. On l'obtient en multipliant la fréquence (υ) en secondes avec la constante de planck (h) en joules par seconde (J.s-1)
h (constant) x υ = E

Il s'agit de rayonnements électro-magnétiques dans l'échelle desquels on trouve à une extrémité les ondes électriques et de radiodiffusion, au milieu l'infra-rouge, la lumière visible et l'ultra-violet et à l'autre extrémité les rayons x , gamma et cosmiques.

La longueur d'onde des rayons x est de l'ordre de 10 puissance -8 cm.
Le rayonnement X a une énergie suffisante pour interagir avec la matière ce qui montre sont intérêt:
  • Il traverse le corps humain
  • Produit un rayonnement secondaire dans les corps qu'il traverse (le diffusé )
  • Provoque l'illumination de certains sels minéraux (écrans au contact des films radiologiques )
  • Se propage en ligne droite
  • A des effets biologiques utilisés en radiothérapie
Mais attention! Comme dit plus haut, le rayonnement X est un rayonnement apparenté au rayonnement gamma. A trop forte dose, il détériore le matériel génétique de façon irréversible (cf. risques, partie III). 

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