Aurélie 17/12/08
 

 

Rayons X, tube de Coolidge d'après IMRT

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Données : masse d'un proton mP= 1,007 276 u ; masse d'un neutron mN= 1,008 665 u ;

masse d'un électron me= 0,000 548 u ; 1 u = 1,66054 10-27 kg = 931,5 MeV c2. e = 1,602 10-19 C

c = 3,00 108 m/s ; constante de Plank h= 6,626 10-34 J s.

Répondre par vrai ou faux. ( une seule affirmation est vraie)

Un tube de Coolidge :

A- produit un faisceau X formé essentiellement d'électrons de freinage. Faux.

Le freinage des rayons X par les atomes de la cible est la cause du spectre continu des photons X.

B- produit un faisceau X émis uniquement dans la direction perpendiculaire à la cible. Faux.

C- produit un faisceau X formé essentiellement de photons de freinage. Vrai.

D- produit un spectre continu de raies X caractéristiques de l'élément cible. Faux.

Le spectre de raies est discontinu.

Dans un tube de Coolidge, l'énergie maximale des photons du rayonnement de freinage :

A- est poroportionnel au numéro atomique de la cible. Faux.

B- augmente lorsque la haute tension diminue. Faux.

Energie maximale des photons = e U ( U : haute tension)

C- est proportionnelle à la longueur d'onde minimale du rayonnement. Faux.

E = hc / l.

D- est égale à l'énergie cinétique des électrons à l'anode. Vrai.

E =eU = ½ mv2.


Dans un tube de Coolidge :

A- le filament émet des rayons X par effet thermoélectronique. Faux.

le filament émet des électrons par effet thermoélectronique

B- Le rayonnement de freinage est un spectre de raies d'énergie. Faux.

Le rayonnement de freinage est un sppectre continu.

C- L'anticathode est en métal léger. Faux.

platine, molybdène, tungstène

D- La tension, en kV, appliquée au tube, permet de régler le seuil de longueur d'onde des rayons X émis. Vrai.


Le flux énergétique ( ou puissance ) rayonné par le tube à rayons X fonctionnant sous une tension U traversé par un courant d'intensité I et dont l'anode a pour numéro atomique Z est j = k Z I U2.

Deux tubes de Coolidge identiques, fonctionnent sous deux tensions différentes mais sont traversés par le même courant I. L'un émet un flux j1 qui est le double du flux d'énergie j2 émis par l'autre. Soit U1 la tension aux bornes du premier et U2 la tension aux bornes du second. La relation entre U1 et U2 est :

j1 = k Z I U12 ; j2 = k Z I U22 ;

 j1 = 2 j2 ; k Z I U12 =2 k Z I U22 ; U12 =2 U22 ; U1 =2½ U2 ; U1 =1,414 U2 ;





Le rendement en énergie d'un tube à rayons X a pour expression en fonction de la tension U à ses bornes, de l'intensité du courant I qui le traverse et du numéro atomique Z de la cible :

A- kZU. Vrai.

B- kZU2. Faux.

C- kZ2U. Faux.

D- kZIU2. Faux.


Un tube de Coolidge a un rendement de 1,5 % et est parcouru par un courant d'intensité 200 mA quand on applique entre ses bornes une tension de 150 kV. Quand la tension appliquée est de 200 kV, le rendement devient : 2,7 % ; 1,7 % ; 2,0 % ; reste 1,5 %.

Le rendement est proportionnel à U : rendement = kZU.

Le rendemnet devient : 1,5 *200 / 150 = 2,0 %.



Un tube de rayons X fonctionne sous une tension de 250 kV. La longueur d'onde minimale des rayons X émis est de : 5,0 nm ; 8,0 10-22 nm ; 5,0 10-3 nm ; 5,0 10-21 nm.

E =250 103 *1,6 10-19 = 4,0 10-14 J.

longueur d'onde : l = hc / E

6,62 10-34 * 3 108 / 4,0 10-14 ~ 5,0 10-12 m =5,0 10-3 nm


Les premiers niveaux d'énergie de l'atome de molybdène ont pour valeur approximative :

EK = -20,0 keV ; EL = -2,5 keV.

  Parmai les tensions suivantes, celle qui appliquée à un tube de rayons X dont la cible est en molybdène permet d'obtenir la famille de raies L sans produire simulténament la famille de raies K vaut :

2 kV ; 3 kV ; 20 kV ; 25 kV.

Un électron de niveau supérieur à la couche L vient occuper un place vacante sur cette couche. L'atome perd de l'énergie et un photon est émis, dont l'énergie est quantifiée.

La différence d'énergie entre un niveau supérieur à L et le niveau L est de l'ordre de 2 kV.




La longueur d'onde de la raie Ka émise par une cible en molybdène est :

622 micromètres ; 0,497 nm ; 71,0 picomètres ; 1,14 10-20 nm.

Ka : un électron du niveau L occupe une place vacante au niveau K.

Différence d'énergie entre ces deux niveaux : 20-2,5 = 17,5 keV

E =17,5 103 *1,6 10-19 = 2,8 10-15 J.

longueur d'onde : l = hc / E

6,62 10-34 * 3 108 / 2,8 10-15 = 7,1 10-11 m = 71 pm



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