Chapitre IV

Interaction des photons avec la matière

tube à rayons X

sujet

film ou détecteur

de rayonnements

L’image radiologique représente la plus ou

moins grande atténuation qu’ont subi les

rayons X lors de la traversée d’un sujet

Mécanismes de l’interaction

électrons noyau

diffusion simple

effet Compton

effet photoélectrique

matérialisation (paires)

réactions nucléaires

Pour la radiologie diagnostique, seules les interactions avec les

électrons sont importantes, les interactions avec les noyaux ne

pouvant se produire que pour des rayons X d’énergie très

supérieure à celle utilisée communément en radiodiagnostic.

En revanche, en radiothérapie, ces dernières interactions sont

possibles

Diffusion simple (phénomène de Thomson - Rayleigh)

Le photon incident est absorbé par l’atome,

puis réémis sans modification d’énergie,

mais selon une direction différente de la

direction incidente

Effet Compton

Il s’agit d’une interaction avec des électrons

faiblement liés de la matière : tous les électrons pour

un élément de faible numéro atomique, et seulement les

électrons périphériques pour un élément de Z élevé

hn incident = 1/2mv2 + hn’diffusé

l’énergie de liaison de l’électron

(faible) est négligée dans ce bilan

énergétique

K

L

M

hn incident

hn’ diffusé

½ mv2

hn = hn’ + ½ mv2

EM ≈ 0

Effet photoélectrique

Il s’agit de l’absorption totale de l’énergie du

photon incident, avec déplacement d’un

électron de la matière éjecté hors de sa couche

et transfert de l’excédent d’énergie à cet

électron sous forme d’énergie cinétique

hn incident = énergie de liaison EK

+ énergie cinétique 1/2 mv2

Par la suite, la lacune laissée par l’expulsion de l’électron va se

combler selon la cascade de fluorescence classique (ou sous

forme d’effet Auger)

K

L

Mhn incident

½ mv2hn = EK + ½ mv2

hn’ = EK - EL

Coefficient d’atténuation des photons

x = profondeur

N(x)N0N(x) - dN

dx

dN = - m N dx avec N(0) = N0

N(x) = N0 e - mx

N(x)

x

N0

N(x)

x

N0

N0/2

CDA = Couche de Demie Atténuation

100 keV 200 keV

Plomb 0.1 mm 0.6 mm

Aluminium 17 mm 22 mm