Matériel de radiologie, Tubes à rayons X

[zeltron]

Bonjour,

je me propose d'aborder (de manière simple) les rayons X, les moyens d'en produire, leurs applications dans le domaine médical

Les rayons X , découverts par le physicien allemand Wilhelm Konrad Röntgen ,sont des rayonnements électromagnétiques ,non visible, de longueur d'onde tres courte , bien au dela de la lumière visible et des ultraviolets ( de 10 nanomètres à quelques picomètres de longueur d'onde ) qui as la particularité de traverser les tissus du corps humain (ou animaux) et de permettre de rendre visible sur film photographique ou sur écran fluorescent les os ou les organes à l'intérieur du corps
Leur applications, bien connues, sont le radiodiagnostic (pour déceler des fractures, déplacements, maladies, ou présence de corps étrangers ...) ou la radiothéraphie ( pour "bombarder" des tumeurs )

Il sont produit au moyen de "lampes " ou "tubes" spéciaux, comportant un filament (qui éclaire un peu mais c'est pas son rôle , et qui émet des électrons) jouant le role de cathode emissive (il est recouvert de substances émissives favorisant l'émission des électrons) une électrode cylindrique, porté à un potentiel négatif , parfois absente des anciens tubes , et analogue au "whennelt" des tubes cathodiques TV ( pour diriger le faisceau d' électron) et une anode, appellé anciennement anticathode , en alliage spécial , qui lorsqu'elle est portée à une tension tres élevés (de 25 000 à plus de 100 000 V) est , du fait de la tension élevée a laquelle elle est portée, est bombardé d'électrons rapides et emet des rayons X

Cette anode présente une face incliné pour que la sortie des rayons X se fasse sur le coté et n'aille pas vers les culots , et l'ensemble est enfermé dans une ampoule de verre spécial , épaisse, et sous un vide tres poussé , c'est le tube Coolidge.

tube rayons x ancien.jpg

Du fait du violent bombardement électronique auquelle elle est soumise , l'anode s'échauffe fortement, et peut à la longue se déformer, se creuser (d'ou altération de la finesse et la directivitée des rayons émis, et détérioration à plus ou moins longue échéance du tube )
aussi on as fait des tubes avec une anode tres massive et prolongé à l'extérieur d'un radiateur à ailettes, refroidi par air, ou par circulation d'eau ou d'un liquide frigogène ( on retrouve une certaine analogie avec les moyen de refroidissement des processeurs d'ordinateurs avec leurs radiateurs à ailettes ou à caloducs ) ...
Puis on as imaginé ensuite le tube à anode tournante , en effet en faisant tourner l'anode, en faisant un tube comportant une partie évasé coté cathode et sortie des rayons X , et une partie cylindrique étroite , recevant par dessus elle, un bobinage analogue au stator d'un moteur à induction (genre moteur asynchrone triphasé dont on aurais oté le rotor et l'arbre ...) le champ magnétique tournant produit par ce bobinage passe à travers le verre de l'ampoule , et fait tourner l'anode ...

ce n'est plus toujours la même zone qui est bombardé, par ailleurs la chaleur est répartie plus uniformément ...

tube rayon x anode tournante.jpg

Ces tubes sont alimenté par un ensemble transformateur -redresseur (transfo T H T à bain d'huile comme les transfos EDF , et diodes spéciales constitué de piles de diodes HT, ou tubes redresseurs dits kénotrons ) délivrant la tres haute tension nécessaire , associé à un système de réglage de la tension au primaire ( autotransfo à curseur ou système électronique )

le rendement électrique est extrèmement faible ( à peine 1% , tout le reste de l'énergie est dissipée en chaleur dans le tube , ou perdu en pertes fer et pertes joules dans l'appareillage d'alimentation ... ) c'est pourquoi la puissance absorbé par ces matériels est élevée (de 1000W a plusieurs dizaines de kilowatts )

Les rayonnements émis sont ensuite appliqué au patient, placé sur un support ou une table ( orientable manuellement, ou à distance par des motoréducteurs ou des vérins) et apres avoir traversé le patient, ils impressionnent un film photographique ou apparaissent sur un écran ...


Il va sans dire que tout l'ensemble , du fait des tensions mises en jeu , et des rayonnements émis, est l'affaire de spécialiste et n'est pas du domaine de l'amateur ! (si vous trouvez un jour de tels équipements même au rebut, ne tentez jamais ni de les refaire fonctionner ni de les démonter !)

Pour en savoir plus sur le principe et la théorie des rayons X et leurs applications, voire:
http://pagesperso-orange.fr/patrick.koh ... oem_10.htm

Notez que, outres dans ces équipements qui sont l'affaire d'installateurs spécialisé pour leur mise en place, et de radiologues pour leur utilisation, il y as dans la vie courante des appareils qui peuvent émettre des rayons X , mais en tres faibles quantités (négligeables en utilisation normale) et tres peu pénétrants ( ce sont des rayons X dits "mous" ) c'est le cas des tubes cathodiques de TV ou de moniteurs (les anciens, pas ceux à écrans plats ) et des lampes redresseuses ou régulatrices haute tension d'anciens TV , ou d'anciens emmeteurs de radioamateurs puissants (en voie de disparition)

Néanmoins, il n'y as pas de danger ...à moins d'augementer exagérement la haute tension ( ce qui suppose de "bricoler" la THT de l'appareil !) et de rester à quelques millimètres du verre (or, en utilisation normale d'un moniteur, d'une télé, ou d'un emetteur , on n'as aucune raison de s'en approcher autant !)

Zelt