DEFINITION ET PROPRIETES DES RAYONS X 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 l: 10-9 - 6 10-12 m E: 1keV - 0.24 MeV

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 n (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 Z      Lignes de force du champ électrique produit par un dipôle électrique oscillant

Spectre des ondes électromagnétiques 12 eV

Aspect corpusculaire: photons

Les 4 nombres quantiques

b) Le moment cinétique orbital x z y O L H I J

Diagramme énergétique l j 4 s M 5 3 2 5/2 3 d M 4 3 2 3/2 3 p M M 3 3 1 3/2 M 2 3 1 1/2 3 1/2 3 s M 1     2 p L 3 2 1 3/2 L L 2 2 1 1/2 2 s L 1 2 1/2 série L 1 série L 2 série L 3 1 s série L 1 1/2 K série K

Configuration électronique

NIVEAUX D'ENERGIE DES MOLECULES (a) Electronic (b) Vibrational (c) Rotational (d)Translational

Population des niveaux d'énergie

CADRE THEORIQUE grandeurs continues objets macroscopiques (  pas h) PHYSIQUE CLASSIQUE grandeurs continues objets macroscopiques (  pas h) PHYSIQUE QUANTIQUE quantification  énergie  moment cinétique  quantité de mouvement 2 théories équivalentes Fonction d’onde (Schrödinger) Matricielle (Heisenberg) NIVEAUX D’ENERGIE QUANTIFIES

PRODUCTION DES RAYONS X A PRINCIPES PHYSIQUES Dn E

a) Rayonnement de freinage Électron à l ’approche du noyau présente une attraction due à la force électrique

Indicatrice d ’intensité Energie faible < 100 keV Imax Energie élevée > 1 MeV Imax

Interactions des électrons dans la cible Energie des électrons: E = eV (keV) H e- e- = électron arraché H = chaleur = Rayon X

r I(q)

Spectre du rayonnement de freinage F = flux de photons i courant cathodique Z numéro atomique de la cible max

autoabsorption

Représentation d ’un spectre Ordonnée: l ’énergie transportée  W1 = N1E1 DW = E DN

b) Rayonnement caractéristique Électrons cathodiques arrachent des électrons des atomes de l ’anode Comblement des trous  perte d ’énergie résonante Spectre de raies

Loi de Moseley Z

Théorie de Bohr Effet des autres électrons: constante d ’écran b

c) Rayonnement synchrotron Rayonnement de freinage quand l ’accelération est perpendiculaire à comme dans le cas d ’une orbite circulaire Orbite circulaire:

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) Accélérateur de Van de Graaf c) Accélérateur linéaire d) Cyclotron 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 V  5 106 V si appareil dans N² sous forte pression 20 000 V Alimentation à Kénotron e-

Accélérateur linéaire V = Vm sin wt

t3 t1 t2 P3 P1 P2 V t Ralentissement Accélération P2 en retard V   li 

Cyclotron Durée du parcours

Distances accélératrices  100 km Accélération