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Tout savoir sur les rayons X

vendredi 19 septembre 2014, par Rozenn Bernier

Né en Allemagne, Röntgen fut élevé et éduqué aux Pays-Bas, puis en Suisse. Adolescent, il était intéressé par les promenades dans la nature (il fut plus tard passionné de montagne) et par l’invention de mécanismes ingénieux, une aptitude qu’il mit à profit dans ses recherches. Après plusieurs postes universitaires, il occupa, à partir de 1888, une chaire de professeur de physique à l’Université de Wurzburg (Allemagne).

À cette époque, les physiciens s’intéressaient aux effets engendrés par une décharge électrique créée entre deux électrodes placées dans un tube de verre où l’on a fait le vide. Les parois du tube émettent en effet une lumière verdâtre (de fluorescence). Sir Williams Crookes avait attribué cette lumière à l’impact, sur le verre, d’un rayonnement produit par la décharge. Ce rayonnement, encore mystérieux, fut appelé "cathodique", car il provenait de l’électrode négative : la cathode.

Le soir du 8 novembre 1895, Röntgen mit en marche le « tube de Crookes » et remarqua une lueur provenant d’un écran luminescent posé, par hasard, sur une table située à distance. Cette lueur ne pouvait avoir été créée par l’impact des rayons cathodiques car ceux-ci sont rapidement arrêtés par le verre et l’air. Röntgen comprit très vite qu’un autre type de rayonnement, invisible et pénétrant, était sorti du tube pour provoquer la luminescence observée. Il s’enferma, dit-on, 3 semaines dans son laboratoire pour caractériser ce rayonnement énigmatique qu’il nomma un peu plus tard : rayons X.

Il observa que les matériaux absorbent de façon plus ou moins efficace les rayons X. Son épouse Bertha contribua d’ailleurs à la mise en évidence de l’absorption sélective des rayons X par la matière puisque Wilhelm Röntgen réalisa la première radiographie au monde : celle de la main de sa femme, où l’on distingue même la bague qu’elle portait. Les rayons X sont fortement absorbés par les métaux lourds comme l’or ; ils le sont moins par les os, encore moins par les tissus vivants. Ceci est à l’origine du contraste des images radiographiques. Röntgen montra également que les rayons X sont produits par l’impact des rayons cathodiques (qui sont en fait des électrons comme le montrera Joseph John Thompson peu de temps après) sur la matière. Dans le cas du tube de Crookes ce sont les collisions des électrons avec les atomes de l’électrode positive (l’anode) qui produisent les rayons X.

Il consacre les dernières semaines de 1895 à manipuler en solitaire et parvient à attribuer les caractéristiques suivantes aux rayons X :

Ils sont faiblement absorbés par la matière. Mais cette absorption augmente avec la masse atomique des atomes absorbants : une fine couche de plomb suffit à stopper le rayonnement produit avec ses sources de rayons X.

Ils sont diffusés par la matière. C’est l’origine du rayonnement de fluorescence.

Ils impressionnent une plaque photographique.

Ils déchargent les corps chargés électriquement.

Il montre également que les rayons ont pour origine la paroi du tube de verre à l’endroit où arrive le rayonnement cathodique (i.e. les électrons). Röntgen se verra attribuer le premier Prix Nobel de physique en 1901 en récompense « des services extraordinaires rendus possibles par sa découverte des rayons remarquables qui portent son nom » Sources : CNRS et Culturesciences

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