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Vidéo de question : Détermination de l’énergie la plus élevée de rayons X émis par un atome Physique

Le schéma représente un atome du matériau utilisé comme cible dans un tube de Coolidge qui sert à générer des rayons X. Un électron émis par le faisceau d’électrons du tube peut éjecter un électron de la couche K ou de la couche L de l’atome. Laquelle des situations suivantes entraîne l’émission de photons de rayons X ayant l’énergie la plus élevée ? [A] l’éjection d’un électron de la couche L de l’atome [B] l’éjection d’un électron de la couche L de l’atome [C] L’énergie des photons des rayons X émis par l’atome est la même quel que soit l’électron éjecté. [D] L’énergie des photons des rayons X émis par l’atome dépend de l’énergie initiale de l’électron dans le faisceau ainsi que du type d’électron éjecté dans l’atome.

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Transcription de vidéo

Le schéma représente un atome du matériau utilisé comme cible dans un tube de Coolidge qui sert à générer des rayons X. Un électron émis par le faisceau d’électrons du tube peut éjecter un électron de la couche K ou de la couche L de l’atome. Laquelle des situations suivantes entraîne l’émission de photons de rayons X ayant l’énergie la plus élevée ? (A) l’éjection d’un électron de la couche L de l’atome (B) l’éjection d’un électron de la couche L de l’atome (C) L’énergie des photons des rayons X émis par l’atome est la même quel que soit l’électron éjecté. (D) L’énergie des photons des rayons X émis par l’atome dépend de l’énergie initiale de l’électron dans le faisceau ainsi que du type d’électron éjecté dans l’atome.

Nous avons réduit la longueur des propositions pour faire un peu de place. Et nous allons faire de même avec l’énoncé.

Alors, l’émission de photons de type rayon X met en jeu un processus appelé la transition électronique qui concerne les niveaux d’énergie. Une transition de niveaux d’énergie se produit lorsqu’un électron passe à d’un niveau d’énergie supérieur à un niveau inférieur ou d’un niveau d’énergie inférieur à un niveau supérieur. Lorsque cela se produit, la différence d’énergie entre les deux niveaux d’énergie est libérée sous forme de rayons X. L’énergie des photons des rayons X est égale à la différence entre le niveau d’énergie initial de l’électron et le niveau d’énergie final.

Donc si la différence entre les niveaux d’énergie des électrons est grande alors les photons émis auront une énergie élevée et si la différence est faible, les photons émis auront une énergie faible. Cela signifie qu’un électron qui passe d’un niveau d’énergie élevé à un niveau d’énergie intermédiaire va émettre des photons d’énergie plus faible que s’il était passé, par exemple, sur la couche L et cela s’explique par la différence entre les niveaux d’énergie.

Mais pour qu’une transition de niveau d’énergie puisse se produire, il faut qu’un électron de niveau d’énergie élevé ait une place disponible sur un niveau d’énergie inférieur. Pour cela, il faut qu’il existe un trou d’électron sur un niveau d’énergie inférieur. Ce trou d’électron peut être créé par un électron du faisceau d’électrons qui permet d’éjecter un électron de la couche K ou de la couche L. Alors, comme nous cherchons à déterminer l’énergie associée aux rayons X émis par l’atome, l’énergie initiale de l’électron du faisceau n’a pas d’importance et l’énergie de l’électron éjectée de l’atome non plus. Ces énergies sont importantes seulement pour le rayonnement continu de freinage, ou Bremsstrahlung, qui se produit à l’extérieur des atomes.

Seules les transitions de niveau d’énergie vont produire des photons de type rayons X depuis l’intérieur d’un atome, et c’est ce que nous cherchons à déterminer. Pour cette raison, la proposition (D) ne convient pas car elle mentionne l’énergie initiale du faisceau d’électrons et l’énergie de l’électron éjecté, ce qui n’est important que pour le Bremsstrahlung. La réponse que nous cherchons doit mentionner une transition de niveau d’énergie. Et pour cette raison, nous savons que la proposition (C) ne convient pas parce que l’énergie des photons des rayons X dépend de la différence entre le niveau d’énergie initial et final des électrons.

Si l’électron du faisceau éjecte un électron de la couche K, alors la différence d’énergie entre l’électron de niveau d’énergie élevé et la couche K est plus grande que si l’électron éjecte un électron de la couche L et que l’électron de niveau d’énergie élevé passe sur la couche L. La différence entre les niveaux d’énergie des photons émis n’est donc pas la même. Donc la proposition (C) ne convient pas.

Comme nous cherchons le photon de rayons X ayant l’énergie la plus élevée, il faut que l’électron se déplace entre deux niveaux d’énergie les plus éloignés pour avoir la plus grande énergie totale. Cela se produit lorsqu’un électron de niveau d’énergie élevé passe sur la couche K. La situation qui entraîne l’émission d’un photon de type rayons X avec l’énergie la plus élevée est donc celle où un électron de la couche K de l’atome est éjecté par l’électron du faisceau. La bonne réponse est la proposition (B).

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