A) DECOUVERTE 8 NOVEMBRE 1895 Wilhelm Conrad RÖNTGEN (1845 - 1923) Prix Nobel de Physique 1901...
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A) DECOUVERTE
8 NOVEMBRE 1895
Wilhelm Conrad RÖNTGEN (1845 - 1923)
Prix Nobel de Physique 1901
Étude des rayons cathodiques
luminescence d ’un écran de platinocyanure de Baryum
B) ONDE ELECTROMAGNETIQUE
: 10-9 - 6 10-12 m
E: 1keV - 0.24 MeV
DEFINITION ET PROPRIETES DES RAYONS X
Rappel:
Une ONDE correspond à la propagationde l’énergie suivant l’équation
Une Onde électromagnétique obeit enplus aux équations de Maxwell qui lientles champs électriques et magnétiques
2
22
2
2tc
x
LES ONDES ELECTROMAGNETIQUES
Définition physique d ’une onde électromagnétique:
Propagation d ’un champ électrique et d ’un champ magnétique oscillants
c = 300 000 km/s = 3 108 m/s
Propriétés des ondes électromagnétiques
• Transporte de l ’énergie
• E = h (Planck- Einstein)
h = 6. 6 10-34 J s
Comment produire des ondes électromagnétiques?
• En faisant varier la vitesse d ’une charge électrique.
• Loi de Hertz:
• L ’énergie des ondes électromagnétiques est proportionnelle au carré de la charge et au carré de l ’accélération et inversement proportionnelle au cube de la vitesse de la lumière.
Rayonnement d'un dipôle électrique oscillant
Lignes de force du champ électrique produit par un dipôle électrique oscillant
Z
Spectre des ondes électromagnétiques
12 eV
Aspect corpusculaire: photons
p
h
c
Ehkp
p
h
c
Ehkp
Nuage électroniqueLa probabilité de trouver une particule est décrite parla fonction d’onde (x) dans l’intervalle autour de x :
avec
Equation Schrödinger
m = masse de la particuleEp(x) = énergie potentielleE = énergie totale =
Les 4 nombres quantiques
b) Le moment cinétique orbital
x
z
yO
LH
IJ
c) Le moment cinétique intrinsèque: SPIN
s: multiple de ½
Les moments cinétiques se combinentpour donner le moment cinétique total
J=L+S
Diagramme énergétiquen définit la COUCHE : K, L, M, N, O..l définit la SOUS-COUCHE: s, p, d, fj = l + s définit le NIVEAU ENERGETIQUE
n l j
33
33
3
222
1
22
11
0
110
0
5/23/2
1/2
3/2
1/2
3/2
1/21/2
1/2
série L3série L2série L1
série L
série K
4 s
M5M4
M3M2M1
L3
L2L1
1 s
3 d
3 p
3 s
2 p
2 s
N
M
L
K
Configuration électroniqueRemplissage des orbitales
atomiques (règle de Klechkowsky)
NIVEAUX D'ENERGIE DES MOLECULES
(a) Electronic (b) Vibrational (c) Rotational (d)Translational
figure 2.7 - an illustration of the relative
separations of the energy levels of atoms and
molecules for the different types of energy. The
translational energy levels are essentially
continuous.
Population des niveaux d'énergieLa population des niveaux d’énergie est donnée par la
DISTRIBUTION DE BOLTZMANN
kT = énergie thermique parélément (atome, molécule)
kTEE en /
1//)(/
/
kTEkTEE
kTE
kTE
B
H eee
e
n
nHB
B
H
CADRE THEORIQUEPHYSIQUE CLASSIQUE
grandeurs continuesobjets macroscopiques ( pas h)
PHYSIQUE QUANTIQUE
quantification énergiemoment cinétiquequantité de mouvement
2 théories équivalentesFonction d’onde (Schrödinger)Matricielle (Heisenberg)
NIVEAUX D’ENERGIE QUANTIFIES
PRODUCTION DES RAYONS X
E
A PRINCIPES PHYSIQUES
a) Rayonnement de freinageÉlectron à l ’approche du noyau présente une
attraction due à la force électrique a
322
222
30
2
30
22
ray
/cv1
/cava
c6πdt
dE
v généralefaçon de
c6π
aet
dt
dEE
q
t
Indicatrice d ’intensité
• Energie faible < 100 keV Imax
• Energie élevée > 1 MeV Imax
v
v
Interactions des électrons dans la cibleEnergie des électrons: E = eV (keV)
H H
HH
H
H
H
e- e-
e-
e- e- e- e-
e- = électron arraché
H = chaleur
= Rayon X
r
I()
Spectre du rayonnement de freinage
= flux de photons
E)E ZiK E 0
i courant cathodiqueZ numéro atomique de la cible
max0
00 λ
chhνeVE
autoabsorption
Représentation d ’un spectreOrdonnée: l ’énergie transportée W1 = N1E1
W = E N
2
2
λ
hcEf
dλ
dW
λ
c
dλ
dν
λ
cν comme
dλ
dν
dE
dWh
dλ
dν
dν
dW
dλ
dW
λgdλ
dW
hνfhνd
dWEf
dE
dW
b) Rayonnement caractéristiqueÉlectrons cathodiques arrachent des électrons des atomes de
l ’anode
Comblement des trous perte d ’énergie résonante
Spectre de raies
R
f
Z
Za
Loi de Moseley
Théorie de Bohr
04
1
EK
22
223
2242 112
Za
nnh
ZKme
h
EE
if
if
Effet des autres électrons: constante d ’écran
Za
c) Rayonnement synchrotron
22230
22
/cv1c6π
a9
dt
dE
Rayonnement de freinage quand l ’accelération est perpendiculaire à comme dans le cas d ’une orbite circulaire
v
Orbite circulaire: rra rN222 4
Fig. 11-16. Rayonnement émis par une charge freinée par l'impact sur la cible A dans un tube à rayons X. La cible doit être constituée d'une substance à point de fusion élevé et doit être continuellement refroidie.
Fig. 11-17. Rayonnement synchrotron d'une particule se déplaçant dans un champ magnétique. La distribution angulaire de l’intensité est figurée dans deux positions. Les directions des vitesses et des accélérations sont également représentées.
B ASPECTS TECHNOLOGIQUES
a) Tube de Coolidge
b) Accélérateur de Van de Graaf
c) Accélérateur linéaire
d) Cyclotron
Tube de coolidge
3000 t/min
Anode tournante
Accélérateur de Van de Graaf
Sphère creuse
sphère la de C
QV
20 000 VAlimentation à Kénotron
e-
V 5 106 V si appareil dans N² sous forte pression
Accélérateur linéaire
li
V = Vm sin t
t3t1t2
P3
P1
P2
V
t
Ralentissement
Accélération
il1m
P1
tωsinVqF
il2m
P2
tωsinVqF
P2 en retard
V li
Cyclotron
B
v
q
mR
steCv
R
Durée du parcours
v
Rt
Distances accélératrices 100 km
Accélération