Les rayons X sont une forme de rayonnement électromagnétique à haute fréquence. La plage de longueurs d'onde correspondante est comprise approximativement entre 5 picomètres et 10 nanomètres. L'énergie des photons est de l'ordre du keV (kilo électron-volt) ,entre quelques keV et quelques centaines de keV.

Les rayons X ont été découverts en 1895 par physicien autrichien Wilhelm Röntgen, qui a reçu pour cela le premier prix Nobel de physique ; il les nomma ainsi car ils étaient d'une nature inconnue (la lettre x désigne l'inconnue en mathématiques). L'importance des rayons X vient de leurs nombreuses applications pratiques.

Table of contents

1 Production des rayons X 2 Propriétés des rayons X 2.1 Rayons X en cristallographie 3 Autre acception

Production des rayons X

Comme tout rayonnement électromagnétique (onde radio, lumière), les rayons X peuvent être produits de trois manières :

• par radioactivité 
• par des changements d'orbite d'électrons provenant des couches électroniques ; du fait de l'énergie importante de photons, les rayons X sont produits par des transitions électroniques faisant intervenir les couches internes, proches du noyau ; l'excitation donnant la transition peut être provoquée par des rayons X ou bien par un bombardement d'électrons, c'est notamment le principe de la spectrométrie de fluorescence X et de la microsonde de Castaing ;
• par accélération d'électrons (accélération au sens large : freinage, changement de trajectoire) ; on utilise deux systèmes :
  • le freinage des électrons sur une cible dansun tube à rayons X : les électrons sont extraits d’une cathode de tungstène chauffée, accélérés par une tension électrique dans un tube sous vide, ce faisceau sert à bombarder une cible métallique (appelée anode ou anti-cathode) ; le ralentissement des électrons par les atomes de la cible provoque un rayonnement continu de freinage (ou Bremmstrahlung, terme allemand adopté internationalement) ;
  • la coubure de la trajectoire dans des accélérateurs de particule, c'est le rayonnement dit « synchrotron ».

Propriétés des rayons X

Les principales caractéristiques des rayons X sont les suivantes :

• il pénètrent facilement la "matière molle" (matière solide peu dense et constituée d'éléments légers comme le carbone, l'oxygène et l'azote) ; ils sont facilement absorbés par la "matière dure" (matière solide dense constituée d'éléments lourds) ;

• ils sont facilement absorbés par l'air, par l'atmopshère ;

• l'ordre de grandeur de leur longueur d'onde étant celui des distances interatomiques dans les cristaux (métaux, roches...), ils peuvent diffracter ;

• du fait de l'énergie importante des photons, ils provoquent des ionisations des atomes, ce sont des rayonnements dits « ionisants » ;

Rayons X en cristallographie

L'analyse des cristaux par diffraction de rayons X est aussi appelée radiocristallographie. Ceci permet soit de caractériser des cristaux et de connaître leur structure (on travaille alors en général avec des monocristaux), soit de reconnaître des cristaux déjà caractérisés (on travaille en général avec des poudres polycristallines).

Utilisé en géologie et en métallurgie, c'est aussi un outil de biophysique, très utilisé en biologie pour déterminer la structure des molécules du vivant, notamment en cristallogénèse (c'est l'art de fabriquer des monocristaux avec une molécule pure). Le monocristal est mis dans un faisceau de rayons X monochromatiques et la diffraction observée pour différentes position du cristal dans le faisceau de rayons X (manipulé par un goniomètre) permet de déterminer non seulement la structure du cristal, mais aussi et surtout la structure de la molécule.

Autre acception