L’histoire du Tube à Rayons X
La découverte des rayons X a permis une avancée historique dans le secteur du diagnostic médical, avec la mise au point des techniques de radiographie. Né au début du XXe siècle, le tube à rayons X actuel fonctionne sur un principe relativement simple dérivé des premiers tubes expérimentaux de Crookes et de Coolidge.
Les rayons X
Les rayons X font partie des rayonnements électromagnétiques invisibles. Ils ont été découverts en 1895 par un physicien allemand appelé Wilhelm Röntgen. Celui-ci menait alors des expériences sur un tube à décharge électrique de Crookes.
En effet, comme de nombreux autres physiciens de l’époque, Röntgen était fasciné par la découverte récente du rayon cathodique par William Crookes quelques années auparavant. Celui-ci s’est aperçu que lorsque l’on applique une tension électrique élevée entre deux électrodes métalliques placées dans un tube en verre partiellement sous vide, un rayon faiblement lumineux apparaît. Ce rayon cathodique, en réalité, n’est autre que le faisceau d’électrons qui circule entre l’anode et la cathode du tube de Crookes. Mais à cette époque, l’électron n’a pas encore été découvert et tout le monde ignore la nature de ce rayon.
C’est en menant diverses expériences sur un tube de Crookes que Röntgen a découvert par hasard qu’en plus du faisceau cathodique, un autre rayonnement était émis au niveau de l’anode dans le tube. Celui-ci était perpendiculaire au rayon cathodique et doté de propriétés particulières. En effet, le physicien s’aperçut très vite qu’il traversait la matière. Ainsi furent découverts les rayons X.
La radiographie est donc née ainsi, il y a un peu plus d’un siècle. La toute première radiographie de l’histoire a été celle de la main de l’épouse du physicien. Röntgen a alors pu démontrer que les rayons X traversent la matière en fonction de sa densité, qu’ils sont capables de marquer une plaque photographique et qu’ils ont un effet ionisant. Grâce à cette découverte, le physicien a décroché le prix Nobel de physique en 1901. Et grâce à lui, la médecine a pu faire d’énormes progrès en matière de diagnostic.
Le tube à rayons X
Le tube à rayons X est le dispositif, dérivé du tube de Crookes, qui permet aujourd’hui encore de fabriquer des rayons X pour divers usages, tant dans le milieu médical que dans l’industrie.
Le tube de Crookes
Le tube de Crookes est l’ancêtre lointain du tube à rayons X actuel. Il se compose d’une enceinte en verre, partiellement sous vide. À l’intérieur du tube, il subsiste donc des molécules de gaz. Le tube de Crookes possède aussi deux électrodes, une anode positive et une cathode négative.
Si l’on applique une tension élevée entre les deux électrodes, un rayon cathodique, ou flux d’électrons, se forme. Des rayons X apparaissent aussi au niveau de l’anode. Cependant, cette technique présente des limites et il a fallu lui apporter des améliorations pour fabriquer un tube destiné à produire des rayons X en quantités stables pour l’imagerie.
Le tube de Coolidge
Le tube de Coolidge est une évolution du tube de Crookes. Ce dispositif est né en 1913. Il se compose d’une enceinte en verre très résistant, dans laquelle un vide total a été fait. Cette enceinte contient une cathode, qui est la source de production des électrons, et une anode, qui est la cible du courant d’électrons.
La cathode, qui est l’électrode négative, est un filament métallique de tungstène. Lorsqu’il est chauffé par application d’une très forte tension, ce filament libère des électrons. Ceux-ci sont alors mis en mouvement et accélérés par la différence de potentiel entre les deux électrodes sous tension. Ils percutent violemment l’anode, qui est l’électrode positive, à très grande vitesse. Cette collision produit des rayons X et un fort dégagement de chaleur au niveau de l’anode.
La conception des tubes à rayons X actuels est dérivée du tube de Coolidge. L’ampoule de verre est enfermée dans une enceinte plombée. Entre les deux, un bain d’huile minérale permet de dissiper la chaleur produite au niveau de l’anode. Cette enveloppe de protection a aussi pour fonction de canaliser le flux de rayons X pour protéger le personnel qui utilise l’équipement des effets ionisants.
Les différentes applications d’un tube à rayon X
La première utilisation du tube à rayon X a été l’imagerie médicale. Depuis les débuts, la technique s’est développée et différentes applications sont apparues, en particulier dans le domaine de l’industrie. En effet, les rayons X traversent les matières les moins denses qui apparaissent en coloris foncé sur le cliché. Ils sont freinés par les matières plus denses comme les os du corps humain, qui apparaissent en couleurs plus claires. Cette différence de comportement selon la densité des objets traversés permet aussi d’utiliser les rayons X pour des applications autres que médicales, notamment dans le domaine industriel.
Applications médicales du tube à rayons X
Même si l’invention des rayons X date de plus de 100 ans, la radiographie simple reste la technique d’imagerie médicale la plus répandue. Elle est parfaitement adaptée pour le diagnostic des pathologies pulmonaires ou ostéoarticulaires. Elle est cependant utilisée avec précaution compte tenu des effets ionisants des rayons X.
D’autres dispositifs de diagnostic médical utilisent les rayons X. C’est le cas du scanner qui fonctionne sur le même principe que la radiographie. Simplement, cet appareil est plus évolué et plus puissant. Il donne accès à des vues en coupes et en trois dimensions.
L’angiographie ou imagerie des vaisseaux sanguins est un autre type d’application des rayons X en imagerie médicale. Grâce à un produit de contraste, cette fois, les rayons X permettent de suivre le cheminement des vaisseaux sanguins dans le corps d’un patient et de vérifier leur état.
Applications industrielles
Les rayons X font l’objet de nombreuses autres applications en dehors du domaine médical. En effet, les caractéristiques des tubes à rayon X et leur capacité à traverser la matière permet de les utiliser pour réaliser des contrôles non destructifs.
Tout d’abord, dans le domaine de la sécurité, ils servent à contrôler l’intérieur des colis ou des bagages et sont utilisés notamment par les services de douane dans les aéroports. Cela permet de s’assurer qu’aucun élément suspect n’est présent à l’intérieur, sans pour autant ouvrir la valise ou le paquet.
Dans l’industrie de production et, en particulier, dans les industries de pointe comme l’aéronautique, les rayons X sont utilisés pour contrôler la qualité des productions. Ainsi, ils peuvent servir à vérifier la qualité de fabrication d’une pièce métallique. Les rayons X sont aussi utilisés pour contrôler des soudures ou des pièces fabriquées par impression 3D.
Dans la production agroalimentaire, les rayons X ont de nombreuses applications. La plus répandue consiste à scanner les produits alimentaires à la recherche de corps étrangers, pour écarter tout risque pour les consommateurs. Cependant, les rayons X sont de plus en plus utilisés à des fins de contrôle de conformité de la production agroalimentaire. Ils servent par exemple pour vérifier le niveau de remplissage de pots de yaourts ou de bouteilles. Un appareil à rayon X peut aussi contrôler la qualité d’un produit fini tel qu’une pizza industrielle, pour écarter un produit cassé ou à la garniture insuffisante ou mal répartie.
