d`après les annales 1982 DTS IMRT

NOM:
IMRT1 - 2009-2010
Prénom :
Evaluation n°1 ( 2 h ) 9/10/2009
Consignes :

Répondez par des phrases ; justifiez votre raisonnement

Résultats numériques : Donnez le détail des calculs que vous faites ensuite avec votre calculatrice
. Les résultats seront donnés avec un nombre de chiffres significatifs adapté.

Un résultat sans unité n’a aucune valeur.
Données pour tout le devoir :
unité de masse atomique 1 u  1,6605.1027 kg
Masse du proton : 1,0073 u ; Masse du neutron : 1,0087 u ; masse de l’électron : 5, 4854.104 u
célérité de la lumière C  3,0.108 m.s 1
constante de Planck : h  6,62.1034 J .s
Cours ( 20 points )
QCM ( 4 pts )
1. Les ondes sonores se propagent dans l’air avec une célérité de 330 m/s , et dans le fer avec une
célérité de 5120 m/s.
a- Si un son est émis dans l’air avec une fréquence de 300 Hz , deux points distants de
1,65 m vibrent en opposition de phase
b- La vibration sonore est une vibration transversale
c- La longueur d’onde d’une vibration sonore de 1000 Hz dans le fer est plus petite que
celle de 300 Hz dans l’air
2. Les orbites électroniques de l'atome correspondent :
d- à des niveaux d'énergie d'autant plus bas que ces orbites sont plus proches du noyau ;
e- à des niveaux d'énergie d'autant plus haut que ces orbites sont plus proches du noyau ;
f- à des niveaux équidistants les uns des autres.
3. Énergie :
g- l'énergie de liaison d'un électron de la couche K est inférieure à l'énergie de liaison d'un
électron de la couche L ;
h- l'énergie de liaison d'un électron sur la couche K est la même pour tous les atomes ;
i- l'énergie d'ionisation est l'énergie à fournir pour extraire un électron de l'atome ;
Question de cours1 : spectres d’ émission ( 5 pts )
Décrire les conditions expérimentales ( illustrez par un schéma ) pour obtenir un spectre de raies d’émission.
Question de cours2 et application : Le laser ( 11 pts )
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Que signifie le sigle L.A.S.E.R. ? ( en anglais et français )
Expliquez ce qu’est l’émission stimulée
Pourquoi est-il nécessaire de réaliser un pompage optique ? Comment le réalise-t-on ?
Donnez le schéma de principe d’une source Laser
Quelle condition doit vérifier la cavité résonante ?
Un laser à Argon émet une radiation de longueur d'onde 0,515 pm dans le vide. La puissance
d'émission est P = 250 mW. Le diamètre du faisceau a la sortie du laser est d = 400 m ; sa divergence
est  = 5,4 mrad.
j- Déterminer en MeV la différence d’énergie entre les niveaux concernés par la transition
k- Calculer le nombre de photons émis par le laser pendant une durée de 10 s.
l- Calculer en cm le diamètre D du faisceau à la distance L = 40 cm de la source ( vous
ferez un schéma du faisceau faisant apparaître D, d et L )
Exercices ( 20 points )
Exercice 1 : structure de la matière ( 6 pts )
On donne les entités chimiques suivantes ( atomes ou ions ) :
1
1H
56 2 16 2 12
57 3 16
; 26
Fe ; 8 O ; 5 B ; 26
Fe ; 7 N ; 13H  ; 188 O ;
56
2  35 
26 Fe ; 1 H ; 17 Cl
;
57
17
26 Fe ; 8 O
1. Compléter le tableau en indiquant pour chacune de ces entités le nombre de protons, de neutrons et
d'électrons.
Entités
56 2 16 2
26 Fe
8O
1
1H
12
5B
57 3
26 Fe
16
7N
3 
1H
18
8O
56
26 Fe
2 
1H
35 
17 Cl
57
26 Fe
2. En supposant que la masse d’un constituant est égale à la somme des masses de ses particules
élémentaires, déterminer la masse de l’atome de Bore B ( en u puis en kg )
3. Cette liste présente-t-elle des isobares, des isotones , des isotopes ( justifier ) ?
4. Définir ce que sont deux noyaux isomères.
Exercice 2 : d’après les annales 1982 DTS IMRT ( 14 points )
L’atome de Molybdène ( symbole Mo ) a pour numéro atomique 42.
1°) a- Déterminer la structure électronique du molybdène puis donner la répartition de ses électrons dans les
cases quantiques.
b- En déduire sa position dans la classification périodique des éléments.
2°) Les valeurs des premiers niveaux d’énergie du molybdène sont données par le tableau suivant :
Construire ( échelle : 1 cm pour 2000 eV ) le
Sous-couche 1s
2s
2p
3s
3p
3d
diagramme
des niveaux d’énergie de l’atome de
E ( en eV)
-20002 -2876 -2524 -508 -400 -232
molybdène
3°) a – A partir de ce tableau déterminer l’énergie d’ionisation d’un électron de la sous-couche 1s puis de la
sous-couche 3d . Comment expliquer une telle différence entre les deux valeurs ?
b- Déterminer la longueur d’onde limite du rayonnement permettant de provoquer l’ionisation de l’atome de
Molybdène depuis son niveau 3s . Est-ce une longueur d’onde minimale ou maximale ( justifier ) ?
c- Une relation de définition des
niveaux d’énergie des atomes est donnée par
la relation
Eliaison (en eV ) 
13,6  Z 2
n2
( n étant le nombre quantique principal ) . Que vaudrait alors l’énergie de liaison
d’un électron de la sous-couche 3s ? Expliquer la différence avec la valeur déterminée à la question 3°) a –
4° ) Faire apparaître sur le schéma du 2°) les transitions correspondant aux raies d’absorption K et L de
l’atome de molybdène.
5°) En réalité, certaines transitions sont interdites et seules sont permises les transitions pour lesquelles le
nombre quantique secondaire l varie de +1 ou -1. Dans celles vues au 4°), déterminer les transitions autorisées.
6°) Pour ces transitions autorisées, déterminer ( en pm ) les longueurs d’onde correspondantes.
7°) Quel type de rayonnement faut-il envoyer sur une cible en molybdène observer des raies d’absorption ?
17
8O