ETUDE D'UNE POSTLUMINESCENCE DANS LA VAPEUR DE CESIUM IONISEE

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Submitted on 1 Jan 1971

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ETUDE D’UNE POSTLUMINESCENCE DANS LA VAPEUR DE CESIUM IONISEE

Y. Archambault, J. Jeannet, S. Ronssin, B. Sayer

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Y. Archambault, J. Jeannet, S. Ronssin, B. Sayer. ETUDE D’UNE POSTLUMINESCENCE DANS

LA VAPEUR DE CESIUM IONISEE. Journal de Physique Colloques, 1971, 32 (C5), pp.C5b-180-

C5b-182. �10.1051/jphyscol:19715117�. �jpa-00214692�

ETUDE D'UNE POSTLUMINESCENCE DANS LA VAPEUR DE CESIUM IONISEE Y . Archambault, J . C. J e a n n e t , S. R o n s s i n , B. S a y e r

C e n t r e d ' E t u d e s N u c l é a i r e s de Saclay-Service de Physique Atomique Boite P o s t a l e n o 2- 91, G i f - s u r - Y v e t t e , F r a n c e .

L 'évolution d e l a densité électronique dans une postluminescence et s a v a r i a - tion s o u s l'influence d'une impulsion de chauffage é l e c t r o n i q u e , sont i n t e r p r é t é e s en t e r m e d e diffusion e t de recombinaison électron-ion.

Abs t r a c t

The decay of e l e c t r o n density i n a c e s i u m afterglow and i t s v a r i a t i o n under the effect of a heating pulse have been i n t e r p r e t e d i n t e r m s of diffusion and e l e c t r o n - ion recombination p r o c e s s e s .

Différents p r o c e s s u s - e s s e n t i e l l e m e n t recombinaison et diffusion ambipolaire - gouver- nent l'évolution d e l a densité électronique d a n s une postluminescence. L e s r é s u l t a t s e x p é r i m e n - taux a n t é r i e u r s obtenus d a n s l a vapeur de c6sium conduisent à d e s é r i e u s e s d i v e r g e n c e s , tant e n ce qui concerne l a n a t u r e d e s m 6 c a n i s m e s d e r e c o m - binaison que l a v a l e u r de l a mobilité d e s i o n s p r é - s e n t s . Dans l e but d e connaître l ' i m p o r t a n c e r e l a - tive de chacun de c e s p r o c e s s u s , CI chaque instant d e l a postluminescence, nous utilisons l e fait qu' i l s dépendent d e façon t r k s différente de l a t e m p é - r a t u r e électronique. L e chauffage électronique de l a v a p e u r i o n i s é e , p a r absorption m i c r o o n d e s , p e r m e t d ' é v a l u e r l a p a r t d e c e s différents m é c a - m i s m e s . Dans c e t t e communication, nous p r é s e n - tons l e s r é s u l t a t s obtenus p a r c e t t e méthode. L ' é - volution de l a densité électronique e s t c o m p a r 6 e à c e l l e prévue p a r un modèle mathématique.

DISPOSITIF EXPERIMENTAL.

L a vapeur de c é s i u m e s t contenue d a n s un tube cylindrique (Id = 9 c m ) e n v e r r e , placé d a n s une étuve. L a p r e s s i o n de v a p e u r e s t contr6lée avec p r é c i s i o n p a r l a t e m p é r a t u r e d'un point froid. L a d é c h a r g e e s t excitée e n t r e une cathode chaude e t une anode, p a r d e s impulsions d e 2 , 5 ~ % . L a densité électronique e s t m e s u r é e pendant l a postluminescence, p a r i n t e r f é r o m k t r i e m i c r o - ondes e n e s p a c e l i b r e (70 GHZ) à détection s y m é -

t r i q u e . L e déphasage introduit p a r l e gaz ionisé e s t compensé p a r un déplacement m i c r o m é t r i q u e d'un d e s c o r n e t s de l ' i n t e r f é r o m è t r e . L e s plus faibles déphasages sont m e s u r é s à l ' a i d e d ' u n a n a l y s e u r multicanal. On peut a i n s i s u i v r e l ' é - volution d e l a densité électronique d ' u n e postlu- minescence r é p é t i t i v e , e n t r e 2. l o l e t 10 c m - 3 . 8 L a t e m p é r a t u r e électronique e s t de'duite du

s p e c t r e du continu de recombinaison 1 1 1 [21. Un dispositif de chauffage p a r impulsions à 9 GHz, p e r m e t d ' é l e v e r l a t e m p é r a t u r e électronique jusqu'à 1 500°K, pendant un c o u r t instant (1 m s ) de l a postluminescence.

RESULTATS EXPERIMENTAUX-INTERPRETA'IION

L e s f i g u r e s l a , l b r e p r é s e n t e n t , pour une p r e s - sion d e vapeur de 10-'torr, e t e n l ' a b s e n c e de chauffage m i c r o o n d e s , l a d é c r o i s s a n c e de l a t e m p é r a t u r e électronique et de l a densité é l e c - tronique en fonction du t e m p s .

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19715117

ETUDE D'UNE POSTLUMINESCENCE DANS LA VAPEUR DE CESIUM IONISEE

L a figure I c donne dans l e s m ê m e s conditions, l a dérivée logarithmique de l a densité électroni- que ' dne en fonction de l a densité électroni- que. ne d t

L a courbe Log ne= f (t) présente un point d'inflexion à n e z 1 0 ~ ' c m - ~ . L a partie antérieure à c e point d'inflexion e s t comparée à celle prévue p a r un modèle théorique de l a postluminescence.

Ce modèle consiste à r é s o u d r e l'équation aux d é r i v é e s p a r t i e l l e s décrivant l'évolution de l a densité électronique ne ( r , t ) , sous l'effet de l a recombinaison et de l a diffusion ambipolaire [3]

dne = -

- _{y ne} ^{2 t D, ( A ne).}

dt

Nous admettrons pour l e t e r m e o( une expression O( = A ne T , - ~ ' conforme à l a théorie de l a recombinaison radiative-collisionnelle 1 4 1 e t

pour l e coefficient de diffusion Da=Dao(l +-) Te ,

où Ti e s t l a t e m p é r a t u r e ionique supposée egale Ti, à celle de l a vapeur. E n ajustant l e s coefficients A , e t Dao nous avons obtenu un excellent accord avec l e s r é s u l t a t s expérimentaux.

- ⁹

L a valeur de A obtenue, 2.10 CGS, e s t voisine de celle prévue p a r l a théorie (3. 10 -9 )[g.

L a mobilité réduite, déduite du coefficient de dif- 2 - 1 - 1 fusion ambipolaire D _ao , e s t 0. 09 cm V s . ^Des

m e s u r e s a n t é r i e u r e s de l a mobilité réduite d e s ions C s ont donné d e s v a l e u r s c o m p r i s e s e n t r e t 0. 075 [5] et 0.15 [6] c m 2 ~ - l s - ' .

Le chauffage électronique confirme cette interprétation de l'évolution de l a densité é l e c t r o - nique. Il entraîne une réduction importante de l a recombinaison en volume , v T ~ - ~ ' 5 , et un a c c r o i s - sement de l a diffusion

(1 +Te). Nous montrons

T i

(figure 2) que l e modèle utilise p e r m e t de r e n d r e compte d e s r é s u l t a t s expérimentaux.

J.3, e n 4 0 3 r-' - modèle s a n s c h a u t t a g e n c d t

m o d i l c ovac c h o u t t o g o 1.0-

0.9 -

0.8 -

0.7-

0.6-

0.5

5.1012 5.10'1

f i g . 2 n e

Ce modèle, supposant uniquement l a

recombinaison et l a diffusion d e s ions C s t , ne

p e r m e t p a s d ' i n t e r p r é t e r l e s r é s u l t a t s expérimen-

taux au delà du point d'inflexion. Mais, l a v a r i a -

tion de l a t e m p é r a t u r e électronique p a r chauffage

microondes, modifie dans cette région l e taux

de p e r t e s d e s électrons proportionnellement à

(1 + Te). Nous pensons donc que l a décroissance

de laTidensité électronique e s t due à un p r o c e s -

s u s de diffusion ambipolaire. L a modification de

pente observée au voisinage du point d'inflexion

pourrait ê t r e due à un changement du type d'ion.

Y. ARCHAMBAULT ET AL.

La mobilité déduite du taux de pertesmesuré dans de ce souvent mal connu dans l e s ex- 2 -1 -1

l a postluminescence tardive (N 0.21 cm V s ) périences antérieures, e t l a possibilité de l a f a i r e est voisine de celle attribuée à l'ion C s (0.20 à 2 t v a r i e r , à l'aide du chauffage hyperfréquence, nous

O. 28). ont permis de montrer que pour des pressions infé-

Pour des pressions plus faibles (jusqu1à r i e u r e s ou égales à 10 t o r r , e t dans un domaine - ²

10- t o r r ) nous observons une évolution analogue 3 de densité électronique compris entre 1013 et de l a postluminescence, l a p a r t de l a diffusion 10 11 cm-3, l'évolution de l a densité d e s électrons devenant prépondérante. Pour des pressions plus peut s'interpréter par une compétition entre l e s élevées, l e s expériences sont actuellement en mécanismes de diffusion ambipolaire des ions cours. Elles semblent indiquer un mécanisme de cs t et de recombinaison radiative-collisionnelle.

neutralisation plus efficace que celui observé à Le coefficient de recombinaison déduit de c e s

i o-'torr. m e s u r e s e s t en bon accord avec l e s prévisions

théoriques. A des densités électroniques inférieu- En conclusion, nous avons pu constater r e s à l o l l'ion C s semble s e convertir en t

l'influence t r k s importante de l a température élec- t

ion moléculaire Cs tronique s u r l'évolution de l a densité électronique 2 ' dans une postluminescence. Une mesure précise

B I B L I O G R A P H I E

(17 L. AGNEW, C. SUMMERS - Proceedings of 1 4 7 B. SAYER, J. PASCALE - (à paraftre) the 7th IGPIG Belgrade (1965) vol. 1 1 , ~ . 574.

[

5 ] L. M. CHANIN,R. D. STEEN - Phys. Rev. 132,

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- -

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