RAYONS X
Propriétés
L'interaction des rayons X et de la matière est conditionnée par les valeurs de leurs longueurs d'onde et de l'énergie du photon par rapport, d'une part, aux dimensions des atomes et, d'autre part, aux énergies de liaison des électrons atomiques.
Absorption des rayons X dans la matière
L' absorption des rayons X dans la matière se traduit par la diminution de l'intensité du faisceau traversant un écran. Les photons disparus du faisceau transmis ou bien ont été déviés par diffusion ou bien ont été transformés par choc sur les atomes, donc réellement absorbés par la matière par effet photoélectrique.
Le cœfficient massique μ d'absorption d'un écran est défini par :
L'absorption des rayons X est un phénomène atomique : pour un composé, elle est simplement la somme des absorptions des éléments constituants ; elle ne dépend donc pas de leurs modes de liaison. Ainsi, le plomb du cristal (verre au plomb) produit la même absorption qu'une lame de plomb métallique contenant la même quantité de plomb que le verre par unité de surface.
L'absorption de toute substance est donc aisément calculable à partir des tables donnant les cœfficients pour les éléments en fonction de la longueur d'onde. D'une façon générale, le cœfficient d'absorption croît avec le nombre atomique (à peu près comme Z3) et avec la longueur d'onde.
Les rayons durs, de courte longueur d'onde, peuvent traverser des épaisseurs de matière considérables sans être complètement éteints, et c'est cette propriété, jugée extraordinaire quand on ne connaissait que la lumière, qui a attiré d'abord l'attention sur les rayons X (découverte de Röntgen, 1895). Le tableau donne les épaisseurs des écrans en carbone, fer, plomb, qui réduisent l'intensité à 1/10 de la valeur de l'intensité incidente.
Wilhelm Conrad Röntgen
SSPL/ Getty Images
Absorption du faisceau
Encyclopædia Universalis France
Le coefficient d'absorption pour un élément donné présente des discontinuités en fonction de la longueur d'onde qui s'expliquent par le mécanisme de l'effet photoélectrique.
Le choc de l'atome et du photon est comparable à celui de l'atome et de l'électron, choc décrit lors de l'étude de l'émission des raies caractéristiques : l'atome qui a absorbé le photon est ionisé, c'est-à-dire qu'un électron est expulsé. Pour qu'une certaine couche électronique puisse être ionisée, il faut que l'énergie du photon hν soit supérieure à l'énergie de liaison de l'électron. Une couche donnée, K par exemple, ne sera donc ionisée que par des radiations de fréquence ν supérieure à νK, telle que hνK = WK = hc/λK ; la longueur d'onde λ doit donc être inférieure à :
À chaque couche électronique correspond une longueur d'onde limite, comme il lui correspond un potentiel limite d'excitation VK (exprimé en volts) ; ces deux valeurs sont reliées par la relation :
Dès que λ est inférieur à λK, l'absorption par la couche K a sa valeur maximale et décroît ensuite avec λ. Telle est l'origine des brusques discontinuités dans la courbe d'absorption. Le même phénomène se produit pour les couches L, mais les discontinuités sont moins importantes : ainsi, le coefficient d'absorption est multiplié par un facteur de l'ordre de 8 à la limite K ; à la limite LIII, ce facteur est voisin de 3.
À l'intérieur d'un même domaine de longueurs d'onde (par exemple au-dessous de λK, entre λK et λLIII), le cœfficient d'absorption varie à peu près comme λ3.
Au voisinage de la discontinuité d'absorption, le coefficient d'absorption présente des modulations qui sont dues à l'influence des atomes voisins[...]
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Écrit par
- André GUINIER : membre de l'Académie des sciences
Classification
Médias
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