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1. by Leybold Didactic GmbH 1998 Z 1 0 mA en haut haute tension du tube U 35 kV LEYBOLD Fiches d exp riences de physique Exploitation a Variation de la haute tension du tube Charger la s rie de mesures enregistr e Appeler chaque fois le menu d exploitation du pro gramme Appareil rayons X en cliquant dans le graphe avec le bouton droit de la souris s lectionner le point de menu Calcul valeur principale du pic et marquer un pic sur toute sa largeur avec le bouton gauche de la souris Noter les valeurs principales dans un tableau de mesure voir tableau 1 et calculer les valeurs moyennes Tab 1 Certaines longueurs d ondes du rayonnement carac t ristique du molybd ne tir es des spectres pour une variation de la haute tension U du tube P6 3 3 2 Tab 2 Certaines longueurs d ondes du rayonnement carac t ristique du molybd ne tir es des spectres pour une variation du courant d mission AE Ka AKp mA pm pm 0 4 71 09 63 15 0 6 71 05 63 15 0 8 71 08 63 15 1 0 71 04 63 10 Valeurs moyennes AK 71 07 pm Kg 63 14 pm U N Tab 3 Maxima de taux de comptage des raies caract risti Ka AK KW pm pm ques et du spectre continu du rayonnement de freinage en fonction du courant d mission 25 71 04 62 13 CI R Ka R K Rc 30 71 09 63 14 MA sd si Se2. l aide du bouton ou de la touche F2 b Variation du courant d mission Effacer les donn es de mesure avec le bouton Li ou la touche F4 et r gler une haute tension du tube U 35 kV S lectionner un courant d mission 0 40 mA puis lancer la mesure et la transmission des donn es vers le PC avec le bouton poussoir Scan Enregistrer des s ries de mesure suppl mentaires avec les courants d missions 0 60 mA 0 80 mA et 1 00 mA Ouvrir la fen tre de dialogue pour la repr sentation en fonction de la longueur d onde avec le bouton ou la touche F5 et inscrire l cartement des plans du r seau du NaCl Enregistrer toutes les s ries de mesures ensemble sous un nom appropri l aide du bouton EAl ou de la touche F2 P6 3 3 2 LEYBOLD Fiches d exp riences de physique Exemple de mesure a Variation de la haute tension du tube Ja Appareil rayons X oj x 5 emel aar aw j Planck Transmission Moseley Fig 5 Spectres du tube rayons X Mo pour les hautes ten sions du tube U 15 kV en bas 20 kV 25 kV 30 kV 35 kV en haut courant d mission l 1mA by Leybold Didactic GmbH 1998 b Variation du courant d mission HA Appareil rayons X Iof x Planck Transmission Moseley Fig 6 Spectres du tube rayons X Mo pour les courants d mission 0 4 mA en bas 0 6 mA 0 8 mA
3. du rayonnement X l aide des rapports valables pour le rayonnement lectroma gn tique 11 V v fr quence c vitesse de la lumi re et E h E nergie h constante de Planck Ill Conseils de s curit L appareil rayons X respecte les consignes relatives la construction d un appareillage rayons X pour l enseigne ment et d un appareil protection totale et est homologu en tant que tel d apr s le r glement allemand sur les rayonnements X Gr ce aux mesures de protection et de blindage incorpo r es par le constructeur le taux de dose hors de l appareil est r duit moins de 1 Sv h une valeur d un ordre de grandeur correspondant la dose d irradiation naturelle M Avant la mise en service s assurer du bon tat de l appareil rayons X et v rifier que la haute tension est bien coup e l ouverture des portes coulissantes Voir mode d emploi de l appareil rayons X M Tenir l appareil rayons X l abri des personnes non autoris es Eviter une surchauffe de l anode dans le tube rayons X Mo M Ala mise en marche de l appareil rayons X v rifier si le ventilateur dans la partie tube fonctionne Le goniom tre s ajuste exclusivement par le biais de mo teurs pas pas lectriques M Ne pas bloquer le bras de cible et le bras de capteur du goniom tre et ne pas modifier le r glage par force Fig 2 Sch ma de principe pour la diffraction de rayons X su
4. LEYBOLD Physique atomique et nucl aire Rayons X Physique du cort ge lectronique LEYBOLD Fiches d exp riences de physique Objectifs exp rimentaux Etude du spectre d nergie d un tube rayons X en fonction de la haute tension et du courant d mission M Trac des spectres d nergie d un tube rayons X avec anode en Mo par la r flexion de Bragg du rayonnement X sur un monocristal de NaCl dans le premier ordre de diffraction M Interpr tation des spectres d nergie comme la superposition du spectre continu du rayonnement de freinage et des raies du rayonnement X caract ristique du mat riau de l anode M Etude de l influence de la haute tension et du courant d mission sur le rayonnement de freinage et sur le rayonnement caract ristique Notions de base Le rayonnement X se produit lorsque des lectrons rapides sont frein s dans la mati re sur une distance r duite Confor m ment aux lois de l lectrodynamique classique un rayon nement lectromagn tique est g n r lors du freinage ce rayonnement est essentiellement mis perpendiculairement la direction de l acc l ration ici donc perpendiculairement la direction des lectrons qui incident sur l anode pour des nergies lectroniques inf rieures 50 keV Cette part du rayonnement X est ainsi appel e rayonnement de freinage Le rayonnement de freinage a un spectre continu qui s tend jusqu une fr quence maximale vmax
5. able of Isotopes 7th Edition 1978 J ohn Wiley amp Sons Inc New York USA LEYBOLD DIDACTIC GMBH Leyboldstrasse 1 D 50354 H rth Phone 02233 604 0 Telefax 02233 604 222 Telex 17 223 332 LHPCGN D by Leybold Didactic GmbH Printed in the Federal Republic of Germany Technical alterations reserved
6. ec le PC Relier la sortie RS232 et le port s rie du PC en principe COM1 ou COM2 via le c ble V24 9 p les livr avec l appareil rayons X _Eventuellement installer le programme Appareil rayons X sous Windows 95 98 NT voir mode d emploi de l appa reil rayons X puis s lectionner la langue d sir e R alisation a Variation de la haute tension du tube Appeler le programme Appareil rayons X v rifier que l appareil rayons X est bien branch et ventuelle ment effacer les donn es de mesure existantes avec le bouton Li ou la touche F4 R gler un courant d mission 1 00 mA un temps de mesure par pas angulaire At 10 s etun pas de progression angulaire AB 0 1 Activer le bouton poussoir Coupled pour le couplage 28 de la cible et du capteur puis r gler la valeur limite inf rieure de l angle de la cible sur 2 5 et la valeur limite sup rieure sur 12 5 S lectionner une haute tension du tube U 15 kV puis lancer la mesure et la transmission des donn es vers le PC avec le bouton poussoir SCAN Enregistrer des s ries de mesures suppl mentaires avec les hautes tensions du tube U 20 KV 25 kV 30 kV et 35 KV Pour la repr sentation en fonction de la longueur d onde ouvrir la fen tre de dialogue avec le bouton M ou la touche F5 et inscrire l cartement des plans du r seau du NaCl Enregistrer toutes les s ries de mesures ensemble sous un nom appropri
7. ensit du rayonnement augmente tant donn que les lectrons g n rent plus de quanta de rayons X au fur et mesure que l nergie augmente lors du freinage dans le mat riau de l anode La longueur d onde limite Amin se d cale alors vers des valeurs plus petites c d qu un rayonnement plus riche en nergie plus dur est g n r Pour l tude quantitative du rapport entre la lon gueur d onde limite et la haute tension du tube voir exp rience P6 3 3 3 Un minimum d nergie des lectrons est n cessaire pour l ex citation du rayonnement caract ristique Les raies Ka et Kg ne se distinguent donc qu au dessus de U 20 kV Leur intensit augmente au fur et mesure que la haute tension du tube augmente La haute tension du tube n a par contre aucune influence sur la position des raies caract ristiques voirtab 1 b Variation du courant d mission Ainsi que le montre la fig 6 le courant d mission n influe aucunement sur la forme du spectre du rayonnement X La position des raies caract ristiques reste inchang e voir tab 2 Du reste l intensit du spectre de freinage et des raies caract ristiques augmente proportionnellement au courant d mission voir tab 3 et fig 7 Des carts de la proportionna lit pour des taux de comptage sup rieurs 1000 s sont occasionn s par des effets de temps mort lors de la saisie des taux de comptage Bibliographie 1 C M Lederer and V S Shirley T
8. l 35 71 04 63 10 0 4 786 369 232 0 6 1169 558 343 Valeurs moyennes a n i a A Ka 71 06 pm Kg 63 12 pm see ge 1 0 1724 877 564 Valeurs litt raires 1 titre de comparaison A Ka 71 080 pm A Kg 63 095 pm b Variation du courant d mission R sultats Charger la s rie de mesures enregistr e Appeler chaque fois le menu d exploitation du pro gramme Appareil rayons X en cliquant dans le graphe avec le bouton droit de la souris s lectionner le point de menu Calcul valeur principale du pic et marquer un pic sur toute sa largeur avec le bouton gauche de la souris Noter les valeurs principales dans un tableau de mesure voir tableau 2 et calculer les valeurs moyennes S lectionner en plus le point de menu Afficher les coor donn es d terminer les maxima R Ka et R K g des raies caract ristiques et le maximum du spectre continu du rayonnement de freinage R puis noter les valeurs obte nues voir tableau 3 et les repr senter graphiquement voir fig 7 Fig 7 Maxima de taux de comptage en fonction du courant d mission Cercles raie Ka Carr s raie Kg Triangles spectre continu du rayonnement de freinage 2000 R e s1 6 1000 0 4 La 0 0 5 1 I mA a Variation de la haute tension du tube Dans la fig 5 on voit nettement que le spectre continu du rayonnement de freinage change au fur et mesure que la haute tension U du tube augmente L int
9. liaison d termin e et sont d sign es de l int rieur vers l ext rieur par les lettres K L M N etc Entre les couches des transitions co ncidant avec les lois de la m ca nique quantique sont possibles suivant la direction elles sont associ es l absorption ou l mission de rayonnement Il se manifeste ici par exemple un rayonnement issu des trans itions vers la couche K sous la forme d une s rie de raies voisines d sign es par Ka Kg K etc En partant de K l nergie des transitions augmente tandis que la longueur d onde correspondante diminue en cons quence Dans l exp rience on trace le spectre d nergie d un tube rayons X avec anode en molybd ne Un goniom tre avec un cristal de NaCI et un tube compteur de Geiger M ller en disposition de Bragg sert de spectrom tre Le cristal et le tube compteur sont orient s dans un couplage 28 par rapport au rayonnement X incident cf fig 2 P6 3 3 2 LEYBOLD Fiches d exp riences de physique Mat riel 1 appareil rayons X 554811 1 tube compteur fen tre pour rayonnements a B yetX 55901 Suppl ment 1 PC avec Windows 95 98 ou Windows NT Conform ment la loi de la r flexion de Bragg la longueur d onde x 2 d sin 1 d 282 01 pm cartement des plans du r seau du NaCl correspond l angle de diffusion dans le premier ordre de diffraction A partir de I on peut calculer l nergie
10. llimateur et le bras de cible Enficher le c ble plat c pour la commande du goniom tre Enlever le capuchon protecteur du tube compteur fen tre placer le tube compteur fen tre dans le logement du capteur e et brancher le c ble du tube compteur la douille GM Tube En d pla ant le porte capteur b r gler une distance s gt d environ 6 cm entre le bras de cible et le diaphragme fente du logement pour capteur Monter le porte cible avec le plateau pour cible f Desserrer la vis molet e g poser le cristal de NaCl plat sur le plateau pour cible soulever prudemment le plateau pour cible avec le cristal jusqu la but e et serrer la vis molet e en faisant bien attention visser bien dans l axe _ Eventuellement ajuster la position z ro du goniom tre voir mode d emploi de l appareil rayons X N B Les cristaux de NaCI sont hygroscopiques et fragiles Ranger le cristal dans un endroit aussi sec que possible viter si possible toute sollicitation m canique sur le cristal ne s em parer du cristal que par les fronts Si le taux de comptage est trop faible la distance s gt entre la cible et le capteur peut tre l g rement r duite sans pour autant finir par tre trop petite sous peine d avoir une r solution angulaire du goniom tre qui ne suffirait plus pour la s paration des raies caract ristiques K et Kg P6 3 3 2 Pr paration de l acquisition des valeurs mesur es av
11. pr cise ou une longueur d onde minimale Amin Si l nergie des lectrons est au del d une valeur limite le rayonnement X caract ristique survenant dans le spectre sous forme de raies individuelles est excit en plus du rayonnement de freinage continu Il r sulte du fait que des lectrons riches en nergie p n trent bien profond ment dans les cort ges Fig 1 Diagramme nerg tique simplifi d un atome et d finition des s ries K L et M du rayonnement X caract ristique lectroniques du mat riau de l anode o ils jectent par colli sions des lectrons des couches proches du noyau Les trous ainsi form s sont remplis par mission de rayonnement X par des lectrons issus des couches ext rieures du cort ge lec tronique Le rayonnement X est typique du mat riau de l anode et correspond peu pr s au spectre de raies optique d une substance l tat gazeux ou l tat de vapeur Les solides mettent eux aussi des raies individuelles d finies avec net tet dont la position d pend peine de l environnement chimique des atomes metteurs ou de l tat physique de la substance contrairement ce qu il en est pour la lumi re visible g n r e dans les couches ext rieures du cort ge lec tronique La fig 1 illustre la nomenclature adapt e au mod le de couches du cort ge lectronique pour les raies du rayonne ment X caract ristique Les couches sont caract ris es par une nergie de
12. r un monocristal et pour le couplage 25 entre l angle du tube compteur et l angle de diffusion angle de brillance 1 collimateur 2 monocristal 3 tube compteur Le spectrom tre fournit donc suivant la repr sentation le spec tre de longueur d onde le spectre de fr quence ou le spectre d nergie du rayonnement On tudie l influence de la haute tension U du tube et du courant d mission sur le spectre d nergie du tube rayons X La haute tension U est appliqu e comme tension d acc l ration des lectrons entre la cathode et l anode voir fig 3 Le courant d mission soit le courant circulant entre la cathode et l anode est r glable par changement de la tension de chauffage UK de la cathode Fig 3 Sch ma de principe pour le montage du tube rayons X LEYBOLD Fiches d exp riences de physique Fig 4 Montage exp rimental pour l tude du spectre d nergie d un tube rayons X Montage R alisation de la disposition de Bragg Certains d tails importants pour le montage exp rimental sont repr sent s sur la fig 4 La marche suivre est la suivante voir aussi mode d emploi de l appareil rayons X Placer le collimateur dans le logement du collimateur a faire attention la rainure de guidage Fixer le goniom tre sur les barres de guidage d de ma ni re avoir une distance s d environ 5 cm entre le dia phragme fente du co
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