Interaction des rayons X avec la matière

Les rayons X atteignant un objet produisent des effets qui dépendent de l'énergie du rayonnement incident :

• effet photoélectrique : un photon frappe un électron orbital en lui cédant toute son énergie, cette interaction se produit à 80% avec la couche la plus proche du noyau; l'absorption photoélectrique est proportionnelle à Z³ : cet effet est important pour des photons X de faible énergie (proche de l'énergie de liaison des électrons cibles) et pour des matériaux lourds (Z élevé).

• diffusion Compton : c'est la collision élastique d'un photon avec un électron périphérique non lié. Une partie de l'énergie du photon étant cédée à l'électron, le photon change de direction. Le coefficient de diffusion Compton varie peu avec le numéro atomique du matériau, et dépend pratiquement de la masse de matière présente par unité de surface. C'est l'effet prépondérant entre 1 et 3 MeV (domaine des accélérateurs de particule ou des rayons gamma du cobalt).

• création de paire ou matérialisation : quand l'énergie du photon est supérieure à 1,02 MeV, celui-ci peut disparaître dans le champ magnétique intense du noyau atomique. Il se crée une paire d'électrons de signe opposé. Cet effet n'intervient dans la pratique que pour des énergies de plusieurs MeV, donc supérieures à celles disponibles avec les photons du cobalt 60.

Ces interactions du rayonnement sur les électrons des atomes entraînent une ionisation de la matière, qui peut perturber le fonctionnement des cellules vivantes, surtout pendant la division cellulaire.

Le phénomène d'ionisation est par ailleurs utilisé dans certains appareils de détection du rayonnement.

Les rayons X sont potentiellement dangereux pour l'être humain et quelques précautions indispensables (réglementées entre autre par le décret n° 86-1103 du 2 octobre 1986) s'imposent pour assurer la protection des personnes situées à proximité (public, personnel de l'établissement), ainsi que de l'opérateur lui même :

- l'idéal est de travailler dans une salle dédiée à la radiographie, dont les murs arrêtent la quasi-totalité du rayonnement, avec des ouvertures plombées et munies de dispositifs de sécurité interrompant le rayonnement en cas d'ouverture intempestive. La salle ne contenant personne permet d'utiliser les pleines possibilités du matériel.

- lorsqu'on doit travailler à l'extérieur de cette enceinte spéciale, il faut calculer l'atténuation du rayonnement :

• par les murs existants, en tenant compte de leur nature : le béton absorbe plus que la brique
• par la distance (l'atténuation est fonction du carré de la distance)
• en disposant des écrans efficaces (feuilles de plomb par exemple)
• en filtrant le rayonnement à la sortie du tube pour en éliminer les rayons mous (de faible énergie, ils sont très absorbés par le corps humain)
• en limitant la puissance émise (ce qui oblige à exposer plus longtemps les radiographies)
• en évacuant la zone délimitée par les doses maximales légales

Et surtout, ne jamais se situer dans le faisceau direct de rayonnement sans protection suffisante.

Une grande sécurité présentée par le mode de production du rayonnement dans les appareils de radiographie X est l'absence totale de rayonnement dès la fin de l'exposition, et à fortiori lorsque l'appareil est débranché pour le transport ou le stockage.