Moyens métrologiques avancés

Le rayonnement X est de nature électromagnétique; C'est une partie naturelle du spectre électromagnétique avec une gamme qui comprend des ondes radio, radars, micro-ondes, infrarouge, visible et ultraviolet aux rayons X et γ.

Dans les sources de rayons X à impact électronique, le rayonnement est généré par la décélération des électrons rapides entrant dans une anode métallique solide, et se compose d'ondes avec une gamme de longueurs d'onde grossièrement entre 10^-8m et 10^-13 m. Ainsi, l'énergie de rayonnement dépend de la vitesse de l'électron ν qui, à son tour, dépend de la tension d'accélération, U_a, entre la cathode et l'anode de sorte qu'avec la conservation de l'énergie donne :

\(eU_a=\frac{1}{2}m_e\nu^2\)

Dessin schématique d'un tube à rayons X. Les électrons  s'échappent d'un filament cathodique qui est directement chauffé à environ 2400K. Les électrons sont accélérés dans le champ électrique entre cathode et anode. Le rayonnement X provient de la décélération des électrons rapides après leur entrée dans le matériau anodique

Avec l'entrée d'électrons accélérés dans l'anode :

• les électrons sont diffractés et ralentis par les champs de Coulomb des atomes

• Ils émettent un rayonnement électromagnétique à spectre continu (rayonnement de freinage ou bremsstrahlung)

• plusieurs photons apparaissent tout au long de la totalité du processus de décélération d'un seul électron

• Une très faible partie de ce spectre est dans le domaine des rayons X

• Émission de raies par ionisation caractéristiques du matériau de la cible

la tension d'accélération détermine l'intervalle d'énergie du spectre des rayons X, l'intensité du spectre de rayons X généré est exclusivement contrôlé par le courant de l'anode.

Le faisceau de rayons X émis est divergent (conique) et la zone d'émission sur la cible est appelée foyer.

on peut estimer que l'efficacité de la conversion de l'énergie cinétique en rayonnement X, dans une anode de tungstène (W, Z = 74) et fonctionnant avec une tension d'accélération de U_a = 140 kV, est à peu près dans la grandeur de η = 0.01. Cela signifie que 99% de l'énergie cinétique est transférée localement, chauffant l'anode. En conséquence, les tubes à rayons X de CT présentent de sérieux problèmes de chaleur !

Des disques anodiques tournants peuvent être utilisés pour distribuer la chaleur sur toute l'anode. Le matériau cible de l'anode tourne autour de central et donc, le nouveau matériau de l'anode plus froid est constamment mis en position au point focal.

Aujourd'hui, presque tous les systèmes de CT modernes sont équipés de détecteurs à scintillateur. Un tel détecteur consiste essentiellement en deux composants principaux: un milieu scintillateur et un détecteur de photons. Le rayonnement X à ondes courtes entrant dans le détecteur est converti en un rayonnement à ondes longues (lumière) à l'intérieur du scintillateur. Les matériaux scintillateurs typiques utilisés sont l'iodure de césium (CsI), le germanite de bismuth (BGO) ou le tungstate de cadmium (CdWO4). Ensuite les photons sont transformés en courant électrique (photodiode).