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Le graphique montre l’intensité relative des rayons X dans un spectre de rayons X de différentes énergies de photons. Lequel des mécanismes suivants pourrait entraîner l’apparition de fines raies dans le spectre des rayons X produit en raison d’un faisceau d’électrons frappant une cible? Est-ce dû à (A) l’accélération des électrons libres? (B) La décélération des électrons libres. (C) Les électrons à haute énergie dans les atomes cibles en cours d’éjection. (D) Electrons à faible énergie dans les atomes cibles en cours d’éjection. Ou des électrons (E) à haute énergie dans les atomes cibles en cours d’excitation.
Lorsque des photons à rayons X sont produits en raison d’un faisceau d’électrons frappant une cible, comme ce qui se passe dans un tube de Coolidge, le mécanisme par lequel ces rayons X sont produits repose sur les électrons qui frappent la cible et ralentissent, l’apparition de ces rayons X dépend ainsi de la décélération de ces électrons libres lorsqu’ils frappent la cible, pas de l’accélération. Cependant, nous ne cherchons pas la production générale de rayons X. Nous recherchons la production de rayons X qui créent ces fines raies dans un spectre de rayons X. Ces fines raies sont appelées raies caractéristiques et sont produites par un processus appelé transition de niveau d’énergie.
Le reste du spectre, qui forme cette raie lisse, est produit à partir de Bremsstrahlung. Bremsstrahlung, ou rayonnement de freinage, est ainsi appelé car chaque fois qu’un électron ralentit ou se brise, il peut produire des photons à rayons X. Ainsi, la décélération des électrons libres se réfère généralement plus à Bremsstrahlung, qui produira la raie lisse plutôt que les raies caractéristiques que nous recherchons. Donc (B) n’est pas la bonne réponse. Pour voir laquelle de ces autres réponses est correcte, nous allons examiner de plus près la transition du niveau d’énergie. Mais avant de le faire, libérons de l’espace. Nous allons garder seulement la dernière ligne de la question et raccourcir les réponses restantes. Nous avons également supprimé les réponses (A) et (B) puisque nous les avons déjà éliminées.
Alors, des raies caractéristiques apparaissent dans les spectres de rayons X en raison de la transition du niveau d’énergie. Une transition de niveau d’énergie se produit lorsqu’un électron dans un faisceau d’électrons frappe non seulement la cible mais spécifiquement l’un des électrons à l’intérieur de l’un des atomes cibles. Cet électron du faisceau d’électrons arrive à une vitesse très élevée, il frappe alors l’un des électrons présents dans l’atome cible, il peut le faire s’échapper complètement, laissant un espace vide qui doit être rempli. Pour le remplir, l’un des électrons d’un niveau d’énergie supérieur, déjà dans l’atome cible, passe à un niveau d’énergie plus bas, libérant un photon de rayons X dans le processus.
Ainsi, pour qu’une transition de niveau d’énergie se produise, un électron de niveau d’énergie inférieur doit être éjecté car il est nécessaire qu’un électron de niveau d’énergie supérieur passe à un niveau d’énergie plus bas, produisant un photon et prenant sa place. Si, au lieu d’un électron de bas niveau d’énergie, un électron de haut niveau d’énergie était éjecté, alors il y aurait toujours un vide. Mais il n’y aurait pas d’électron de niveau d’énergie supérieur qui passera à un niveau d’énergie plus bas pour le remplir, ce qui signifie qu’aucun photon ne serait produit, et donc pas de rayons X. Donc, les raies caractéristiques ne sont pas des éjections d’électrons de haut niveau d’énergie, ni des excitations d’électrons de haut niveau d’énergie, puisque la seule façon d’exciter un électron de haut niveau d’énergie se fait avec un photon incident, pas un faisceau d’électron le frappant.
Ainsi, le mécanisme qui produirait ces raies minces, ou raies caractéristiques, du spectre des rayons X est une transition de niveau d’énergie dans laquelle un électron incident frappe l’un des électrons de niveau d’énergie inférieur, l’éjectant de l’atome. La réponse est donc (D) éjection d’électrons de bas niveau d’énergie.
