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IUT MPh ROUEN 1997-98 - STATIQUE DES ... - Examen corrige

IMRT1 - 2007-2008 Corrigé partiel évaluation n°3 25/01/2008 ... 1) Pour que les raies K apparaissent dans le spectre de rayons X, il faut que l'énergie des ...




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IMRT1 - 2007-2008 Corrigé partiel évaluation n°3 25/01/2008
Cours ( 18 points )
QCM ( Indiquez sans justification pour chacune de ces affirmations si elle est vraie ou fausse) ( 6 pts )
Réponse exacte : 0,5 point ; réponse fausse : - 0,5 point ; pas de réponse : 0 point.
Pour que les raies K apparaissent dans le spectre de rayons X, il faut que l’énergie des électrons incidents soit :
Supérieure ou égale à l’énergie de liaison des électrons de la couche K
Inférieure à l’énergie de liaison des électrons de la couche K
Autre réponse à compléter…
Un tube de Coolidge :
Produit un faisceau X formé essentiellement d’électrons de freinage
Produit un faisceau X émis uniquement dans la direction perpendiculaire à la cible
Produit un faisceau X formé essentiellement de photons de freinage
Produit un spectre continu de raies X caractéristiques de l’élément cible.
Quand on augmente la tension appliquée d’un tube de Coolidge :
Le flux de rayons X augmente
Les rayons X produits sont plus pénétrants
La longueur d’onde minimum lðo des rayons émis augmente
Dans un tube de Coolidge, la puissance totale rayonnée:
Dépend plus de l intensité du courant d alimentation du tube que de la tension accélératrice
Est indépendante de la nature de l anticathode
Dépend de la forme de l anticathode
Questions et applications de cours  ( 12 pts )
Définir d’un point de vue énergétique ce qu’est  :
un dipôle récepteur
un dipôle générateur
Donner la relation reliant la puissance et l’énergie ( préciser les unités utilisés ) 
Comment procéder pour augmenter la puissance d’un transfert d’énergie ?
Dessiner et légender les arbres des puissances ( ou des énergies ) des dipôles suivants , et donner pour chacun d’eux la formule littérale définissant son rendement ( préciser clairement quelle est la puissance apportée et la puissance utile récupérée ):
Moteur électrique
Pile électrique
Tube de Coolidge
Un rayonnement polyénergétique constitué de deux raies X de longueurs d’onde  EMBED Equation.DSMT4  et  EMBED Equation.DSMT4 , de flux respectifs N1 et N2 est émis avec une puissance de rayonnement P = 2,5 W . Le flux N2 est le double du flux N1 .
Calculer les énergies E1 et E2 associées à  EMBED Equation.DSMT4  et  EMBED Equation.DSMT4  . Donner la relation littérale définissant la puissance émise P pour un tel rayonnement . Calculer alors N1, N2 et le flux total de photons X émis par ce rayonnement.
Exercices ( 22 points )
Exercice 1 : Electricité et chauffage ( 11 pts )
Pour le camping, on dispose de deux petites résistances chauffantes identiques. Celles-ci sont prévues pour délivrer une puissance nominale de 15 W quand elles sont alimentées par une batterie d’accumulateurs d'automobile ( de tension constante égale à 12 V ) . Quand on utilise une de ces résistances dans de telles conditions, quelle intensité de courant l’alimente ? En déduire sa résistance.
On veut comparer deux branchements des résistances étudiées au 2°) :
Branchement 1 : Les deux résistances branchées en série sont alimentées par la batterie
Branchement 2: Les deux résistances branchées en dérivation sont alimentées par la batterie
a- Représenter ces deux branchements.
b- Pour chaque branchement, déterminer ( dans l’ordre de votre choix ) : la tension aux bornes de chaque résistance chauffante, l’intensité du courant qui les parcourt, la puissance qu’elle absorbe ( flécher et nommer les grandeurs électriques étudiées ).
c- Pour chaque branchement, quelle est alors la puissance délivrée par la batterie d’accumulateurs ?
(Question indépendante ) on chauffe grâce à une des résistances vues auparavant ( délivrant une puissance de 15 W ) 0,20 litre d’eau contenu dans une petite casserole en aluminium de masse 120 g ( la capacité thermique massique de l’aluminium est CAl = 920 J.kg-1.K-1 et celle de l’eau Ceau = 4180 J.kg-1.K-1 ). La température de l’eau est de 18°C et on souhaite l’amener à 30°C.
a- Quelle chaleur doit-on fournir par effet Joule ( on suppose qu’il n’y a pas de pertes de chaleur dans l’air ambiant ) ?
b- En combien de temps atteint-on cette température ?

Exercice 2 : Production de rayons X ( 11 pts )
Un tube de Coolidge est alimenté par une tension de 75 kV et est traversé par un courant d'intensité I = 50 mA. Son anode est en tungstène .
Le spectre de rayons X produits par ce tube, le diagramme énergétique simplifié de l’atome de tungstène et les caractéristiques des métaux cités dans l’exercice sont fournis sur la feuille annexe.

a- Compléter le diagramme énergétique du tungstène pour y faire apparaître toutes les raies du spectre.
b- Calculer les énergies des raies K , les reporter sur le spectre ( en keV ) .
Déterminer et calculer ( en J et en keV ) l’énergie maximale du spectre continu , la reporter sur le spectre.
Calculer la puissance rayonnée PR pour un rendement rð = 0,9%.
Calculer l'élévation de température de la cible pendant la durée Dðt = 0,2 s d un examen en supposant qu'elle absorbe toute la chaleur dégagée.
( Caractéristiques géométriques de la cible : épaisseur = 2,0 mm ; Surface = 2,0 cm2 )
Quelle masse de cuivre devrait entourer la cible pour limiter l'élévation de température à 50 °C ?
Calculer le rendement rð' et la puissance rayonnée PR pour une tension U' = 50 kV, un courant d'intensité I' = 30 mA et avec une anticathode de molybdène de même géométri
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