Diffraction des rayons X : questions sur la technique

[Fajan]

Bonjour à tous,

J'ai quelques questions pratiques sur l'utilisation des rayons X.

Dans un tube à rayons X, on applique une différence de potentiel sur une cathode et les électrons vont bombarder une anode (en Mo par exemple).

On me dit que l'intensité du rayonnement = différence de potentiel appliquée²

1ere question : D'où vient le fond continu? je pensais que l'électron allait simplement exciter le Mo, et qu'il émettait un RX pour se désexciter... Il devrait donc y avoir des raies et pas de fond continu...

2eme question : On me dit que lorsque la différence de potentiel n'est pas importante, on ne voit pas les raies caractéristiques... Sont elles perdues dans le fond continu?


Puis : on me dit que les éléments possèdent en général deux séries de raies, les raies K et les raies L. Mais on ne voit les raies K que pour des éléments Z>23. Pourquoi? avant les raies K sont trop peu énergétiques et donc les longueurs d'ondes trop grandes?

Merci beaucoup de votre aide
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[philou21]

1ere question : D'où vient le fond continu? je pensais que l'électron allait simplement exciter le Mo, et qu'il émettait un RX pour se désexciter... Il devrait donc y avoir des raies et pas de fond continu...

Le fond continu provient du freinage des électrons dans l'anticathode. C'est un rayonnement de freinage.

2eme question : On me dit que lorsque la différence de potentiel n'est pas importante, on ne voit pas les raies caractéristiques... Sont elles perdues dans le fond continu?

Les raies caractéristiques proviennent d'une émission de photon X quand un électron passe d'une couche supérieure à une couche inférieure. Pour cela il faut tout d'abord éjecter un électron des couches inférieures. C'est le choc avec l'électron cathodique qui va produire cette éjection : Il existe donc une valeur de seuil puisqu'on si l'électron cathodique n'a pas assez d'énergie, le phénomène ne se produira pas.

[Fajan]

merci,

Mais pourrais tu expliciter le fait du freinage des électrons? Que ce passe il physiquement? Je ne vois vraiment pas d'où sort le fond continu...

Par ailleurs, dans un rayonnement synchrotron, il y a des positrons et des électrons, cela ne gène pas la diffraction?

[philou21]

Une charge accélérée émet un rayonnement électromagnétique. L’électron cathodique qui pénètre dans l’anticathode voit sa vitesse se ralentir énormément.

petit calcul rapide : si la tension du tube est de, disons, 50 KV, l’énergie de l’électron est de 1/2mv²=qV
avec m= 9.1 10 ^-31 Kg, q = -1.6 10^-19 C on a v = 130 000 km/s si je ne fais pas d’erreur.

Cet électron en pénétrant dans l’anticathode est freiné sur environ 1 micron pour atteindre la vitesse des électrons dans un métal, soit de l’ordre de 1000 km/s si mes souvenirs sont bons…

On voit donc la puissante décélération ! une charge accélérée (ou décélérée…) émet un rayonnement électromagnétique. C’est ce rayonnement qui forme le fond continu.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tawahi-Kiwi]

on me dit que les éléments possèdent en général deux séries de raies, les raies K et les raies L. Mais on ne voit les raies K que pour des éléments Z>23. Pourquoi? avant les raies K sont trop peu énergétiques et donc les longueurs d'ondes trop grandes?

Salut,

c'est en partie pour celà; en fait, c'est pour plusieurs raisons pratiques.

- les raies L sont beaucoup moins intenses que les raies K. Dans la mesure du possible, on aura donc tendance à utiliser cette dernière.

-Pour les énergies; les raies K(alpha) et (beta) sont en effet moins énergétiques pour des élements légers (celà suit la loi de Moseley si mes souvenirs sont bons (fonction linéaire de Z)).

Dans le cas d'une diffraction sur des distances interatomiques, on baigne dans la zone 0,5-3 Angström en comptant large. Donc, pour ce type de diffraction, on n'a pas d'interêt à utiliser des éléments légers (Pour des diffractions de caractérisation physique (porosité; nanostructures; structure répetitive)

De plus, l'utilisation de fenêtre de béryllium sur le tube à RX empèche de passer au dessus de lambda=2,3 A (je crois) pour une question d'absorption par cette fenêtre.

Au niveau inférieur, coté élément lourd, on est également limité par l'utilisation des raies L voire M peu intense mais également parce que le rayonnement blanc devient vraiment génant, même avec l'utilisation de filtres beta ou autres...

Voilà....

T-K

[philou21]

-Pour les énergies; les raies K(alpha) et (beta) sont en effet moins énergétiques pour des élements légers (celà suit la loi de Moseley si mes souvenirs sont bons (fonction linéaire de Z)).

T-K

Attention la loi empirique de Moseley était linéaire parce qu’elle reliait la racine de la fréquence au numéro atomique :


Cette loi peut se déduire de l'expression (approchée) de l'énergie d'un électron dans une couche :
(en ev)
étant une constante d'écran.

[Fajan]

merci beaucoup pour ses précisions bien utiles.

je vous remercie