Qu'est-ce qui détermine l'absorption et la diffusion du rayonnement ?
Dans cet article :
- L'absorption et la diffusion des rayonnements sont régies par trois interactions clés : l'effet photoélectrique, l'effet Compton et la production de paires, chacune dominant à différents niveaux d'énergie.
- L'effet photoélectrique se produit à des énergies de rayons X plus faibles, où les photons éjectent les électrons de la couche interne, contribuant au contraste de l'image mais augmentant également l'absorption des rayonnements.
- L'effet Compton domine aux énergies moyennes à élevées (100 keV à 10 MeV), où les photons se diffusent après avoir interagi avec les électrons de la couche externe, réduisant la clarté de l'image par rétrodiffusion.
- La production de paires ne se produit qu'à des énergies photoniques très élevées (supérieures à 1 MeV), où un photon se transforme en une paire électron-positron lorsqu'il interagit avec un noyau atomique.
- L'atténuation totale du rayonnement est une combinaison de ces effets, qui influence la qualité de l'image en radiographie en introduisant un rayonnement secondaire pouvant brouiller ou voiler l'image finale.
La réduction de l'intensité d'un rayonnement lorsque ce dernier pénètre un matériau est déterminée par les réactions suivantes :
1. L'effet photoélectrique
2. La diffusion Compton
3. La création de paires
L'impact de ces réactions dépendra de l'énergie du rayonnement incident et du matériau irradié.
L'effet photoélectrique Lorsque des rayons X avec une énergie relativement faible traversent un matériau et qu'un photon heurte un atome de ce matériau, l'énergie totale du photon peut être utilisée pour extraire l'électron des couches profondes de l'atome, comme illustré par la figure 3-2. Ce phénomène porte le nom d'effet photoélectrique et se produit dans l'objet, le film ou tout autre filtre utilisé.
La diffusion Compton Avec des énergies plus élevées (100 keV à 10 MeV), l'interaction de photons avec des électrons libres ou faiblement liés des couches externes d'atomes provoque le transfert d'une partie de l'énergie vers ces électrons, qui sont ensuite éjectés, comme illustré par la figure 4-2. Parallèlement, les photons seront déviés de l'angle initial d'incidence. Ils ressortiront de la collision en tant que rayonnement de plus faible énergie, diffusé dans toutes les directions, y compris inverse, d'où le nom de « diffusion inverse », que nous aborderons dans une section ultérieure. Dans cette bande d'énergie, l'absorption de rayonnement est principalement due à la diffusion Compton et, à un moindre degré, à l'effet photoélectrique.
La création de paires La formation de paires d'ions (voir figure 5-2) se produit uniquement à des niveaux d'énergie très élevés (supérieurs à 1 MeV). Les photons à haute énergie peuvent ainsi interagir avec le noyau de l'atome impliqué dans la collision. L'énergie du photon est alors utilisée pour éjecter un électron (e-) et un positron (e+).
Absorption/atténuation totale L'absorption ou l'atténuation totale linéaire des rayons X correspond à la combinaison des trois procédés d'absorption évoqués ci-dessus : l'énergie primaire du rayonnement se transforme en une forme moindre d'énergie. L'énergie secondaire découle d'une longueur d'onde distincte et se déplace dans un autre sens. Une partie de ce rayonnement secondaire (diffusé) ne contribue pas à la formation de l'image radiographique et est même susceptible de nuire à la qualité d'image (flou ou voile). La contribution des différentes causes d'absorption au coefficient total d'absorption linéaire (μ) de l'acier par rapport à l'énergie de rayonnement est présentée à la figure 6-2.
