Les bobines du pi` ege

Le pi`ege magn´etique est constitu´e des 5 bobines. Deux d’entre elles, d’axe de sym´etrie z et dispos´ees face `a face, sont parcourues par des courants en sens oppos´es (on les appellera bobines quadrupolaires Q1 et Q2, ce sont d’ailleurs aussi elles qui cr´eent le champ magn´etique du PMO). Une troisi`eme (on l’appellera troisi`eme bobine ou C3) compense le gradient que les deux pr´ec´edentes cr´eent le long de l’axe x. Ces trois petites bobines forment alors un pi`ege de type Ioff´e-Pritchard, avec une valeur du biais du champ relativement ´elev´ee, de l’ordre de 100 G. On leur ajoute donc un jeu de deux grandes bobines en configuration Helmholtz (H1 et H2) pour compenser le biais du champ jusqu’`a une valeur de l’ordre de quelques Gauss (cf sch´ema 6.1).

Les trois petites bobines sont constitu´ees d’un enroulement de fil de cuivre de 1 mm de diam`etre, enferm´e dans un boˆıtier cylindrique de PVC, dans lequel ont ´et´e pratiqu´es quatre trous, deux pour les arriv´ee et sortie du courant, deux pour les arriv´ee et sortie de l’eau. Les bobines quadrupolaires sont constitu´ees de 12 couches de 12 tours de fil, leur diam`etre moyen est de 50 mm, leur diam`etre int´erieur de 32 mm. La troisi`eme bobine est un peu plus petite, elle contient 6 couches de 20 tours, son diam`etre moyen est de 30

Jet atomique

Laser

sonde

H1 H2

Q2

Q1

C3 ^z

y ^x

Fig. 6.1 –Sch´ema du pi`ege magn´etique. Il est constitu´e de cinq bobines : Q1, Q2 et C3 constituent le pi`ege de Ioffe-Pritchard, H1 et H2 sont les bobines de compensation du biais.

mm, son diam`etre int´erieur de 20 mm. Entre chaque couche successive, on a intercal´e des petits espaceurs en bak´elite, afin de permettre `a l’eau de refroidissement de circuler partout dans le boˆıtier. La r´esistance totale des bobines Q1, Q2 et C3 vaut 1.4 Ω, si bien qu’il faut dissiper environ 3 kW quand on y fait circuler 46.6 A. Le refroidissement se fait par le passage entre les couches de fil de cuivre d’eau qui provient d’un robinet. Le d´ebit est de l’ordre du litre/min, et l’´el´evation de la temp´erature reste marginale (de l’ordre de quelques degr´es seulement). Les deux bobines Helmholtz sont constitu´ees d’un enroulement de 44 tours de fil de cuivre creux de 5 mm de diam`etre, `a l’int´erieur duquel l’eau circule afin de le refroidir. Leur diam`etre moyen est d’environ 30 cm, leur distance moyenne au centre de 10 cm. La section de ces tubes ´etant relativement grande, leur r´esistance interne est plus faible, de l’ordre de 0.2 Ω. Les trois petites bobines sont fix´ees au moyen de vis au support en PVC dans lequel sont enroul´ees les bobines Helmholtz. L’ensemble des cinq bobines est maintenu par un cadre, constitu´e de barres en laiton, `a l’ext´erieur duquel sont dispos´ees trois paires de bobines que nous utilisons pour compenser le champ magn´etique terrestre. On trouvera sur la figure 6.2 une photographie prise au dessus de la cellule, sur laquelle on distingue toutes les bobines du pi`ege magn´etique.

Le biais du champ final, dont l’amplitude est de l’ordre du Gauss, est la diff´erence entre deux champs d’amplitudes plus ´elev´ees, typiquement 100 fois plus grandes. Par cons´equent, si on utilise deux alimentations de courant ind´ependantes, l’une pour les trois petites bobines et l’autre pour les bobines Helmholtz, la stabilit´e du biais est

6.1. DISPOSITIF EXP ´ERIMENTAL 97

Q1

Q2

C3

H1 H2

Cellule

Bobine

RF

Fig. 6.2 –Photographie du pi`ege magn´etique vu de dessus. Les bobines Q1, Q2 et C3 sont enferm´ees dans des boˆıtiers cylindriques en PVC, de couleur claire. H1 et H2 sont les bobines de compensation du biais. On peut aussi voir la bobine d’´evaporation, qui est plac´ee au dessus de la cellule.

100 fois moins bonne que si on utilise une seule alimentation de courant. Il est donc important de faire circuler le mˆeme courant dans les cinq bobines du pi`ege magn´etique pour ´eviter des fluctuations importantes de la valeur du biais. Mais dans ce cas, on ne peut pas ajuster la valeur finale du biais ind´ependamment des gradients et courbure du pi`ege. C’est pourquoi nous disposons d’un jeu suppl´ementaire de deux bobines Helmholtz, enroul´ees par dessus H1 et H2, qui nous permettent d’ajuster la valeur finale du biais plus finement, et ´eventuellement de comprimer davantage le pi`ege.

C’est par les trous des trois petites bobines que passent les faisceaux du PMO, le faisceau ralentisseur, le faisceau repompeur, le faisceau de pompage optique et le faisceau sonde. Ces bobines sont ´ecart´ees du centre du pi`ege respectivement de 26 mm pour les bobines quadrupolaires Q1 et Q2 et 28 mm pour la troisi`eme bobine C3. Cette configuration asym´etrique permet `a la troisi`eme bobine de se trouver partiellement entre les deux bobines quadrupolaires (cf figure 6.1).

-60 -40 -20 0 20 40 60 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Piège magnétique Quadrupôle

Distance (mm)

Fig. 6.3 –Champ magn´etique suivant l’axe x. On a report´e le calcul par la loi de Biot et Savart du champ quadrupolaire cr´e´e par les deux bobines Q1 et Q2, et du champ cr´e´e par les trois bobines. On remarque que le centre du pi`ege est d´eplac´e de 5 mm par rapport au centre du quadrupˆole.

Cette configuration `a trois bobines asym´etriques pr´esente quelques particularit´es par rapport `a un pi`ege constitu´e de trois bobines identiques : 1) le centre du pi`ege est excentr´e par rapport au centre du quadrupˆole (environ 5 mm dans notre configuration), 2) le pi`ege est plus profond, 3) le biais est moins ´elev´e et donc plus facile `a compenser. La figure 6.3 montre le champ magn´etique sur l’axe x, avec et sans courant dans la bobine C3. On note bien que le centre du pi`ege magn´etique est d´eplac´e par rapport au centre du quadrupˆole.

6.1. DISPOSITIF EXP ´ERIMENTAL 99