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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
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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
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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
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Propriétés des ondes électromagnétiques
• Transporte de l ’énergie
• E = h (Planck- Einstein)
h = 6. 6 10-34 J s
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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.
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Rayonnement d'un dipôle électrique oscillant
Lignes de force du champ électrique produit par un dipôle électrique oscillant
Z
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Spectre des ondes électromagnétiques
12 eV
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Aspect corpusculaire: photons
p
h
c
Ehkp
p
h
c
Ehkp
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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 =
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Les 4 nombres quantiques
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b) Le moment cinétique orbital
x
z
yO
LH
IJ
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c) Le moment cinétique intrinsèque: SPIN
s: multiple de ½
Les moments cinétiques se combinentpour donner le moment cinétique total
J=L+S
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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
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Configuration électroniqueRemplissage des orbitales
atomiques (règle de Klechkowsky)
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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.
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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
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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
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PRODUCTION DES RAYONS X
E
A PRINCIPES PHYSIQUES
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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
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Indicatrice d ’intensité
• Energie faible < 100 keV Imax
• Energie élevée > 1 MeV Imax
v
v
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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
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r
I()
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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
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autoabsorption
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Représentation d ’un spectreOrdonnée: l ’énergie transportée W1 = N1E1
W = E N
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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
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b) Rayonnement caractéristiqueÉlectrons cathodiques arrachent des électrons des atomes de
l ’anode
Comblement des trous perte d ’énergie résonante
Spectre de raies
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R
f
Z
Za
Loi de Moseley
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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
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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
![Page 34: A) DECOUVERTE 8 NOVEMBRE 1895 Wilhelm Conrad RÖNTGEN (1845 - 1923) Prix Nobel de Physique 1901 Étude des rayons cathodiques luminescence d un écran de.](https://reader035.fdocuments.fr/reader035/viewer/2022062511/551d9db4497959293b8d9563/html5/thumbnails/34.jpg)
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.
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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.
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B ASPECTS TECHNOLOGIQUES
a) Tube de Coolidge
b) Accélérateur de Van de Graaf
c) Accélérateur linéaire
d) Cyclotron
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Tube de coolidge
3000 t/min
Anode tournante
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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
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Accélérateur linéaire
li
V = Vm sin t
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t3t1t2
P3
P1
P2
V
t
Ralentissement
Accélération
il1m
P1
tωsinVqF
il2m
P2
tωsinVqF
P2 en retard
V li
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Cyclotron
B
v
q
mR
steCv
R
Durée du parcours
v
Rt
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Distances accélératrices 100 km
Accélération