Accélérateur linéaire d'électrons : QCM d'après IMRT 06

Un accélérateur d'électrons est destiné à produire des électrons ou des rayons X très énergétiques. Il comporte trois parties fondamentales : - le canon à électrons - l'accélérateur - les systèmes de déviation qui permettent d'orienter et de focaliser les électrons. Identifier sans justifier , les trois parties repérées par les nombres 1, 2 et 3. 1 : canon à électron ; 2 accélérateur ; 3 : système de déviation. L'accélération est provoquée par un champ électrique E. Quel est le phénomène responsable de cette accélération ? Des électrons négatifs, émis à la cathode, par effet thermoélectronique, sont soumis ensuite à une tension positive U de quelques dizaines de milliers de volts. Ils sont alors soumis à une force électrique, colinéaire au champ électrique, de sens contraire et de valeur F= eE. On fait l'hypothèse que le champ électrique E est constant. Exprimer la variation d'énergie entre l'entrée et la sortie de l'accélérateur. Le poids des électrons est négligeable devant la force électrique F= eE ; le travail moteur de la force électrique est eU ; l'énergie cinétique initiale des électrons est négligeable devant l'énergie finale. Le théorème de l'énergie cinétique conduit à : Efinale =DE = ½mv2 = eU. La courbure du faisceau est produite par un champ magnétique B. On rappelle que le rayon R de la trajectoire circulaire d'une particule de charge q, de masse m, de vitesse v dans un champ magnétique uniforme B est donnée par la relation : R = mv |q|B Préciser les caractéristiques de la force qui s'exerce sur les électrons du faisceau. La force magnétique est perpendiculaire au vecteur vitesse et au vecteur champ magnétique ; la force magnétique est perpendiculaire au plan défini par le vecteur vitesse et le vecteur champ magnétique. Sa valeur est F = |q| v B si la vitesse et le champ sont perpendiculaires. La trajectoire d'un électron est représentée ci-dessous : Les zones 1 et 2 sont le siège de champs magnétiques perpendiculaires au plan de la figure. Représenter en justifiant les vecteurs B1 et B2. Les électrons ne sont soumis à aucun autre champ en dehors des zones 1 et 2. Comparer les valeurs des vitesse v1 et v2. La force magnétique, perpendiculaire à la vitesse, ne travaille pas : en conséquence elle ne modifie ni l'énergie cinétique, ni la valeur de la vitesse. En l'absence d'autres champs en dehors des zones 1 et 2, alors v1 = v2. Sachant que B2 = 2 B1, comparer les rayons de courbures de la trajectoire dans les zones 1 et 2. R1 = mv1 |q|B1 ; R2 = mv1 |q|B2 mv1/ |q| = constante : si la valeur du champ magnétique double, le rayon est divisé par 2. R2 = ½R1. Au delà de la fonction d'orientation et de focalisation des électrons, ce dispositif permet de rendre le faisceau monocinétique. Justifier. Le rayon de courbure R est proportionnel à la vitesse des électrons. Les électrons possèdant la même vitesse suivent la même trajectoire. Les électrons de vitesse différente suivent une autre trajectoire et sont déviés différemment à la sortie du système.

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