Qu’est-ce que le blindage des rayons X – Définition

Les rayons X, également appelés rayonnement X, désignent un rayonnement électromagnétique (pas de masse au repos, pas de charge) de hautes énergies. Les rayons X sont des photons de haute énergie avec des longueurs d’onde courtes et donc de très haute fréquence. La fréquence de rayonnement est le paramètre clé de tous les photons, car elle détermine l’énergie d’un photon. Les photons sont classés en fonction des énergies allant des ondes radio à faible énergie et du rayonnement infrarouge, en passant par la lumière visible, aux rayons X et rayons gamma à haute énergie.

La plupart des rayons X ont une longueur d’onde allant de 0,01 à 10 nanomètres (3×10¹⁶ Hz à 3×10¹⁹ Hz), correspondant à des énergies comprises entre 100 eV et 100 keV. Les longueurs d’onde des rayons X sont plus courtes que celles des rayons UV et généralement plus longues que celles des rayons gamma. La distinction entre les rayons X et les rayons gamma n’est pas si simple et a changé au cours des dernières décennies. Selon la définition actuellement en vigueur, les rayons X sont émis par des électrons extérieurs au noyau, tandis que les rayons gamma sont émis par le noyau.

Blindage des rayons X

Voir aussi: Blindage des rayonnements ionisants

Atténuation des rayons X

Lorsque les photons de haute énergie traversent le matériau, leur énergie diminue. C’est ce qu’on appelle l’ atténuation. La théorie de l’atténuation est également valable pour les rayons X et les rayons gamma. Il s’avère que les photons à haute énergie (rayons X durs) traversent les tissus plus facilement que les photons à basse énergie (c’est-à-dire que les photons à haute énergie sont moins susceptibles d’interagir avec la matière). Une grande partie de cet effet est liée à l’ effet photoélectrique. La probabilité d’absorption photoélectrique est approximativement proportionnelle à (Z/E) ³, où Z est le numéro atomique de l’atome du tissu et E est l’énergie du photon. À mesure que E augmente, la probabilité d’interaction diminue rapidement. Pour des énergies plus élevées, la diffusion Compton devient dominante. La diffusion Compton est à peu près constante pour différentes énergies bien qu’elle diminue lentement à des énergies plus élevées.

Comme on peut le voir, un blindage efficace contre les rayons X repose dans la plupart des cas sur l’utilisation de matériaux ayant les deux propriétés matérielles suivantes:

• haute densité de matériau.
• numéro atomique élevé du matériau (matériaux à Z élevé)

Cependant, les matériaux à faible densité et les matériaux à faible Z peuvent être compensés par une épaisseur accrue, ce qui est aussi important que la densité et le numéro atomique dans les applications de blindage.

Une sonde est largement utilisée comme écran anti -rayons. Le principal avantage du blindage en plomb réside dans sa compacité en raison de sa densité plus élevée. Un plomb est largement utilisé comme écran gamma. D’autre part,  l’uranium appauvri  est beaucoup plus efficace en raison de son Z plus élevé. L’uranium appauvri est utilisé pour le blindage des sources portables de rayons gamma.

Dans les centrales nucléaires, le blindage d’un cœur de réacteur peut être assuré par les matériaux de la cuve sous pression du réacteur, les internes du réacteur (réflecteur de neutrons). De plus, le béton lourd est généralement utilisé pour protéger à la fois les neutrons et les rayonnements gamma.

En général, la protection contre les rayons X est plus complexe et difficile que la  protection contre les rayonnements alpha ou bêta. Afin de comprendre de manière exhaustive comment un rayon X perd son énergie initiale, comment peut-il être atténué et comment peut-il être protégé, nous devons avoir une connaissance détaillée de ses mécanismes d’interaction.

Voir aussi plus de théorie: Interaction des rayons X avec la matière

Voir aussi calculateur: activité gamma par rapport au débit de dose (avec/sans écran)

Voir aussi XCOM – Base de données de sections efficaces de photons:  XCOM: Base de données de sections efficaces de photons

Couche de demi-valeur – rayons X

La couche de demi-atténuation exprime l’épaisseur de matériau absorbant nécessaire pour réduire d’un facteur deux l’intensité du rayonnement incident. Il existe deux caractéristiques principales de la couche de demi-valeur:

• La couche de demi-valeur diminue à mesure que le numéro atomique de l’absorbeur augmente. Par exemple, 35 m d’air sont nécessaires pour réduire d’un facteur 2 l’intensité d’un faisceau de rayons X de 100 keV alors que seulement 0,12 mm de plomb peut faire la même chose.
• La couche de demi-valeur pour tous les matériaux augmente avec l’énergie des rayons X. Par exemple de 0,26 cm pour le fer à 100 keV à environ 0,64 cm à 200 keV.

Exemple:

De combien de blindage d’eau avez-vous besoin si vous souhaitez réduire l’intensité d’un faisceau de rayons X monoénergétique de 100 keV ( faisceau étroit) à 1 % de son intensité incidente? La couche de demi-valeur pour les rayons X de 100 keV dans l’eau est de 4,15 cm et le coefficient d’atténuation linéaire pour les rayons X de 100 keV dans l’eau est de 0,167 cm^-1. Le problème est assez simple et peut être décrit par l’équation suivante:

Si la couche de demi-valeur pour l’eau est de 4,15 cm, le coefficient d’atténuation linéaire est:Maintenant, nous pouvons utiliser l’équation d’atténuation exponentielle:

L’épaisseur d’eau requise est donc d’environ 27,58 cm. Il s’agit d’une épaisseur relativement importante et elle est causée par de petits nombres atomiques d’hydrogène et d’oxygène. Si on calcule le même problème pour le plomb (Pb), on obtient l’épaisseur x=0.077 cm.

Tableau des couches de demi-valeur

Tableau des couches de demi-valeur (en cm) pour différents matériaux à des énergies de photons de 100, 200 et 500 keV.

Voir également:

Rayons X [ /lgc_column]