Röntgen
Unité hors SI · grandeur : exposition aux rayons X et gamma
01 · Définition
Le röntgen est la quantité de rayonnement X ou gamma qui produit, dans un kilogramme d’air sec, une charge de 2,58·10⁻⁴ coulomb de chaque signe. L’unité ne décrit ni un corps ni une matière, mais la capacité du rayonnement à ioniser l’air.
Le choix de l’air n’a rien de fortuit : en 1928 on savait mesurer l’ionisation d’un gaz, mais nullement l’énergie déposée dans les tissus. La charge est recueillie sur des électrodes et comptée avec exactitude, si bien que la grandeur fut reproductible d’emblée. Le prix en est un domaine de validité étroit : le röntgen n’est défini que pour les rayons X et gamma, seulement dans l’air et seulement jusqu’à des énergies d’environ trois mégaélectronvolts. Pour les particules alpha et bêta il n’a aucun sens, et pour connaître la dose reçue par une personne il faut multiplier la lecture par un facteur de conversion : un röntgen donne 8,76 milligrays dans l’air et environ 9,6 dans les tissus mous.
Les tissus mous absorbent les rayons X un peu plus volontiers que l’air et reçoivent donc, à exposition égale, environ dix pour cent d’énergie en plus. Pour l’os l’écart atteint un facteur quatre aux basses énergies — c’est là qu’agit le calcium avec son numéro atomique élevé. D’où la règle de la dosimétrie : une exposition mesurée dans l’air ne devient une dose à l’organe qu’au terme d’un calcul tenant compte de la matière, du spectre du rayonnement et de la géométrie de l’irradiation. C’est précisément cette étape supplémentaire qui a fini par faire passer du röntgen au gray, lequel mesure l’énergie déposée directement dans la matière dont il est question.
02 · Conversion
Saisissez une dose — la fiche la convertira pour l’air et pour les tissus
Le lien avec le coulomb par kilogramme est exact par définition. Tout le reste est le passage de l’air à une matière, et cela dépend de la matière dont il s’agit.
Le röntgen est formellement abrogé : en Russie il fut retiré des unités admises dès les années quatre-vingt, avec une période de transition, et le système international l’a remplacé par le coulomb par kilogramme, qui n’a jamais pris — personne ne s’en sert. Le microröntgen par heure, lui, a survécu aux deux réformes et figure sur l’échelle de presque tous les dosimètres grand public, car toutes les normes soviétiques et tous les repères habituels sont écrits dans cette unité. La seule chose à retenir en lisant un tel appareil : cent microröntgens par heure font environ un microsievert par heure.
| Unité | Nom | Valeur | Où on le rencontre |
|---|---|---|---|
| R | röntgen, exposition | 1 | appareils et anciennes normes |
| C/kg | coulomb par kilogramme, l’unité SI | 0 | la définition, mais pas la pratique |
| µC/kg | microcoulomb par kilogramme | 258 | une écriture commode |
| Gy dans l’air | dose absorbée dans l’air | 0,009 | étalonnage des appareils |
| mGy dans les tissus | dose absorbée dans les tissus mous | 9,6 | médecine et radioprotection |
| mSv | dose équivalente pour le rayonnement gamma | 9,6 | la réglementation actuelle |
La dose aux tissus est calculée avec un facteur de conversion de 0,0096 gray par röntgen, valable pour les tissus mous et les énergies des tubes à rayons X. La dose équivalente coïncide avec la dose absorbée, car pour les rayons X et gamma le facteur de pondération vaut un
03 · Ordres de grandeur
débit de dose : du bruit de fond aux ruines du réacteurDix microröntgens par heure : bruit de fond naturel
04 · Instruments de mesure
Avec quoi l’on mesure les röntgens
L’étalon primaire : le faisceau passe entre les plaques tandis que l’électrode collectrice délimite un volume d’air connu par le plan au micromètre près. L’appareil n’a pas besoin d’être étalonné sur un autre appareil — il réalise la définition de l’unité à la lettre, et c’est pourquoi il se trouve dans les instituts nationaux de métrologie.
L’appareil de travail de la radiothérapie : une cavité de la taille d’un petit pois dans une paroi en matériau équivalent à l’air. On l’étalonne sur la chambre étalon et on l’introduit directement dans un fantôme, pour mesurer la dose à l’endroit où se trouvera la tumeur.
Un appareil portatif de la protection civile, à échelle allant jusqu’à deux cents röntgens par heure, avec sonde déportée. Ce sont exactement ces appareils qui se trouvaient à la centrale de Tchernobyl dans les premières heures de l’accident : leur limite de 3,6 röntgens par heure ne signifiait pas la sûreté, mais seulement que l’aiguille butait en fin d’échelle.
Un compteur Geiger compte des impulsions mais affiche des microröntgens par heure, parce que l’acheteur y est habitué. L’appareil est étalonné au césium-137 et, à d’autres énergies de photons, ses indications se décalent d’un facteur entier : il sous-estimera le fond dans une cave chargée de radon et le surestimera près d’un appareil de radiographie.
05 · Règles d'écriture
Majuscule au symbole, minuscule au nom
Le symbole est un R majuscule sans point. L’unité porte le nom d’une personne : le nom s’écrit en minuscule dans le texte courant et prend la marque du pluriel — cent röntgens — tandis que le symbole reste invariable et majuscule.
La ligne du milieu confond une dose avec son débit : le microröntgen est l’exposition accumulée, tandis que l’appareil affiche des microröntgens par heure, c’est-à-dire la vitesse à laquelle elle s’accumule. L’égalité du bas n’est vraie qu’approximativement et seulement pour les tissus mous et le rayonnement gamma : un röntgen y donne environ 0,96 rad, soit à peu près, mais pas exactement, un rem. De là vient aussi la limite principale de l’unité, à garder en tête en lisant de vieux documents : l’exposition décrit le champ de rayonnement en un point, non ce qu’a reçu la personne qui s’y trouvait, et sans connaître sa position, son blindage et la durée on ne peut convertir l’un en l’autre.
06 · Unités voisines
Le röntgen est la première marche d’une chaîne de quatre grandeurs : activité de la source, ionisation de l’air, énergie absorbée et dommage attendu. Chaque marche suivante exige un nouveau calcul.
la même grandeur en SI
ionisation de l’air
énergie dans la matière
Parmi les fiches de Simetrium se trouvent à côté le rad et le rem — les deux marches suivantes de la même chaîne, gray et sievert, qui les ont remplacés, coulomb de la définition actuelle, ainsi que becquerel s curie pour l’activité de la source.
07 · Partie historique
On mesurait la dose à la brûlure et à la couleur d’une pastille
Le premier dosimètre fut une pastille de platinocyanure de baryum qui passait du vert à l’orangé. Le médecin la posait près du patient et arrêtait la séance lorsque la teinte rejoignait l’échantillon de la carte. La justesse dépendait de l’éclairage du cabinet et de l’œil du médecin.
Une autre mesure était la dose érythème — celle qui provoquait une rougeur durable de la peau. Elle dépendait de la personne, de la région du corps et de la durée de l’irradiation, variant du simple au double entre patients et du simple au quintuple entre cliniques.
Le deuxième Congrès international de radiologie adopta le röntgen : la charge produite dans un centimètre cube d’air sec dans les conditions normales. La grandeur devenait mesurable avec un appareil et reproductible dans n’importe quel laboratoire du monde.
La définition fut reformulée en coulombs et kilogrammes, puis le système d’unités passa au gray, qui mesure l’énergie directement dans la matière. Le röntgen sortit de l’usage et ne subsiste que sur les échelles des appareils et dans les récits d’anciens accidents, où tous les chiffres sont écrits dans cette unité.
La seule grandeur définie par une matière étrangère au sujet
Pour un métrologue, le röntgen est étrangement bâti : il décrit le rayonnement par la réaction de l’air, qui n’a rien à voir avec l’affaire. La raison est historique — en 1928 on savait mesurer l’ionisation d’un gaz à une fraction de pour cent près, et l’énergie déposée dans les tissus pas du tout. Le prix de cette précision fut double. D’abord, l’unité ne s’applique qu’aux rayons X et gamma et seulement jusqu’à des énergies d’environ trois mégaélectronvolts : au-delà, les électrons secondaires s’échappent du volume mesuré et l’équilibre sur lequel repose la définition se rompt. Ensuite, entre l’exposition et la dose reçue par une personne s’intercale un calcul, qui dépend du spectre du rayonnement et de l’organe considéré : pour les tissus mous le passage donne un facteur d’environ 1,1, pour l’os aux basses énergies jusqu’à quatre. C’est cette étape supplémentaire qui a scellé le sort de l’unité : le gray et le sievert mesurent directement ce qui intéresse le médecin. Il reste pourtant au röntgen un avantage que ses successeurs n’ont pas — la chambre à air libre réalise sa définition à la lettre, à partir de la géométrie et de la charge, si bien que les étalons nationaux de dosimétrie se construisent encore aujourd’hui autour de cette architecture, et que c’est seulement ensuite qu’on convertit en grays.
Catalogue · unités de mesure
Une fiche pour chaque grandeur
Sept unités de base du SI, vingt-deux unités dérivées portant un nom propre, et ces unités hors SI dont ni la technique ni la vie courante ne se passent. Chacune a sa fiche : définition, conversion, instruments, règles d'écriture. En 36 langues.
Unités hors SI
la fiche du röntgen est ouverteUnités de base du SI
en ocre — celles dont est fait le coulomb par kilogrammeLes quatre marches des grandeurs radiologiques
source · air · matière · organismeLangue de la fiche
36 langues. Le symbole R est reconnu partout ; ce qui est traduit, ce sont les noms des instruments et des grandeurs ainsi que les explications des échelles.