Aurélie 07/07/07
 

Rayons X et radiographie osseuse bac STL biochimie, génie biologique, 2007 France 

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Découverts en 1895 par le physicien allemend Wilhem Conrad Röntgen au cours de recherches sur les rayons cathodiques, les rayons X trouvèrent une utilisation médicale assez rapidement. En effet, des radiographies aux rayons X furent notamment utilisées durant la première guerre mondiale.

  1. Les rayons X : l'émission d'un photon X par un métal est due à certaines transitions électroniques enntre deux niveaux d'énergie. Le diagramme des niveaux d'énergie du molybdène est donné ci-dessous :

    - Reproduire le schéma ci-dessus et indiquer par des flèches toutes les transitions envisageables qui s'accompagnent de l'émission du photon.
    - Calculer, en électronvolts (eV), les variations d'énergie correspondant à ces transitions.
    Réponse :
    Lors de l'émission d'un photon, l'atome cède de l'énergie au milieu extérieur ; l'atome revient à un niveau de moindre énergie.
  2. L'énergie E transportée par un photon X associé à un rayonnement de fréquence n est donnée par la relation de Planck : E= hn.
    - Connaissant l'énergie E transportée par un photon X, donner la relation permettant de déterminer la longueur d'onde l du rayonnement associé.
    - Quelle est, parmi les transitions envisagées, celle qui produit le photon X associé au rayonnement ayant la plus petite longueur d'onde ? Justifier.
    - Calculer la valeur de cette longueur d'onde. c= 3,00 108 m/s ; 1eV= 1,6 10-19 J ; h= 6,62 10-34 J s.
Réponse :
l = c /  n ; n = c / l avec c : célérité ( m/s ) de l'onde ; l longueur d'onde (m) ; n : fréquence ( hz).

De plus E= hn = hc/ l ; l = hc/E ; E s'exprime en joule.

La plus petite longueur d'onde correspond à la plus grande valeure de l'énergie E. ( transition E2 ---> E0 )

E = 19 600 * 1,6 10-19 =  3,136 10-15 J.

l =  6,62 10-34*3,00 108 / 3,136 10-15 ; l =6,3 10-11 m.
La radiographie :

La radiographie enregistre l'image d'un corps traversé par un faisceau de rayons X. Suivant la constitution du corps, les rayons X sont plus ou moins absorbés et le film photographique, placé derrière le corps radiographié, est ainsi plus ou moins impressionné. Le document ci-dessous correspond à la radiographie d'une main. La main placée contre la plaque sensible s'intercale entre la source de rayons X et la plaque.

Les éléments calcium ( Z=20) et phosphore ( Z= 15) sont particulièrement présents dans les os.

Les éléments carbone (Z=6), hydrogène ( Z=1) et oxygène ( Z=16) sont les principaux éléments constitutifs des tissus.

En raisonnant sur les os et les tissus de la main, répondre aux questions suivantes :
- Quelle partie de la main a absorbé le plus de rayons X ? Justifier.

- Connaissant les éléments chimiques présents dans les os et dans les tissus, donner une explication possible justifiant la différence d'absorption qui apparaît sur la radiographie.

Réponse :

Lorsque l'absorption est importante, ( une grande partie des rayonx X est arrêté ), peu de rayons atteignent le film : le film est peu impressionné. ( teinte blanche)

Lorsqu'il n'y a aucune absorption ( en dehors de la main par exemple ) , tous les rayons X atteignent le film et l'impressionnent ( teinte noire).

Lorsque l'absorption est faible, ( une petite partie des rayonx X est arrêté ), beaucoup de rayons atteignent le film : le film est assez impressionné. ( teinte grise)

Les os absorbent fortemment les rayons X et apparaissent en blanc.

Les tissus absorbent peu les rayons X et apparaissent en gris.

L'absorption des rayons X est d'autant plus importante que le n° atomique de l'élément chimique est grand.

 

 
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