La
figure
I-9aprésente
une vue d’ensemble d’une double cellule utilisée pour le pompageoptique
de3He.
Le volumeV1
est uncylindre
vertical de 5cm de diamètre et 11 cm de hauteur. Le volume V2 est une
boule de
1,5
à 2cm de diamètre. Cette dimensioncorrespond
à un boncompromis
entre la réduction dudiamètre,
nécessaire pour réduire la relaxation en volume(plus
le volumeexploré
par les atomes estgrand, plus
les
inhomogénéités
duchamp
subies sont apriori importantes),
et sonaugmentation
afin de limiterl’importance
des effets de laparoi
relaxante à bassetempérature
(lerapport
surface/volume varie en 1/Rsi
R(*)De manière maintenant
classique
[17][18], cette mesure s’effectue pardétection de la
polarisation
circulaire de la raie31D-21D
à03BB=6678Å.
L’état3
1
D, peuplé
par ladécharge
àpartir
dufondamental, possède
en effet uneorientation nucléaire. Celle-ci fait
apparaître
parcouplage hyperfin
de l’orientationélectronique
dans ce même état. Ledispositif expérimental
adéjà
faitl’objet
deplusieurs descriptions
détaillées [5,15]. Cette méthode de détection conduit à des mesures bien calibrées à toutepression.
59bis
-Vue d’ensemble d’une double cellule utilisée pour le pompage
optique
de3He.
Le volume
V1,siège
du pompage, est àtempérature ordinaire,
et les atomes orientés diffusentjusqu’au
volumeV2 ,placé
à bassetempérature.
En b, on a schématisé le
dispositif
fixant la variation de températurele
long
du tube joignantV1à V2:un tuyau
de cuivre (Cu)interrompu
surquelques mm et isolé par de la mousse (M) force la plus grande
partie
désigne
le rayon de la cellule). Le tube de verrequi
les relie a undiamètre intérieur de 3mm et une
longueur
d’environ 80cm. L’ensemble de la cellule est constituée dePyrex,
matériau choisi pour son faiblemagnétisme
et son bon état desurface,
et de nombreusesprécautions
sontprises
au moment dusoufflage, nettoyage
etremplissage
de la cellule[5,3].
La
quantité
de3He
introduite dans la cellule est choisie de manière que lapression
du gaz soit voisine de 0.3 torrlorsque
le volumeV2
estplacé
àquelques degrés
Kelvin. On yajoute l’hydrogène
moléculaire destiné à former l’enduitcryogénique, puis
la cellule est scellée.A
l’équilibre thermodynamique,
l’essentiel del’hydrogène
estcon-densé sous forme solide au
point
leplus
froid : l’attraction de Van der Waals par laparoi permet
néanmoins la formation d’une ouplusieurs
monocouches moléculaires dans les
régions
à moins bassetempérature
[3].Ainsi,
siV2
est à 4.2K toute lapartie
située en dessous de 10K est recouverte d’au moins une couche deH2.
Tout leproblème
consiste donc à restreindre l’étendue des zones detempérature
intermédiaire (entre 10 et20K),
où laparoi
est assez froide pour que le verre soit très relaxant maistrop
chaude pour que l’enduit y soitprésent.
Pourcela,
nous utilisons lesprotections thermiques représentées
sur lafigure
I-9b : unpremier
tube decuivre entoure le
tuyau
de verrequi
relie1V
àV2
sur 6/7 de salongueur.
Son extrémité
supérieure
est en contactthermique
avec leflasque supérieur
du
cryostat
(300K). Un deuxième tube decuivre, placé
à 7mm environ de la fin dupremier,
couvre le reste dutuyau jusqu’au
ras du volumeV2 ;
il est ainsitoujours partiellement immergé
dans le bain de4He liquide, qui
recouvre entièrement
V2.
Lepoint
leplus
haut atteint par le bain se situe àun centimètre environ de l’extrémité inférieure du
premier
tube de cuivre. Une mousseplastique
fournit une isolationthermique
sommaire del’ensem-ble,
suffisante pourpermettre
à la section froide d’êtrepartout
en dessousde 5 à 6K et à la section chaude au dessus de 100K. De
plus,
les variations du niveau de4He
dans lecryostat
n’ont dans ces conditionsguère
d’influence sur la carte destempératures
dans la cellule : lapression n’y
est pasmodifiée,
et l’enduit est enquelque
sorte définitivementLa
procédure
de refroidissementjoue
un rôle déterminant dans la formation de l’enduitcryogénique.
Une méthode fiable pour obtenir un bon enduit consiste àinterrompre
la descente entempérature
vers 8 ou10K,
pendant
une dizaines de minutes. A cettetempérature, l’hydrogène
a alors diffusé enquantité
suffisante deV1
à lapartie
inférieure de la cellule. On refroidit ensuite celle-cirapidement
et defaçon homogène;
Il faut en effet éviter de créer desparties
froides où le verre est nu (donc trèsrelaxant),
car en dessous de 5K elles ne sont ensuite recouvertes que très lentement par
l’hydrogène.
Lafigure
I-9creprésente
la variation deT1
dansV2
enfonction de la
température
pour une cellule donnée.Signalons
enfin que laprésence
deH2
est destructive pour les atomes métastables (collisions ionisantes pour les molécules) : le pompageoptique
n’estpossible
que si lapression partielle
enhydrogène
estinférieure à
quelques
10-5torr,
c’est-à-dire que latempérature
dupoint
leplus
froid de la cellule nepeut guère dépasser
5K.Cependant,
il esttoujours possible
d’orienter les atomes dansV1
en maintenantV2
endessous de
5K, d’interrompre
ladécharge puis
d’élever latempérature
dans
V2 :
letemps
de relaxation des atomes fondamentaux reste assezlong
pour
permettre
des mesures. Mais il faut ensuite refaire un enduitd’hydrogène.
Pour la
plupart
des cellulesutilisées,
le tube de verrequi
relieV1
àV
2
s’achève par une courte section decapillaire (longueur 2cm,
diamètre 1mm) suivie d’une constriction(figure I-9d).
La constriction réduit sensi-blement laprobabilité
pour un atome contenu dansV2
depénétrer
dans letuyau
situé au-dessus; les atomes sont ainsi bien confinés dansV2,
et les modes de diffusion dans lasphère V2
sont peupertubés
parrapport
à ceuxd’une cellule véritablement fermée. La nécessité d’introduire la section de
capillaire apparattra
auparagraphe
IV-B. Son inconvénientmajeur
estqu’elle allonge
letemps caractéristique
de diffusion des atomes entreV1
etV
2
.
Ceci ralentit à la fois la diffusion del’hydrogène
lors de la formation del’enduit,
et la construction de l’aimantation dansV2.
Avec cetype
de61 bis
-fig I-9c
Variation du
temps
de relaxationlongitudinale T1
avecla
température
dans lapartie
froide de lacellule03B81([5]).
fig.I-9d
séries
d’expériences
consécutives. Lapolarisation
M est totalement détruiteen fin de mesure. Au bout d’une heure
environ,
l’orientation nucléaire reconstruite atteint 40%. Nous pouvons alors faire une nouvelleexpérience
sur cet échantillon
polarisé.
Dans le document
Hélium trois polarisé: ondes de spin et liquéfaction du gaz
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