QCM : Physique des rayons X (40 questions)

Question 1

1. Après l’amélioration des tubes par Crookes, quelle interprétation Thomson donne-t-il en 1897 des rayons cathodiques ?

Des rayons X émis par la paroi de verre du tube

Des ondes lumineuses produites par le gaz du tube

Des flux d’électrons allant de la cathode vers l’anode

Des ions allant de l’anode vers la cathode

Explication

Thomson comprend que les rayons cathodiques sont des électrons qui quittent la cathode et sont attirés par l’anode. Les rayons X de la paroi, la lumière du gaz et les ions inversés correspondent à des interprétations différentes.

Answer

Des flux d’électrons allant de la cathode vers l’anode

Question 2

2. Dans une expérience autour d’un tube, un rayonnement sort du tube, se propage assez loin dans l’air et provoque une fluorescence. Quelle conclusion distingue ce rayonnement des rayons cathodiques ?

Il s’agit de rayons X, capables de se propager loin dans l’air

Il s’agit de rayons X, qui restent confinés à l’intérieur du tube

Il s’agit d’électrons cathodiques, qui sortent du tube et provoquent la fluorescence

Il s’agit d’électrons cathodiques, capables de se propager loin dans l’air

Explication

Röntgen distingue les rayons X des électrons cathodiques parce que les premiers sortent du tube et parcourent une distance importante dans l’air. Confondre les deux rayonnements ou supposer que les rayons X restent dans le tube méconnaît cette distinction.

Answer

Il s’agit de rayons X, capables de se propager loin dans l’air

Question 3

3. Dans un tube, des électrons issus de la cathode frappent la paroi de verre et un rayonnement inconnu impressionne une plaque photographique. Quelle interprétation correspond aux observations de Röntgen ?

La paroi de verre frappée produit des électrons, nommés ainsi car inconnus

La paroi de verre frappée produit des rayons X, nommés ainsi car inconnus

La plaque photographique produit des rayons X, peu absorbés par le verre

La cathode produit des rayons X, dont l’absorption augmente avec le numéro atomique

Explication

Röntgen nomme « X » ces rayons inconnus et situe leur production dans la paroi de verre frappée par les électrons; ils peuvent impressionner une plaque. Attribuer leur production à la cathode ou à la plaque confond l’origine du rayonnement, tandis que les électrons ne sont pas les rayons X.

Answer

La paroi de verre frappée produit des rayons X, nommés ainsi car inconnus

Question 4

4. Une équipe réalise une radiographie dentaire deux semaines après la découverte de Röntgen. Quel temps de pose correspond à cette première application ?

25 minutes

14 jours

2 minutes

2 heures

Explication

La première radiographie dentaire est réalisée deux semaines après la découverte, avec un temps de pose de 25 minutes. Les deux semaines désignent le délai après la découverte, et non la durée de l’exposition.

Answer

25 minutes

Question 5

5. Un praticien anciennement exposé de façon excessive aux rayons X souffre de lésions cutanées aux mains; d’autres praticiens ont subi des amputations ou sont morts de cancers. Quel phénomène explique ces dommages ?

Les lésions causées par la vitre plombée de protection

Les effets de la fluorescence émise par les matériaux

Les brûlures dues à la chaleur produite par le tube

Les effets nocifs d’expositions excessives aux rayons X

Explication

Les expositions excessives aux rayons X ont causé des radiodermites, des amputations des mains et des décès dus à des cancers. Les brûlures thermiques, la fluorescence et la vitre plombée ne rendent pas compte de ces dommages liés aux radiations.

Answer

Les effets nocifs d’expositions excessives aux rayons X

Question 6

6. Une clinique veut réduire l’exposition du praticien pendant les examens radiologiques. Quelle organisation reprend les mesures de radioprotection mises en place ?

Fait utiliser l’appareil à proximité et place le praticien derrière une vitre ordinaire

Place le patient derrière une vitre plombée et maintient l’opérateur près du tube

Place le praticien derrière une vitre plombée mais utilise l’appareil à proximité

Fait utiliser l’appareil à distance et place le praticien derrière une vitre plombée

Explication

La radioprotection repose notamment sur des appareils utilisables à distance et sur le placement du praticien derrière une vitre plombée. Placer le patient derrière l’écran, choisir une vitre ordinaire ou rester près du tube ne reprend pas ces mesures.

Answer

Fait utiliser l’appareil à distance et place le praticien derrière une vitre plombée

Question 7

7. Dans une onde électromagnétique, quelle relation existe entre les champs électrique et magnétique qui oscillent ?

Ils sont parallèles et oscillent en opposition de phase.

Ils sont perpendiculaires et oscillent en phase.

Ils sont parallèles et oscillent en phase.

Ils sont perpendiculaires et oscillent en opposition de phase.

Explication

Une onde électromagnétique est due à des champs électrique et magnétique perpendiculaires qui oscillent en phase. L’opposition de phase inverse la relation de phase, tandis que les champs parallèles contredisent leur orientation perpendiculaire.

Answer

Ils sont perpendiculaires et oscillent en phase.

Question 8

8. Une onde électromagnétique se propage dans le vide entre deux points séparés de $600\ \mathrm{m}$ . Quelle durée met-elle environ pour parcourir cette distance ?

Environ

2\ \mathrm{ms}

.

Environ

2\ \mathrm{\mu s}

.

Environ

2\times10^3\ \mathrm{s}

.

Environ

5\times10^5\ \mathrm{s}

.

Explication

Dans le vide, la vitesse est environ $3\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}$ , donc $t=d/c=600/(3\times10^8)=2\times10^{-6}\ \mathrm{s}$ , soit $2\ \mathrm{\mu s}$ . Les millisecondes correspondent à une erreur d’échelle, et les grands résultats proviennent d’une inversion ou d’une mauvaise conversion de la vitesse.

Answer

Environ $$2\ \mathrm{\mu s}$$.

Question 9

9. Une onde sinusoïdale a une période de $4\ \mathrm{ms}$ . Quelle est sa fréquence ?

4\ \mathrm{Hz}

.

0{,}004\ \mathrm{Hz}

.

250\ \mathrm{Hz}

.

4000\ \mathrm{Hz}

.

Explication

La fréquence vérifie $f=1/T$ . Avec $T=0{,}004\ \mathrm{s}$ , on obtient $f=250\ \mathrm{Hz}$ ; $4\ \mathrm{Hz}$ confond période et fréquence, tandis que les autres valeurs résultent d’erreurs de conversion des millisecondes.

Answer

$$250\ \mathrm{Hz}$$.

Question 10

10. Dans la description corpusculaire, sous quelle forme peut-on représenter une onde électromagnétique ?

Comme un flux de particules sonores en déplacement.

Comme un flux d’oscillations électriques immobiles.

Comme un flux de photons en déplacement.

Comme un flux d’électrons en déplacement.

Explication

La description corpusculaire représente une onde électromagnétique comme un flux de particules en déplacement appelées photons. Les oscillations des champs relèvent de la description ondulatoire, tandis que les particules sonores et les électrons ne sont pas les photons.

Answer

Comme un flux de photons en déplacement.

Question 11

11. Un photon appartient à une onde de fréquence $6{,}0\times10^{14}\ \mathrm{Hz}$ . Quelle est son énergie, avec $h=6{,}62\times10^{-34}\ \mathrm{J\,s}$ ?

3{,}97\times10^{-19}\ \mathrm{J}

.

9{,}06\times10^{47}\ \mathrm{J}

.

3{,}97\times10^{-20}\ \mathrm{J}

.

1{,}66\times10^{-15}\ \mathrm{J}

.

Explication

L’énergie est donnée par $E=hf$ : $6{,}62\times10^{-34}\times6{,}0\times10^{14}=3{,}97\times10^{-19}\ \mathrm{J}$ . Diviser par $h$ inverse la formule ; les autres valeurs proviennent d’erreurs sur la puissance de dix ou de l’emploi de la période à la place de la fréquence.

Answer

$$3{,}97\times10^{-19}\ \mathrm{J}$$.

Question 12

12. Pour comparer différentes ondes électromagnétiques, quels critères de classement peuvent être utilisés ?

La longueur d’onde, l’amplitude ou la vitesse

La longueur d’onde, la période ou la fréquence

La fréquence, la vitesse ou l’énergie

La période, l’énergie ou l’amplitude

Explication

La classification peut se faire selon la longueur d’onde, la période ou la fréquence. L’amplitude et l’énergie ne font pas partie des critères énoncés pour ce classement.

Answer

La longueur d’onde, la période ou la fréquence

Question 13

13. Une onde électromagnétique a une longueur d’onde de $5\times10^{-9}$ m. Dans quelle région du spectre se situe-t-elle, d’après sa position entre les rayons gamma et les ultraviolets ?

Dans la gamme des ultraviolets

Dans la gamme des rayons gamma

Dans la gamme de l’infrarouge

Dans la gamme des rayons X

Explication

Les rayons X occupent environ la gamme de $10^{-11}$ à $10^{-8}$ m, entre les rayons gamma et les ultraviolets. Les ultraviolets et l’infrarouge se situent ailleurs dans le spectre, tandis que les rayons gamma ont des longueurs d’onde plus courtes.

Answer

Dans la gamme des rayons X

Question 14

14. Deux rayons X sont comparés : le premier a une longueur d’onde de 0,02 nm et le second de 0,08 nm. Lequel transporte les photons les plus énergétiques ?

Aucun, car leur énergie ne dépend pas de la longueur d’onde

Le premier, de longueur d’onde plus courte

Les deux, à énergie égale

Le second, de longueur d’onde plus longue

Explication

L’énergie des photons augmente lorsque la longueur d’onde diminue : le rayon de 0,02 nm est donc le plus énergétique. L’égalité des énergies néglige la différence de longueur d’onde, et une longueur d’onde plus grande correspond ici à une énergie plus faible.

Answer

Le premier, de longueur d’onde plus courte

Question 15

15. Dans un tube de Crookes, quelle suite d’événements conduit à la production de rayons X ?

Les électrons ionisent le gaz, puis les ions positifs vont vers l’anode

Un filament chauffé libère des électrons, qui vont ensuite vers l’anode

Le gaz est ionisé, les ions positifs frappent la cathode, puis les électrons vont vers l’anode

Le gaz est ionisé, les ions positifs frappent l’anode, puis les électrons vont vers la cathode

Explication

Dans le tube de Crookes, la forte tension ionise le gaz raréfié; les ions positifs frappent la cathode et en libèrent des électrons, accélérés ensuite vers l’anode où sont produits les rayons X. L’impact des ions sur l’anode inverse leur destination, et le chauffage d’un filament caractérise le tube de Coolidge.

Answer

Le gaz est ionisé, les ions positifs frappent la cathode, puis les électrons vont vers l’anode

Question 16

16. Dans un tube de Coolidge, une cathode chauffée par un courant libère des électrons. Quel mécanisme explique leur émission avant leur accélération vers l’anode ?

L’agitation thermique du filament de tungstène provoque une émission thermoïonique

La tension anode-cathode chauffe le filament et éjecte les électrons

L’ionisation du gaz raréfié produit les électrons près de la cathode

Le bombardement de la cathode par des ions positifs libère les électrons

Explication

Dans un tube de Coolidge, le courant chauffe le filament de tungstène et son agitation thermique libère des électrons par effet thermoïonique. Le bombardement ionique décrit le tube de Crookes, tandis que la tension sert à accélérer les électrons vers l’anode.

Answer

L’agitation thermique du filament de tungstène provoque une émission thermoïonique

Question 17

17. Un opérateur veut augmenter le nombre d’électrons atteignant l’anode sans modifier l’énergie fournie à chacun. Quel réglage convient ?

Augmenter le courant de chauffage du filament

Diminuer le courant de chauffage du filament

Diminuer la tension entre l’anode et la cathode

Augmenter la tension entre l’anode et la cathode

Explication

Le courant de chauffage augmente la température du filament et le nombre d’électrons libérés; la tension anode-cathode règle plutôt l’énergie fournie aux électrons. Modifier la tension agit donc sur l’énergie, tandis que réduire le chauffage diminue le nombre d’électrons émis.

Answer

Augmenter le courant de chauffage du filament

Question 18

18. Un tube à rayons X fonctionne sous une tension de $50\,\text{kV}$ . En utilisant $E_{\max}=eU$ et $\lambda_{\min}=\frac{hc}{eU}$ , quelle conclusion décrit correctement l’effet d’une hausse de cette tension ?

L’énergie maximale augmente et la longueur d’onde minimale diminue

L’énergie maximale diminue et la longueur d’onde minimale diminue

L’énergie maximale augmente et la longueur d’onde minimale augmente

L’énergie maximale diminue et la longueur d’onde minimale augmente

Explication

Comme $E_{\max}=eU$ , l’énergie maximale croît avec la tension; comme $\lambda_{\min}=\frac{hc}{eU}$ , la longueur d’onde minimale décroît quand la tension augmente. Les réponses qui font varier ces grandeurs dans le sens inverse confondent proportionnalité directe et inverse.

Answer

L’énergie maximale augmente et la longueur d’onde minimale diminue

Question 19

19. Quels sont les deux mécanismes à l’origine de la production des rayons X dans l’anode ?

Le rayonnement de freinage et la diffusion Compton

Le rayonnement thermique et le rayonnement de fluorescence

L’effet photoélectrique et le rayonnement thermique

Le rayonnement de freinage et le rayonnement de fluorescence

Explication

La production des rayons X dans l’anode repose sur le freinage des électrons incidents et sur la fluorescence liée aux atomes de la cible. L’émission thermique, la diffusion Compton et l’effet photoélectrique ne constituent pas les deux mécanismes indiqués.

Answer

Le rayonnement de freinage et le rayonnement de fluorescence

Question 20

20. Dans une cible de tungstène, un électron incident passe près d’un noyau positif, voit sa trajectoire et son énergie cinétique modifiées, puis un photon est émis. Quel mécanisme produit ce photon ?

Le rayonnement de fluorescence

L’émission thermique

Le rayonnement de freinage

L’absorption photoélectrique

Explication

Le rayonnement de freinage résulte de la déviation de l’électron incident par un noyau positif, qui modifie son énergie cinétique et s’accompagne de l’émission d’un photon. La fluorescence implique plutôt des transitions entre couches électroniques; l’absorption photoélectrique et l’émission thermique ne décrivent pas ce mécanisme.

Answer

Le rayonnement de freinage

Question 21

21. Dans une anode, un électron incident éjecte un électron d’une couche interne; un électron d’une couche supérieure prend sa place et un photon est émis. De quel mécanisme s’agit-il ?

Du rayonnement de fluorescence

Du rayonnement de freinage

De l’annihilation électron-positon

De l’émission thermique

Explication

La fluorescence provient du réarrangement des électrons entre couches atomiques après l’excitation des électrons internes, avec émission de photons parfois en cascade. Le freinage, lui, vient de la déviation des électrons incidents par les noyaux; l’annihilation et l’émission thermique ne correspondent pas à cette transition.

Answer

Du rayonnement de fluorescence

Question 22

22. Pour choisir une gamme d’énergie adaptée aux photons utiles en mammographie, quelle énergie maximale approximative faut-il retenir ?

Environ 140 à 150 keV

Environ 60 à 80 keV

Environ 10 à 20 keV

Environ 30 à 40 keV

Explication

Les photons utiles à l’imagerie mammographique ont une énergie maximale d’environ 30 à 40 keV. Les valeurs plus élevées correspondent à des gammes énergétiques supérieures, tandis que 10 à 20 keV ne représente pas la plage maximale indiquée.

Answer

Environ 30 à 40 keV

Question 23

23. Un opérateur augmente la tension d’alimentation d’un tube à rayons X. Quelle évolution du spectre doit-il prévoir ?

L’énergie maximale diminue et le spectre se resserre vers les basses énergies

Les photons de faible énergie sont atténués et la forme transmise change

Le nombre de photons augmente sans déplacement de l’énergie maximale

L’énergie maximale augmente et le spectre s’étend vers les énergies élevées

Explication

L’augmentation de la tension d’alimentation accroît l’énergie maximale du spectre, qui s’étend alors vers les énergies plus élevées. L’augmentation du nombre de photons sans déplacement du maximum relève du mAs; l’atténuation préférentielle des faibles énergies relève d’un filtre.

Answer

L’énergie maximale augmente et le spectre s’étend vers les énergies élevées

Question 24

24. À tension constante, un manipulateur double le mAs. Quel changement observe-t-il sur le spectre ?

Les photons de faible énergie sont atténués, modifiant la forme du spectre

L’énergie maximale augmente, sans changement du nombre de photons

Le nombre de photons augmente, sans déplacement de l’énergie maximale

Le nombre de photons diminue, sans déplacement de l’énergie maximale

Explication

À tension constante, doubler le mAs augmente le nombre de photons du spectre, mais ne déplace pas son énergie maximale. Une hausse du kV modifie notamment cette énergie maximale, tandis qu’un filtre atténue préférentiellement les photons de faible énergie.

Answer

Le nombre de photons augmente, sans déplacement de l’énergie maximale

Question 25

25. Un filtre est placé à la sortie d’un tube à rayons X. Quel effet produit-il sur le spectre transmis ?

Il atténue préférentiellement les photons de faible énergie et modifie la forme du spectre

Il atténue préférentiellement les photons de haute énergie et modifie la forme du spectre

Il accroît l’énergie maximale et étend le spectre vers les hautes énergies

Il augmente uniformément le nombre de photons sans modifier la forme du spectre

Explication

Un filtre absorbe davantage les photons de faible énergie, ce qui transforme la forme du spectre transmis. Une hausse de l’énergie maximale relève de la tension; l’atténuation préférentielle des hautes énergies et l’augmentation uniforme du nombre de photons ne décrivent pas l’effet du filtre.

Answer

Il atténue préférentiellement les photons de faible énergie et modifie la forme du spectre

Question 26

26. Un faisceau contenant $N(0)$ photons traverse une épaisseur $x$ d’un matériau de coefficient linéique $\mu$ . Quelle expression donne le nombre de photons transmis ?

N(0)e^{-x/\mu}

N(0)(1-\mu x)

N(0)e^{-\mu x}

N(0)e^{\mu x}

Explication

L’atténuation suit une loi exponentielle décroissante, $N(x)=N(0)e^{-\mu x}$ . Un exposant positif ferait croître le nombre de photons, une loi linéaire n’est pas la loi d’atténuation, et $x/\mu$ inverse le rôle du coefficient.

Answer

$$N(0)e^{-\mu x}$$

Question 27

27. Dans une expérience, la quantité de photons passe de sa valeur initiale à la moitié après avoir parcouru une certaine distance dans un milieu. Que représente cette distance ?

La couche de demi-atténuation

La portée d’absorption complète

L’épaisseur d’atténuation arbitraire

La couche de quart-atténuation

Explication

La couche de demi-atténuation est la distance après laquelle le nombre de photons est divisé par deux. Une réduction d’un quart correspond à une autre fraction, tandis que l’absorption complète et une baisse quelconque ne définissent pas la CDA.

Answer

La couche de demi-atténuation

Question 28

28. Un matériau possède un coefficient d’atténuation linéique $\mu=0{,}35\ \mathrm{cm}^{-1}$ . Quelle relation permet de déterminer sa couche de demi-atténuation ?

\mathrm{CDA}=\frac{1}{\mu}

\mathrm{CDA}=\mu\ln 2

\mathrm{CDA}=\frac{\mu}{\ln 2}

\mathrm{CDA}=\frac{\ln 2}{\mu}

Explication

La relation est $\mathrm{CDA}=\frac{\ln 2}{\mu}$ , ce qui montre que la CDA diminue lorsque $\mu$ augmente. Inverser le rapport, supprimer $\ln 2$ ou le placer en facteur donne des relations différentes.

Answer

$$\mathrm{CDA}=\frac{\ln 2}{\mu}$$

Question 29

29. À énergie de photons identique, on compare deux matériaux dont les numéros atomiques sont différents. Quelle conclusion concernant leur coefficient d’atténuation linéique est justifiée ?

Le coefficient reste identique pour les deux matériaux

Le coefficient dépend de la masse volumique à numéro atomique égal

Le coefficient dépend de l’énergie, même si elle est fixée

Le coefficient dépend du numéro atomique du matériau

Explication

À énergie fixée, le coefficient d’atténuation linéique dépend du numéro atomique du matériau traversé. La masse volumique intervient dans la définition du coefficient massique, tandis qu’une énergie fixée ne peut expliquer ici une différence entre matériaux.

Answer

Le coefficient dépend du numéro atomique du matériau

Question 30

30. Pour comparer les propriétés d’atténuation de deux milieux de masses volumiques différentes, quelle grandeur obtient-on en rapportant le coefficient linéique à la masse volumique du milieu ?

Le rapport volumique d’atténuation

Le produit massique d’atténuation

Le coefficient massique d’atténuation

Le coefficient linéique d’atténuation

Explication

Le coefficient massique d’atténuation est défini comme le coefficient linéique rapporté à la masse volumique. Le coefficient linéique n’est pas cette grandeur normalisée, et multiplier ou inverser le rapport ne correspond pas à sa définition.

Answer

Le coefficient massique d’atténuation

Question 31

31. Pour un milieu de masse volumique $2\,\text{g/cm}^3$ et un coefficient linéique d’atténuation de $0{,}8\,\text{cm}^{-1}$ , quelle est la valeur du coefficient massique d’atténuation ?

0{,}8\,\text{cm}^{-1}

2{,}5\,\text{cm}^2/\text{g}

1{,}6\,\text{cm}^2/\text{g}

0{,}4\,\text{cm}^2/\text{g}

Explication

Le coefficient massique est $\mu/\rho$ , donc $0{,}8/2=0{,}4\,\text{cm}^2/\text{g}$ . Le produit donne $1{,}6$ , l’inversion donne $2{,}5$ , et $0{,}8\,\text{cm}^{-1}$ est le coefficient linéique.

Answer

$$0{,}4\,\text{cm}^2/\text{g}$$

Question 32

32. Lors d’une interaction, un photon change de direction sans changer d’énergie. Comment cette diffusion est-elle classée ?

Une création de paires

Une diffusion élastique

Une diffusion inélastique

Une absorption photoélectrique

Explication

Une diffusion élastique modifie éventuellement la trajectoire, mais ne change pas l’énergie. La diffusion inélastique implique une variation d’énergie, tandis que l’absorption photoélectrique et la création de paires désignent d’autres types d’interaction.

Answer

Une diffusion élastique

Question 33

33. En mammographie, des photons diffusés par interaction Thomson-Rayleigh atteignent le détecteur. Quel effet peuvent-ils produire sur l’image ?

Un flou, car ils gardent leur énergie et sont déviés

Une image inchangée, car leur trajectoire reste inchangée

Une baisse d’énergie, car ils sont absorbés par le milieu

Une disparition du signal, car ils sont entièrement absorbés

Explication

La diffusion Thomson-Rayleigh est élastique : les photons diffusés conservent leur énergie, mais leur changement de direction peut brouiller l’image au détecteur. Une baisse d’énergie confond cette diffusion avec une interaction inélastique, et l’absorption complète ou l’absence de déviation ne correspondent pas à cet effet.

Answer

Un flou, car ils gardent leur énergie et sont déviés

Question 34

34. Lors d’une interaction photoélectrique, quelle séquence décrit les deux phases qui suivent l’arrivée du photon ?

Éjection d’un photoélectron, puis désexcitation avec émission d’un photon de fluorescence ou d’un électron Auger

Émission d’un photon de fluorescence, puis absorption du photon incident par l’atome

Diffusion du photon incident, puis éjection d’un photoélectron sans désexcitation

Éjection d’un électron Auger, puis absorption complète du photon incident

Explication

L’absorption du photon éjecte d’abord un photoélectron ; la désexcitation ultérieure produit un photon de fluorescence ou un électron Auger. L’émission de fluorescence avant l’absorption inverse les phases, tandis que l’électron Auger n’est pas l’électron éjecté lors de la première phase.

Answer

Éjection d’un photoélectron, puis désexcitation avec émission d’un photon de fluorescence ou d’un électron Auger

Question 35

35. Un photon incident provoque un effet photoélectrique dans un tissu : quel bilan énergétique décrit cette interaction ?

Le photon disparaît et transfère toute son énergie à un électron

Le photon conserve son énergie et change de direction

Le photon transfère une partie de son énergie et ressort moins énergétique

Le photon partage son énergie entre deux photons émergents

Explication

Dans l’effet photoélectrique, le photon incident est complètement absorbé et toute son énergie est transférée à un électron. Un transfert partiel avec photon émergent correspond plutôt à la diffusion Compton, tandis qu’un photon réorienté sans perte d’énergie relève d’une diffusion élastique.

Answer

Le photon disparaît et transfère toute son énergie à un électron

Question 36

36. Dans un milieu, un photon de haute énergie arrache un électron et ressort avec une énergie plus faible : quelle interaction a eu lieu ?

Une diffusion Compton

Une création de paires

Une diffusion élastique de Rayleigh

Une absorption photoélectrique

Explication

La diffusion Compton est inélastique : le photon cède une partie de son énergie à un électron, puis ressort moins énergétique. L’absorption photoélectrique fait disparaître le photon, tandis que la diffusion élastique conserve son énergie et que la création de paires produit un électron et un positon.

Answer

Une diffusion Compton

Question 37

37. Un photon incident d’énergie 1,20 MeV rencontre un noyau ; quelle production peut se produire si la condition énergétique est satisfaite ?

Un électron et un photon de 511 keV au voisinage du noyau

Un électron et un positon au voisinage du noyau

Deux électrons au voisinage du noyau

Un positon et un photon de fluorescence au voisinage du noyau

Explication

La création de paires est possible lorsque l’énergie du photon dépasse 1,022 MeV et elle produit un électron et un positon au voisinage d’un noyau. Le seuil est ici franchi ; les photons de 511 keV apparaissent lors de l’annihilation ultérieure du positon, et non comme produit de la création de paires.

Answer

Un électron et un positon au voisinage du noyau

Question 38

38. Après son ralentissement dans un milieu, que produit l’annihilation d’un positon avec un électron ?

Deux photons de 1,022 MeV émis à 180° l’un de l’autre

Un photon de 1,022 MeV émis avec un électron

Deux photons de 511 keV émis dans la même direction

Deux photons de 511 keV émis à 180° l’un de l’autre

Explication

Après avoir été freiné, le positon s’annihile avec un électron du milieu et produit deux photons de 511 keV émis en directions opposées, à 180°. L’énergie de 1,022 MeV est répartie entre les deux photons ; elle ne correspond pas à l’énergie de chacun.

Answer

Deux photons de 511 keV émis à 180° l’un de l’autre

Question 39

39. Un physicien veut déterminer, pour différentes énergies de photons et différentes cibles, quelle interaction prédomine. Quelles variables doit-il croiser sur le graphe de prédominance ?

L’énergie des photons et le numéro atomique de la cible

Le numéro atomique de la cible et la distance au détecteur

L’énergie des photons et la masse volumique de la cible

L’intensité du faisceau et l’épaisseur de la cible

Explication

Le graphe compare la prédominance des effets photoélectrique, Compton et de matérialisation selon l’énergie des photons et le numéro atomique de la cible. L’intensité et l’épaisseur, la masse volumique ou la distance au détecteur ne sont pas les deux variables représentées.

Answer

L’énergie des photons et le numéro atomique de la cible

Question 40

40. Dans une expérience d’imagerie, la plupart des photons perdent de l’énergie lors de leurs interactions avec la matière. Quelle conséquence cela a-t-il sur le faisceau au fil de sa traversée ?

Le faisceau s’atténue uniquement par diffusion vers les détecteurs

Chaque photon émergent conserve l’énergie du photon incident

Le faisceau s’atténue progressivement dans la matière

Le faisceau gagne progressivement de l’énergie dans la matière

Explication

Dans la quasi-totalité des interactions considérées, le photon émergent est moins énergétique que le photon incident, ce qui contribue à l’atténuation progressive du faisceau. La diffusion vers les détecteurs concerne le brouillage de l’image, tandis que la conservation ou l’augmentation de l’énergie ne décrit pas le phénomène indiqué.

Answer

Le faisceau s’atténue progressivement dans la matière

QCM : Physique des rayons X (40 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Après l’amélioration des tubes par Crookes, quelle interprétation Thomson donne-t-il en 1897 des rayons cathodiques ?

2. Dans une expérience autour d’un tube, un rayonnement sort du tube, se propage assez loin dans l’air et provoque une fluorescence. Quelle conclusion distingue ce rayonnement des rayons cathodiques ?

3. Dans un tube, des électrons issus de la cathode frappent la paroi de verre et un rayonnement inconnu impressionne une plaque photographique. Quelle interprétation correspond aux observations de Röntgen ?

4. Une équipe réalise une radiographie dentaire deux semaines après la découverte de Röntgen. Quel temps de pose correspond à cette première application ?

5. Un praticien anciennement exposé de façon excessive aux rayons X souffre de lésions cutanées aux mains; d’autres praticiens ont subi des amputations ou sont morts de cancers. Quel phénomène explique ces dommages ?

6. Une clinique veut réduire l’exposition du praticien pendant les examens radiologiques. Quelle organisation reprend les mesures de radioprotection mises en place ?

7. Dans une onde électromagnétique, quelle relation existe entre les champs électrique et magnétique qui oscillent ?

8. Une onde électromagnétique se propage dans le vide entre deux points séparés de 600 m600\ \mathrm{m}600 m. Quelle durée met-elle environ pour parcourir cette distance ?

9. Une onde sinusoïdale a une période de 4 ms4\ \mathrm{ms}4 ms. Quelle est sa fréquence ?

10. Dans la description corpusculaire, sous quelle forme peut-on représenter une onde électromagnétique ?

11. Un photon appartient à une onde de fréquence 6,0×1014 Hz6{,}0\times10^{14}\ \mathrm{Hz}6,0×1014 Hz. Quelle est son énergie, avec h=6,62×10−34 J sh=6{,}62\times10^{-34}\ \mathrm{J\,s}h=6,62×10−34 Js ?

12. Pour comparer différentes ondes électromagnétiques, quels critères de classement peuvent être utilisés ?

13. Une onde électromagnétique a une longueur d’onde de 5×10−95\times10^{-9}5×10−9 m. Dans quelle région du spectre se situe-t-elle, d’après sa position entre les rayons gamma et les ultraviolets ?

14. Deux rayons X sont comparés : le premier a une longueur d’onde de 0,02 nm et le second de 0,08 nm. Lequel transporte les photons les plus énergétiques ?

15. Dans un tube de Crookes, quelle suite d’événements conduit à la production de rayons X ?

16. Dans un tube de Coolidge, une cathode chauffée par un courant libère des électrons. Quel mécanisme explique leur émission avant leur accélération vers l’anode ?

17. Un opérateur veut augmenter le nombre d’électrons atteignant l’anode sans modifier l’énergie fournie à chacun. Quel réglage convient ?

18. Un tube à rayons X fonctionne sous une tension de 50 kV50\,\text{kV}50kV. En utilisant Emax⁡=eUE_{\max}=eUEmax​=eU et λmin⁡=hceU\lambda_{\min}=\frac{hc}{eU}λmin​=eUhc​, quelle conclusion décrit correctement l’effet d’une hausse de cette tension ?

19. Quels sont les deux mécanismes à l’origine de la production des rayons X dans l’anode ?

20. Dans une cible de tungstène, un électron incident passe près d’un noyau positif, voit sa trajectoire et son énergie cinétique modifiées, puis un photon est émis. Quel mécanisme produit ce photon ?

21. Dans une anode, un électron incident éjecte un électron d’une couche interne; un électron d’une couche supérieure prend sa place et un photon est émis. De quel mécanisme s’agit-il ?

22. Pour choisir une gamme d’énergie adaptée aux photons utiles en mammographie, quelle énergie maximale approximative faut-il retenir ?

23. Un opérateur augmente la tension d’alimentation d’un tube à rayons X. Quelle évolution du spectre doit-il prévoir ?

24. À tension constante, un manipulateur double le mAs. Quel changement observe-t-il sur le spectre ?

25. Un filtre est placé à la sortie d’un tube à rayons X. Quel effet produit-il sur le spectre transmis ?

26. Un faisceau contenant N(0)N(0)N(0) photons traverse une épaisseur xxx d’un matériau de coefficient linéique μ\muμ. Quelle expression donne le nombre de photons transmis ?

27. Dans une expérience, la quantité de photons passe de sa valeur initiale à la moitié après avoir parcouru une certaine distance dans un milieu. Que représente cette distance ?

28. Un matériau possède un coefficient d’atténuation linéique μ=0,35 cm−1\mu=0{,}35\ \mathrm{cm}^{-1}μ=0,35 cm−1. Quelle relation permet de déterminer sa couche de demi-atténuation ?

29. À énergie de photons identique, on compare deux matériaux dont les numéros atomiques sont différents. Quelle conclusion concernant leur coefficient d’atténuation linéique est justifiée ?

30. Pour comparer les propriétés d’atténuation de deux milieux de masses volumiques différentes, quelle grandeur obtient-on en rapportant le coefficient linéique à la masse volumique du milieu ?

31. Pour un milieu de masse volumique 2 g/cm32\,\text{g/cm}^32g/cm3 et un coefficient linéique d’atténuation de 0,8 cm−10{,}8\,\text{cm}^{-1}0,8cm−1, quelle est la valeur du coefficient massique d’atténuation ?

32. Lors d’une interaction, un photon change de direction sans changer d’énergie. Comment cette diffusion est-elle classée ?

33. En mammographie, des photons diffusés par interaction Thomson-Rayleigh atteignent le détecteur. Quel effet peuvent-ils produire sur l’image ?

34. Lors d’une interaction photoélectrique, quelle séquence décrit les deux phases qui suivent l’arrivée du photon ?

35. Un photon incident provoque un effet photoélectrique dans un tissu : quel bilan énergétique décrit cette interaction ?

36. Dans un milieu, un photon de haute énergie arrache un électron et ressort avec une énergie plus faible : quelle interaction a eu lieu ?

37. Un photon incident d’énergie 1,20 MeV rencontre un noyau ; quelle production peut se produire si la condition énergétique est satisfaite ?

38. Après son ralentissement dans un milieu, que produit l’annihilation d’un positon avec un électron ?

39. Un physicien veut déterminer, pour différentes énergies de photons et différentes cibles, quelle interaction prédomine. Quelles variables doit-il croiser sur le graphe de prédominance ?

40. Dans une expérience d’imagerie, la plupart des photons perdent de l’énergie lors de leurs interactions avec la matière. Quelle conséquence cela a-t-il sur le faisceau au fil de sa traversée ?

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8. Une onde électromagnétique se propage dans le vide entre deux points séparés de $600\ \mathrm{m}$ . Quelle durée met-elle environ pour parcourir cette distance ?

9. Une onde sinusoïdale a une période de $4\ \mathrm{ms}$ . Quelle est sa fréquence ?

11. Un photon appartient à une onde de fréquence $6{,}0\times10^{14}\ \mathrm{Hz}$ . Quelle est son énergie, avec $h=6{,}62\times10^{-34}\ \mathrm{J\,s}$ ?

13. Une onde électromagnétique a une longueur d’onde de $5\times10^{-9}$ m. Dans quelle région du spectre se situe-t-elle, d’après sa position entre les rayons gamma et les ultraviolets ?

18. Un tube à rayons X fonctionne sous une tension de $50\,\text{kV}$ . En utilisant $E_{\max}=eU$ et $\lambda_{\min}=\frac{hc}{eU}$ , quelle conclusion décrit correctement l’effet d’une hausse de cette tension ?

26. Un faisceau contenant $N(0)$ photons traverse une épaisseur $x$ d’un matériau de coefficient linéique $\mu$ . Quelle expression donne le nombre de photons transmis ?

28. Un matériau possède un coefficient d’atténuation linéique $\mu=0{,}35\ \mathrm{cm}^{-1}$ . Quelle relation permet de déterminer sa couche de demi-atténuation ?

31. Pour un milieu de masse volumique $2\,\text{g/cm}^3$ et un coefficient linéique d’atténuation de $0{,}8\,\text{cm}^{-1}$ , quelle est la valeur du coefficient massique d’atténuation ?