• Aucun résultat trouvé

Déplacement isotopique dans le spectre de l'indium I

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Partager "Déplacement isotopique dans le spectre de l'indium I"

Copied!
10
0
0

Texte intégral

(1)

HAL Id: jpa-00235688

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00235688

Submitted on 1 Jan 1957

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Déplacement isotopique dans le spectre de l’indium I

Derek A. Jackson

To cite this version:

Derek A. Jackson. Déplacement isotopique dans le spectre de l’indium I. J. Phys. Radium, 1957, 18

(7), pp.459-467. �10.1051/jphysrad:01957001807045900�. �jpa-00235688�

(2)

459.

DÉPLACEMENT ISOTOPIQUE DANS LE SPECTRE DE L’INDIUM I (1)

Par DEREK A. JACKSON.

Laboratoire A. Cotton, C. N. R. S., Bellevue.

PHYSIQUE RADIUM 18, 1957,

Introduction.

-

La structure hyperfine dans le spectre d’arc, et dans le premier spectre d’6tincelle de 1’indium a ete l’objet d’un certain nombre de recherches ant6rieures ; mais au moment ou ce

travail a ete entrepris, il n’y avait aucune indi-

cation du fait que les composantes hyperfines sont

des doublets dont une composante est due a l’iso- tope abondant 115 et I’autre a l’isotope 113. Cela pouvait etre du soit au fait que les composantes

6taient trop serr6es pour etre r6solues, soit a leur rapport d’intensit6 (1’indium naturel contient seu-

lement 4,1 % de 113In) conduisant a des raies de 113In trop faibles pour etre observ6es, ou perdues

dans le fond instrumental du aux raies de 115In.

Dans mon travail antérieur sur la structure des raies de resonance du spectre d’arc, j’avais uti- lis6 [1] comme source lumineuse une decharge en

haute frequence dans un tube contenant du chlo-

rure d’indium et de 1’ helium, alors que Schuler et Sohmidt [2] utilisaient une cathode creuse refroidie a I’azote liquide ; les limites de resolution 6taient

respectivement de 35 mK et 25 mK. Il apparut probable que le deplacement isotopique devait etre

nettement plus petit que ces limites ; et le fait de

ne pas observer de satellites dus a l’isotope rare pouvait etre attribue a une insuffisance de reso- lution.

La structure hyperfine des raies du premier spectre d’6tincelle a ete observée par Paschen et

Campbell [3], et par Bacher et Tomboulian [4] ;

dans les deux cas la source de lumiere était une

cathode creuse chaude et la limite de resolution etait d’environ 80 mK, done nettement plus grande

que le deplacement isotopique que l’on pouvait

attendre. Recemment, la structure des raies de ce spectre a ete 6tudi6c par 1’auteur [5], avec une

cathode creuse refroidie a 1’eau ; la limite de resolu-

tion a 6t6 ramen6e a 50 mK et le contraste de 1’eta- Ion (revetements multidiélectriques a 7 couches cryolithe-sulfure de zinc) était assez élevé pour per- mettre l’observation d’une composante hyperfine

d’intensit6 6gale a 1/500 du total. L’absence d’ap- parition de satellites dus a 113In etait aussi proba-

blement due au fait que leur separation était plus

faible que la limite de resolution.

La structure des deux raies de resonance de InI

qui sont dans le visible a ete 6tudi6e par Deverall,

Meissner et Zissis [6] en emission par un jet ato- mique. La limite de resolution etait de l’ordre de 8 mK pour la raie 4 101 Å et de 5 mK pour

(1) Voir les resumes p. 479 et 480.

-

4 511 A ; mais ici aussi, il n’y a aucune indication

de satellite du à 113In, ce qui peut etre due, soit à

un manque d’inteDsit6, soit a un manque de resolution.

La structure a aussi 6t6 6tudi6e par l’auteur, en absorption au moyen de trois jets atomiques. Avec

une collimation 6lev6e, donnant une largeur Doppler de moins de 5 mK, l’inteT,.sit6 d’absorption

etait insuffisante pour produire une absorption

observable par l’isotope 113 ; mais avec une colli-

mation plus faible, donnant une largeur Doppler

d’environ 10 mK, l’absorption était suffisamment

forte, et, pour les hautes densités des jets, les composantes intenses de 4 101 A s’élargissaient dissymétriquement (vers les gran des longueurs d’onde), ce qui sugg6rait la presence d’un satellite,

et une separation de l’ordre de 10 mK.

Il fut alors decide d’opérer une comparaison des longueurs d’onde des raies 6mises par l’indium naturel et des raies emises par un échantillon enrichi contenant environ 50’ % de chaque isotope.

Le deplacement serait a peu pres 6gal a la moiti6

du deplacement isotopique, et pouvait etre pr6vu

de l’ordre de 5 mK. Des déplacements de cet ordre

ont ete trouv6s dans les cinq raies étudiées, et les deplacements isotopiques [6] 6taient d6duits en

tenant compte de F analyse isotopique faite au spectrographe de masse (49,7 % de 113 In) ce qui

conduisit a un facteur de conversion de 2,2 pour convertir les deplacements observes en depla-

cements isotopiques.

Une autre tentative fut alors faite pour r6soudre la structure isotopique au moyen de 1’absorption

par un jet atomique : avec une collimation de 15 : :1 et en utilisant trois jets traverses trois fois, une

aile tout juste r6solue fut trouv6e du cote des

grandes longueurs d’onde sur la composante

662 mK de la raie 4 101 A (dans laquelle le plus grand déplacement avait 6t6 trouve par la methode des comparaisons de longueurs d’onde). Des

mesures visuelles, avec un micromètre compara- teur, ont donne une valeur de 8 a 9 mK pour 4 mesures, soit 3 mK de moins que la valeur d6duite des mesures de differences de longueurs

d’onde. Cette difference pouvait etre due, au moins partiellement a 1’erreur systematique caract6ris-

tique des mesures de separation d’une composante

faible a peine résolue ; elle pouvait etre due aussi a une erreur dans l’analyse isotopique et dans la

valeur du facteur de conversion correspondant, un

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01957001807045900

(3)

460

facteur d’environ 1,7 (correspondant à 63 % de 113In) 6tant n6cessaire, au lieu du facteur 2,2 cor- respondant a 49,7 % de 113 In.

La structure isotopique a ete maintenant mieux r6solue dans un jet d’Indium 113 enrichi. La s6pa-

ration a et e mesur6e pour deux des composantes de

4 101 A ; la valeur moyenne du fcteur de conver-

sion n ecessaire pour obtenir l’accord etait 1,74, correspondant a 61,5 % de ll3In ; une nouvelle analyse isotopique de l’isotope utilise effectivement dans la cathode creuse donna une valeur de 62 %

de 113In. Les deplacements isotopiques des cinq

raies 6tudi6es au moyen de la cathode creuse ort ete deduits de nouveau des deplacements observes

en utilisant pour le facteur de conversion la valeur

spectroscopique, 1,74, sans avoir besoin de se fier

a une analyse isotopique.

Mesure des d6placements des raies emises par les tubes a cathode creuse.

-

APPAREILLAGE SPECTROSCOPIQUE.

-

L’appareillage avalt h tra-

vailler sur cinq raies differentes du spectre d’arc de l’Indium ; deux dans le visible, a 4 511 et 4 101 Å,

et trois dans le proche ultra-violet a 3 256, 3 039

et 2 710 A. Pour les raies visibles un spectrographe

Littrow a optique de verre a ete utilise pour obtenir la separation des raies alors que la haute resolution etait produite par un etalon a revêtement multi-

di6lectrique cryolithe, sulfure de zinc a 7 couches.

Un objectif de 100 cm de distance focale formait

l’image du syst6me d’anneaux sur la fente du spec-

trographe. La distance des lames était de 10 mm, donnant un intervalle spectral libre de 500 mK et

une limite de resolution d’environ 15 mK. Les lames de 1’etalon et les cales 6taient en silice fondue et l’instrument était place dans un recipient

6tanche de façon a 61irniner les effets des change-

ments de pression atmospherique. La temperature

de 1’air autour du recipient était maintenue cons-

tante a environ un vingtième de degr6. Avec

l’étalon en silice fondue une telle variation de la

temperature aurait cause un deplacement des franges d’environ 0,5 mK ; mais la grande capacite calorifique de la monture en laiton de 1’etalon et des recipients en acier maintenait ces deplacements

inf6rieurs a 1 mK par heure. Lors des comparaisons

de longueurs d’onde, des poses alternees 6taient faites avec l’indium naturel et avec 1’indium enri-

chi, a des intervalles de temps n’excédant pas cinq

minutes : ainsi les effets de variation de tempe-

rature 6taient nettement moindres que les erreurs

statistiques de mesures, qui sont de l’ordre de

0,5 mK. L’étalon était éclairé par un collimateur de 100 cm de distance focale muni d’une fente de 20 mm x 2 mm (nettement plus grande que celle du spectrographe), une image de la decharge pro- duite dans la cavite de la cathode creuse 6tant pro-

jet6e sur cette fente : 1’etalon était diaphragme à

10 mm. La lentille qui projetait l’image de la

cathode creuse sur la fente du collimateur d’étalon était fixe et le passage de la lampe a indium naturel 4 la lampe a indium enrichi se faisait simplement

en plaçant la lampe d6sir6e sur un support fixe, opération facile, les lampes a cathode creuse 6tant

seell6es. Cette methode 6vite le risque d’erreur sys-

tématique inherent a la methode utilisant des

sources fixes et un systeme de miroirs pour choisir la source ; de telles erreurs sont dues a une illumi- nation in6gale de 1’etalon donnant des d6place-

ments si 1’etalon n’est pas parfaitement réglé ; avec

le systeme de miroirs toute illumination in6gale a

tendance a se repeter systématiquement alors qu’avec les lampes interchangeables de telles diffe-

rences sont, non seulement moins probables, mais

aussi moins systématiques.

Pour les mesures sur les raies ultra-violettes, le spectrographe etait un appareil Hilger à optique

de quartz avec une distance focale de 60 cm. Les lames d’étalon 6taient recouvertes d’aluminium ayant une transmission d’environ 10 % a ces lon-

gueurs d’onde. Une épaisseur d’6talon de 20 mm

était utills6e, donnant un intervalle spectral libre

de 250 mK et une limite de resolution d’environ 20 mK. Le syst6me d’anneaux était projete sur la

fente du spectrographe au moyen d’un objectif quartz-fluorine de 70 cm de focale ; l’étalon etait

éclairé au moyen du collimateur decrit pr6c6dem-

ment a propos des raies visibles. Pour les raies

visibles, c’est une 6paisseur d’6talon de 10 mm qui

a ete choisie, comme 6tant la plus favorable pour la structure hyperfine. La raie 4 101 A a quatre composantes a 0,281,381 et 662 mK ; avec un inter-

valle spectral de 500 mK elles donnent quatre composantes bien separees a 0, 0,32, 0,56 et 0,76 ordre. La raie 4 511 A a six composantes 4 0, 37, 59, 222, 281 et 318 mK et ainsi il n’y a pas de superposition d’ordres ; la compcsante a

222 m K est de beaucoup la plus forte et est suffi-

samment bien s6par6e de sa voisine a 281 mK

pour qu’il n’y ait pas de difficult6 de mesure a cette

proximite. Pour les raies ultraviolettes, c’est une 6paisseur de 20 mm qui a ete choisic ; les raies

3 256 et 2 710 A ont une structure non r6solue d’environ 120 mK, soit un peu moins que la moiti6 de l’intervalle spectral, alors que la raie 3 039 A a

deux composantes s6par6es de 393 mK, ce qui 6quivaut a 1,55 ordre, de telle sorte qu’elles sont

a peu pres 6galement espac6es et dispos6es de façon favorable pour la mesure.

La distance focale de 100 cm a ete choisie pour les raies visibles a cause de la haute dispersion lin6aire, rendue n6cessaire par leur structure hyper- fine ; 1’echelle, avec cette distance focale, permet

de mesurer toutes les ccmposantes dans un ou deux ordres, tout en plaçant le centre des anneaux

au centre de la fente afin de pouvoir mesurer les

diam6tres des franges. La distance focale plus

courte a 6t6 utilis6e pour les raies ultraviolettes, de

(4)

façon a augmenter l’éclairement ; une 6chelle plus petite pourrait etre utills6e pour ces raies, puisque

la seule structure hyperfine r6solue est celle due au large doublet de 3 039 A. Cette distance focale, plus courte, a aussi 1’avantage de permettre d’effee-

tuer plus de comparaisons de longueurs d’onde sur chaque clich6.

LA LAMPE A CATHODE CREUSE.

-

Le detail de la

lampe est indique sur la figure 1. Elle consiste

essentiellement en trois parties : :l’ensemble catho-

FIG. 1.

La lampe a cathode creuse.

dique C, l’anode A, et le tube lateral t2 contenant

du charbon active (refroidi a azote liquide) pour maintenir la puret6 du gaz porteur. L’ensemble cathodique est compose d’iin tube de verre T, de

10 cm de long et de 3 cm de diametre, a la partie

inférieure r6tr6cie duquel est soude un cylindre

creux en cuivre c1, ferme vers le bas, dont le dia-

m6tre int6rieur est de 12 min et la longueur de

3 cm. A l’int6rieur de ce cylindre s’adapte exac- tement, de f acon a donner un bon contact ther- mique, un cylindre massif d’aluminium c2, perc6

d’un trou de 5 mm de diametre et de 15 mm de

long qui forme reellement la cavite cathodique. La paroi int6rieure de ce cylindre porte un pas de vis dans lequel peut venir se visser une longue tige

d’acier afin de pouvoir mettre en place le cylindre

d’aluminium et le retirer du cylindre de cuivre. La

cathode est couverte d’un disque plat d’aluminium

d, perc6 d’un trou central de 7 mm de diametre.

L’anode est un cylindre de cuivre de diam6tre

16g6rement inférieur a celui du tube de verre de

]’ensemble cathodique. Il s’6tend vers le bas jus- qu’h 2 cm du couvercle de la cathode et vers le haut a 1,5 cm au-dessus de Fextremite sup6rieure du cylindre de verre. A l’extrémité supérieure, il porte

une embase plate sur laquelle est pic6in6e une

fenetre en silice fondue W, et un tube lateral t.1,

dans lequel s’adapte le tube de pyrex auquel sont

fixés le tube tz contenant le charbon active et le

robinet R, pour fermer la lampe apr6s I’avoir vid6e et remplie du gaz porteur. L’ensemble est rendu étanche par trois joints de piceine : pientre I’anode

et le tube de verre, p z entre 1’anode et la f enetre,

P3 entre le tube de pyrex et 1’ajustage lateral de

1’anode.

Ce type de lampe se comporte de façon tres satis- faisante quand on le refroidit a 1’eau ou a I’azote

liquide. Pour refroidir a 1’eau, on immerge la lampe jusqu’au joint de piceine entre 1’anode et le

tube de verre ; la lampe peut fonctionner de façon

continue jusqu’h 150 mA sans échauffement du

joint Pl. Pour refroidir a l’azote liquide, on immerge seulement jusqu’à 1 cm au-dessus de la soudure verre-cuivre et on 6vite le refroidissement excessif du joint de piceine, ce qui risquerait de le fissurer, au moyen d’un 16ger courant d’air com- prime. La lampe fonctionne ainsi de façon satis-

faisante jusqu’à 50 mA ; on n’a pas utilise de cou-

rant plus intense car le refroidissement a 1’az0te

liquide cesserait d’etre plus actif que le refroidis-

sement a 1’eau, et pourrait meme l’être moins. Les

joints de piceine donnent toute satisfaction ; apr6s remplissage du tube, on peut le faire fonctionner

pendant des dizaines d’heures sur une période de plusieurs semaines sans avoir besoin de le remplir

de nouveau.

Une s6rie d’exp6riences preliminaires a d’abord

ete faite en laissant la lampe connectee au syst6me

de pompage de façon a determiner les meilleures conditions pour la nature et la pression du gaz

porteur, la methode de refroidissement, le courant

admissible et les temps de pose. Pour ces exp6- riences, on plagait dans la cavite cathodique une

masse de 80 mg d’indium naturel, 6gale a la masse

d’indium enrichi disponible. Le neon fut trouve satisfaisant comme gaz porteur ; on peut le purifier

avec du charbon active refroidi a l’azote liquide et

il reste pur sans circulation. La pression optimum

pour 1’emission du spectre de l’indium n’est pas

critique : elle est comprise entre 3,5 et 5,0 mm de

mercure. L’intensité des raies de r6sonance de l’in- dium croit rapidement avec le courant, que la

lampe soit refroidie a 1’eau ou a 1’azote liquide. Le

courant le plus favorable est de 40 mA pour 4 511, 4 101, 3 258 et 3 039 A et de 60 mA pour 2 710 A ;

en dessous, l’intensit6 tombe rapidement, et au- dessus, bien que l’intensit6 continue a croitre plus

vite que le courant, les effets de l’autoabsorption

commencent a apparaitre, ce qui se manifeste par

un élargissement des composantes hyperfines et

par un nivellement de leurs intensites. Des mesures

approximatives des intensites des quatre compo- santes de la raie 4 101 A ont montre qu’avec un

courant de 50 mA (refroidissement a l’eau) leurs intensites different de moins de 20 % des inten-

sit6s th6oriques.

(5)

462

II a ete decide d’opérer avec Ie refroidissement a 1’eau plut6t qu’h l’azote liquide. Le refroidissement a l’azote liquide pourrait sembler preferable a pre- mi6re vue puisque la largeur des raies (visibles) est

d’environ 25 mK au lieu de 40 mK avec le refroi- dissement a 1’eau ; mais, en fait, cette augmenta- tion de largeur est avantageuse bien qu’elle donne

une erreur statistique plus grande, parce qu’elle

6vite avec certitude les erreurs syst6matiques dues

a un melange incomplet des doublets isotopiques.

C. V. Jackson [8] a montre que le m6lange complet (c’est-a-dire le fait que la position mesur6e corres- pond exactement au centre de gravite des deux composantes non r6solues) ne se produit que pour

une largeur de raie au moins 6gale a trois fois 1’ecart du doublet non r6solu. Dans le cas present

ou 1’ecart presume est de 10 mK, une largeur de

raie de 25 mK serait plut6t faible pour donner un

m6lange complet, alors qu’une largeur de 40 mK

suffit amplement.

OBTENTION DES INTERFEROGRAMMES POUR LES COMPARAISONS DE LONGUEURS D’ONDES.

-

La me- thode generale utilis6e pour obtenir les series de clich6s n6cessaires aux comparaisons de longueurs

d’ondes consiste a faire des series de photographies

altern6es avec une lampe a indium naturel et une

lampe a indium enrichi, se suce6dant aussi rapi-

dement que le permettent le temps de pose et le

temps n6cessaire pour changer de lampe. Le

nombre de poses qu’il est possible de faire sur une

meme plaque est tres grand dans le cas des deux

raies visibles pour lesquelles on utilise le spectro- graphe Littrow ; en effet, il est possible de d6placer

lat6ralement la raie en agissant sur la vis 6talonn6e qui commande la rotation du demi-prisme ; on

donnait un deplacement de 2 mm equivalent à

deux fois la largeur de fente, et comme la raie la plus voisine (une raie du neon) est A 25 mm, il est

possible de faire ainsi 12 poses ; trois series de cette sorte pouvaient etre faites grace au deplacement

vertical de la plaque. L’ouverture de 1’etalon était de 1 cm ; des clichés, correctement exposes, du systeme de franges 6taient obtenus en une minute pour 4 511 A et 2 minutes pour 4 101 Å ; ; l’avan- tage de cette faible ouverture est qu’elle minimise

les erreurs provenant d’une illumination in6gale de

l’étalon entre les differentes poses.

Des mesures preliminaires ont montre que 1’erreur statistique de mesure des quatre compo-

santes de 4 101 Aetait approximativement 0,5mK;

pour la raie 4 511 A, elle était du meme ordre pour la composante forte a 222 mK, mais au moins deux

fois plus grande pour les autres composantes qui,

mal s6par6es les unes des autres, 6taient difficiles à

mesurer. Il fut done decide de mesurer les depla-

cements des quatre composantes de 4 101 A, mais

seulement celui de la composante la plus forte de

4 511 A, a 222 mK.

En raison de la distance focale relativement

grande (100 cm) de la lentille qui projette le sys-

teme de franges sur la fente, les composantes hyper-

fines de ces raies n’apparaissent que dans un ou deux ordres, de telle sorte qu’on ne peut faire qu’une ou deux comparaisons de longueur d’onde

sur chaque interferogramme pour les quatre com- posantes de 4 101 A et seulement une pour la

composante forte de 4 511 A. Pour 4 101 A une

s6rie consiste en une photographie faite avec

l’indium naturel, suivie d’une seconde faite avec

1’indium enrichi et une troisi6me faite de nouveau avec l’indium naturel. Nous avons fait 48 series de cette sorte ; la deviation moyenne du déplacement

pour chaque composante est 1,0 mK et 1’erreur probable est ainsi 0,2 mK, ou, pour la moyenne des

quatre composantes, 0,1 mK. Pour 4 511 A, qui

n6cessitait un temps de pose d’une minute, ou meme moins, une s6rie co.nsistait en trois photographies

faites avec l’indium naturel, suivies de cinq faites

avec l’indium enrichi et de trois autres faites avec

l’indium naturel. Nous avons fait aussi 16 series ; la

deviation moyenne du déplacement est 0,4 mK et ainsi, l’erreur probable est de nouveau de l’ordre de

0,1 mK.

La figure 2a est une courbe microphotometrique

des franges de 4 101 A donnees par l’indium

naturel, et la figure 2b montre les franges donr ees

par l’indium enrichi. On peut voir au mieux

1’accroissement de longueur d’onde sur la figure 2b d’apr6s la diminution d’intensité de la tache cen-

trale. Les composantes marquees A, B, C et D sont

les composantes a 0, 281, 381 et 662 mK. Si l’ordre de la frange centrale de A est n, la premiere frange

de D est dans l’ordre (n + 1), B et C sont dans

l’ordre n, la frange exterieure de A est dans l’ordre

(n - 1) et la frange exterieure de D est dans l’ordre n.

Les figures 3a et 3b sont les courbes microphoto- metriques des franges de 4 st i Adonnies respective-

ment par 1’indium naturel et par I"indium enrichi.

L’accroissement de longueur d’onde dans le second

cas peut se voir par le comblement du minimum central. La frange la plus voisine du centre, b + c, est le melange non resolu des composantes 37 et 59 mK, la frange d est la composante bien reso-

lue 222 mK, e est la composante 281,mK, la compo- sante 318 mK apparaissant comme un « épaule-

ment » f a peine resolu ; a’ est la composante 0 mK

dans l’ordre imm6diatement inf6rieur et (b + c)’ est

le mel ange 37-59 mK dans le meme ordre.

L’erreur statistique de mesure pour les raies ultraviolettes est nettement plus grand que pour les raies visibles ; elle est de 1,5 mK pour les deux

composantes (r6solues) de 3 039 Å, 1,6 mK pour le m6lange 3 252 A et 3,0 mK pour le melange

2 710 A. En raison de la distance focale plus

courte de l’objectif, de la longueur d’onde plus

petite et de la plus grande 6paisseur de l’étalon, il

(6)

FIG. 2.

Courbes photometriques des franges de 4 101 A donn6es (a) par l’indium naturel, (b) par l’indium enrichi en 1131n.

FIG. 3.

Courbes photométriques des franges de 4 511 A donnees (a) par l’indium naturel,

(b) par l’indium enrichi en ’131n.

(7)

464

est possible de mesurer quatre franges de chaque’

cote du centre ; on peut ainsi faire soit huit, soit

douze comparaisons de longueur d’ondes dans

chaque s6rie due- poses, consistant en deux poses faites avec l’indium naturel, soit deux, soit trois

poses faites avec 1’indium enrichi et deux autres poses avec le naturel. Sept series de cette sorte furent faites avec 3 039 A (avec mesure des deux

composantes), huit series avec 3 252 A et dix avec

2 710 A ; les deviations moyennes furent 0,7 mK

pour 3 039 Å, 0,7 mK pour 3 252 Å et 1,0 mK

pour 2 710 A, donnant ainsi des erreurs probables respectivement de l’ordre de 0,2 mK, 0,2 mK et

0,3 mK.

MESURES DES INTERFEROGRAMMES ET CALCUL DU DEPLACEMENT ISOTOPIQUE.

-

Les diam6tres des franges ont ete mesures au moyen d’un compa- rateur microm6trique visuel. Le calcul est simple puisque les ordres fractionnaires exacts corres-

pondant aux diamètres sont obtenus en divisant

les carr6s des diam6tres des anneaux par la cons- tante des franges obtenue a partir de la difference

des carr6s des diam6tres des franges d’une meme composante dans deux ordres successifs ; les ordres

fractionnaires sont convertis en nombres d’onde en

divisant par le double de l’épaisseur de 1’etalon 2t.

Le deplacement entre les raies donn6es par 1’indium enrichi et celles donn6es par 1’indium naturel, est

alors trouve en comparant la moyenne des valeurs du nombre d’onde, donn6e par les poses faites avec

l’indium enrichi, avec celle des poses faites avec

l’indium naturel, avant et apr6s celles faites avec

l’indium enrichi.

Pour obtenir le déplacement isotopique à partir

de ces deplacements, il faut encore multiplier les deplacements observes par un facteur determine à

partir de l’analyse de l’indium naturel et de

l’indium enrichi, facteur qui vaut

oA x et x’ sont respectivement le pourcentage de

113In dans 1’indium naturel et l’indium enrichi, y

et y’ 6tant les pourcentages correspondants de

115In. La valeur pour l’indium naturel est 4,1 %

de 113 In, valeur probablement sure. Les valeurs

donn6es pour l’échantillon enrichi par Atomic

Energy Research Establishment, Harwell, lors de

la fourniture 6taient 49,7 + 0,1 % de 113In, ce qui

donne un facteur 6gal a 2,20. Mais des mesures

directes du deplacement isotopiques avec les com- posantes des deux isotopes, r6solues avec le jet atomique en absorption (voir introduction et

§ suivant) exigeaient une valeur 1,74 pour obtenir la valeur correcte du déplacement, a partir du deplacement mesure entre les raies de 1’iridium enrichi et celles de l’indium naturel. Cette valeur de k correspond a une teneur de 61,5 % en 113In ;

une analyse faite subsequemment au Commisariat de 1’Energie Atomique, à Saclay, de 1’6chantillon utilise dans la cathode creuse donna des valeurs

comprises entre 60 % et 64 % en 1131n. Apr6s la

communication de ces resultats a Atomic Energy

Research Establishment a Harwell, il y fut procédé

a une nouvelle analyse de la meme preparation

d’indium enrichi. Le nouveau résultat fut 61,5 + 0,1 % 113In ; le résultat precedent 6tant attribue

a une contamination de 1’6chantillon au cours de

l’analyse. La possibilite d’une inhomogénéité ou

d’une difference des 6chantillons est exclue, puisque, au cours des operations chimiques, la pr6- paration d’indium enrichi était dissoute dans un

acide. Il apparait alors que la premiere analyse

faite a Harwell était erron6e, et qu’il faut prendre

la valeur k == 1,74 obtenue par la methode pure- ment spectroscopique, correspondant a une compo- sition en bon accord avec l’analyse faite a Saclay

et avec la nouvelle analyse faite a Harwell.

Dans le tableau I figurent les deplacements

mesures entre les raies donrées par 1’indium naturel et les raies donnees par l’indium enrichi

en 113In. Dans le cas de 4 101 A, la valeur donn6e

est la moyenne des valeurs trouv6es pour les

quatre composantes, alors que pour la raie 3 039 A

c’est la moyenne des valeurs trouv6es pour les deux

composantes r6solues ; pour la raie 4 511 A c’est celle de la plus forte composante seulement, alors

que pour les raies 3 256 A et 2 710 A elles sont relatives au centre de quatre composantes hyper-

fines non r6solues. Le deplacement isotopique

s’obtient en multipliant ces valeurs par le facteur 1,74. Dans tous les cas, les raies de 131In sont d6-

plac6es vers le rouge.

Dans le tableau II figurent les deplacements

mesures s6par6ment sur les quatre composantes

de A.

A titre de contr6le de 1’exactitude des mesures, les separations des composantes hyperfines de A ont 6t6 calcul6es a partir des mesures des

diam6tres des franges. Les valeurs trouv6es sont donn6es dans le tableau III, en meme temps que les mesures faites en absorption avec un jet ato- mique multiple a haute collimation, qui peuvent

etre considereescommecorrectes 0,1 mKpres.

(La correction qui devrait etre faite pour tenir

compte de la presence de 4 % d’113In n’a pas 6t6

faite ; elle s’616ve seulement a 0,05 mK pour la

composante 662 mK, et est proportionnellement plus petite pour les autres.) L’accord est tres satis-

faisant pour les deux raies les plus fortes, 0 et

662 mK ; moins pour les autres, en parti-

culier pour la composante 381 mK, ce qui n’est pas étonnant, puisque, sur un certain nombre de

cette raie n’est pas suffisamment pos6e. De plus, dans ce travail, aucune precaution sp6ciale

n’a ete prise a Regard des erreurs

proven ant de la non de la dispersion,

(8)

465 TABLEAU I

TABLEAU II

TABLEAU III

puisqu’elles seraient a peu pres 6gales pour les deux types (naturel et enrichi) et n’affec-

teraient pas Ie dans ces mesures, les

erreurs peuvent etre de 1’ordre de 0,5 mK.

Si les composantes non r6solues des deux iso-

topes n’6taient pas suffisamment m6lang6es, cela pourrait donner lieu a deux sortes d’erreurs systé- matiques : 1’une, due a 1’effet de l’autoabsorption,

tendant a exagerer l’influence de l’isotope rare sur

la position du centre de gravite observe, et l’autre,

due it un d6but de résolution, tendant a la reduire.

Le rapport entre la largeur des raies et leur s6pa-

ration doit cependant avoir 6t6 suffisamment grand

pour 611miner ces effets, puisque les courbes photo- metriques des raies donnees par l’indium naturel sont de forme identique 4 celles des raies donn6es par 1’indium enrichi. On pouvait s’y attendre 6tant

donne que le rapport largeur/séparation est de quatre, alors qu’il suffit de la valeur trois pour donner un mélange complet (voir p. 462 plus haut).

Il n’y a pas d’effet de vieillissement : une s6rie de mesures de deplacements, sur les raies 4 511 et

4 101 A, faite au d6but de 1’experience, donne des

resultats en accord avec ceux d’une autre s6rie faite a la fin, dans les limites de 1’erreur probable.

OBSERVATIONS EN ABSORPTION AVEC LE JET ATOMIQUE.

-

Des experiences préliminaires, uti-

lisant l’absorption par trois jets atomiques, avaient

montre que si la collimation des jets est assez

faible pour permettre une absorption observable de

l’isotope 113, les raies sont trop larges pour etre

r6solues ; il fut donc decide de tourner cette diffi- cult6 en augmentant le nombre effectif des jets jusqu’a neuf au moyen d’un systeme de miroirs

concaves (decrit ailleurs), obligeant la lumiere a traverser trois fois chacun des trois jets. Avec une

collimation de 15 : 1 et une densite des jets aussi

6lev6e que possible, on observe une aile a peine

r6solue du cote des grandes longueurs d’onde de la composante 662 mK de la raie 4 101 A. La reso- lution est tres faible, ce qui rend difficile une

rnesure exacte de la separation de l’aile : deux

photographies mesurables ont ete obtenues, la

meilleure donnant une separation de 9,3 mK et la

moins bonne de 7,8 mK. Bien qu’on ne puisse pas

beaucoup se fier a ces mesures, puisque la mesure

de la separation d’un satellite faible a peine resolu

a une tendance a donner une valeur trop faible,

1’ecart entre ces valeurs et la valeur 11,9 mK

trouv6e a partir des deplacements de raies entre

1’indium naturel et l’indium enrichi et de la pre- mi6re analyse de l’indium enrichi faite a A. E. R. E.

semble trop grand.

Il fut donc decide d’essayer d’observer l’absorp-

tion d’un jet atomique d’isotope enrichi. La raie 4 101 A fut choisie ; sa force d’oscillateur est moins grande que celle de la raie 4 511 A, mais

cette derni6re est plus faible en absorption parce

qu’une plus faible proportion d’atomes se trouve

sur le niveau inf6rieur de cette raie, situ6 à

2 200 K au-dessus de 1’etat fondamental. La quan- tit6 d’indium 113 enrichi disponible était de

150 mg. Un e experience prelimin aire fut faite avec

l’indium naturel, en plagant 130 mg dans un tube a jet atomique simple en silice fondue, avec un

diametre int6rieur de 15 mm et une collimation de 8 : 1 ; on utilisait les miroirs permettant a la

lumi6re de passer trois fois a travers le jet. La

source donnant le fond continu était une lampe à

cathode creuse refroidie à 1’eau, aliment6e avec le

courant le plus élevé compatible avec l’absence

de renversement (100 mA avec le n6on comme

gaz porteur). L’interferometre était un double

etalon ; 1’element mince avait une 6paisseur de

1 cm et des lames recouvertes de 5 couches alter-

(9)

466

n6es, sulfure de zinc-cryolithe, et 1’element 6pais

avait une separation de 5 cm et 7 couches di6lec-

triques ; l’intervalle spectral libre était de 500 mK et la limite de resolution d’environs 4 mK. Le temps de pose était de 6 minutes.

Le tube a jet atomique était chauff6 par un four extérieur a resistance de platine ; dans les condi-

tions normales, avec quelques grammes d’indium dans le tube en silice, on obtenait une bonne absorption de toutes les quatre composantes de

4 101 A, avec une collimation de 8 : 1 et une tem-

p6rature de 850 °C, mais il apparut probable qu’avec une plus petite quantite d’indium, en

raison de la reduction de la surface d’évaporation,

une temperature plus 6lev6e serait necessaire et

qu’il faudrait clever progressivement cette temp6-

rature au cours de l’op6ration afin de maintenir constante la vitesse d’evaporation. Il en fut bien ainsi ; en augmentant la temperature a raison de

100 par minute, il était possible d’obtenir une

bonne absorption pendant 20 minutes dans l’inter- valle 900-1 I00 °C. L’absorption était bonne pour les deux composantes fcrtes, passable pour la

composante intermediaire, et faible pour la compo- sante la plus faible. Les rapports d’intensité 6tant

2,7 : 1,7 : 1 : 2,7 il apparut qu’avec un melange a parties 6gales des deux isotopes, les deux compo- santes les plus fortes donneraient une absorption

observable des composantes isotopiques r6solues puisqu’elles seraient plus fortes que les compo- santes les plus faibles dar s le cas de l’indium naturel.

Le meme procédé fut done applique avec

l’indium enrichi. La pression de Fair dans l’étalon était ajust6e de façon a faire apparaitre la compo- sante 0 mK au voisinage du centre du syst6me d’anneaux, et aupres d’elle, l’autre composante forte. 662 mK, afin d’obtenir la plus grande dis- persion pour ces deux composantes, puisqu’il n’y

avait que peu d’espoir d’obtenir une absorption

observable pour les composantes faibles. Comme

pr6vu, on peut observer l’absorption dans les composantes fortes sur les poses faites entre 900 et 1 080 OC, la pose faite entre 960 et 1 020° mon-

trant une absorption légèrement plus forte que les deux autres faites de part et d’autre de ces deux limites. Les doublets 6taient juste résolus, la reso-

lution etant tout 4 fait tangente dans le cas de la composante 0 mK ; mais les intensites n’étaient pas 6gales, la composante du cote des grandes lon-

gueurs d’ondes (due a 113In) 6tant notablement plus

forte que 1’autre, ce qui impliquait que la proportion

de 113In était sup6rieure a 50 %. Le rapport

d’intensité déduit des maxima d’absorption était

de l’ordre de 1,3 : 1 ; mais cette valeur, n’étant pas

corrig6e des effets de resolution incomplete et superposition des ailes qui s’ensuit, doit etre consi- d6r6e comme faible.

Les plaques 6taient mesur6es visuellement avec

le comparateur micrométrique. Les separations des

doublets des composantes 0 et 662 mK etaient mesur6es sur trois poses, et des deux côtés du centre du syst6me d’anneaux, donnant six d6ter- minations indépendantes. Les valeurs moyennes 6taient de 7,8 mK pour la composante 0 mK, et de 9,8 mK pour la composante 662 mK, avec des

variations statistiques respectives de 0,7 mK et 1,0 mK ; les erreurs probables 6taient de l’ordre de

0,5 mK, mais en raison de la faible resolution, il

reste une possibilite d’erreur systematique, qui peut porter 1’erreur probable a 1 mK. On peut, a partir de ces mesures spectroscopiques des s6pa-

rations des doublets isotopiques, d6duire, sans le

secours d’analyses isotopiques, le facteur de con-

version a utiliser pour calculer les deplacements isotopiques a partir des comparaisons de longueurs

d’ondes faites avec la cathode creuse. La valeur d6duite de la composante 0 mK est 1,64 et celle

H

FIG. 4.

-

Absorption du jet atomique de 1’indium enrichi en 119In. A est la composante a 0 mK, D celle a 662 mK. Les

il6ches indiquent les absorptions dues aux deux isotopes.

(10)

d6duite de la composante 662 mK est 1,83, avec

des erreurs probables de l’ordre de 0,1 a 0,2. La

valeur moyenne, 1,74, correspond 6 une abon-

dance de 61,5 % de 113In, avec une erreur pro- bable de l’ordre de 3 a 6 %.

Le facteur de conversion 1,74 a ete utilise pour d6duire les deplacements isotopiques faits avec la

cathode creuse. Ce facteur est, évidemment, tout

a fait independant de l’analyse isotopique (voir

p. 466 plus haut) bien qu’il concorde avec elle, les

valeurs correspondant a 60 % et 64 % de 113In

6tant respectivement 1,78 et 1,72.

La figure 4 est la reproduction d’une courbe microphotometrique d’un des interferogrammes ;

la resolution y est bien apparente ; mais l’obser-

vation visuelle est plus satisfaisante.

LES DEPLACEMENTS ISOTOPIQUES DES TERMES. - A partir des cinq raies pour lesquelles le depla-

cement isotopique a 6t6 determine, il est possible

d’obtenir des valeurs approch6es pour les depla-

cements isotopiques des trois ter’mes impliqués.

Dans les limites des erreurs, les deplacements pour les trois raies ultraviolettes sont egaux ; et les deplacements pour les termes 5 2P1/2 et 5 2P3/2

doivent etre a peu pres égaux parce que la diffé-

rence entre les d6p]acements pour les raies 4 101 et 4 511 A est inférieure a 1’erreur experimentale.

On doit s’attendre a ce que les deplacements pour les termes 5 s2 6d D soient beaucoup plus petits

que pour les termes 5 s2 5p P ; cette hypoth6se est appuy6e par la similitude des deplacements dans

les raies 3 256 et 2 710 Å, puisqu’on pr6voit pour le terme 5 s2 7d D un deplacement beaucoup plus petit que pour le terme 5 s2 6dD, et qu’en cons6-

quence le déplacement pour le terme 5 s2 6d D doit etre approximativement 6gal a la difference des

déplacements des raies 3 256 et 2 710 A, ce qui est

moins que 1’erreur probable de 1 mK. On peut

ainsi supposer que la majeure partie du depla-

cement dans les raies ultraviolettes est du aux

termes 5 P et est 6gal a environ 8 mK pour les deux termes, les termes correspondant a 113In

6tant les plus petits (les moins profonds). Le depla-

cement pour le terme 5 S doit etre de sens oppos6

a celui des termes P, puisque les deplacements pour

les raies 4 101 et 4 511 Å sont plus grands que pour les raies ultraviolettes ; il est de l’ordre de I m K.

RAPPORT DES MOMENTS MAGNÉTIQUES DE 115IN

ET 113IN.

-

Le rapport des moments magn6tiques

des deux isotopes peut etre calcule a partir des dif-

f6rences des déplacements isotopiques des quatre composantes de la raie 4 101 Å trouvées grace aux

mesures de deplacements faites avec la cathode

creuse, combin6es avec le facteur de conversion deduit des mesures faites avec le jet atomique, qui

sont donn6es dans le tableau II. Ce rapport peut

etre calcule a partir de la difference des d6place-

ments isotopiques de n’importe quelle paire de ces quatre composantes ; le rapport 115In : 113In est

6gal a (1 + a/A) : 1 ou 8 est la diff6rence des

déplacements isotopiques des deux composantes en question et A leur separation ; par exemple, pour les composantes 0 et 662 mK, a = 1,1 mK et

A = 662 mK. En supposant que les erreurs pro- bables pour les deplacements isotopiques des com- posantes sont 6gales, l’erreur probable sur la

valeur d6duite pour le rapport des moments magn6- tiques est inversement proportionnelle a A ; et;

pour trouver la valeur moyenne de ce rapport à partir des six combinaisons possibles des compo- santes, il faut donner aux valeurs individuelles des

poids proportionnels aux valeurs de A. La moyenne des six valeurs ainsi pondérée est 1,0020 : 1 ; la

deviation moyenne pondérée est 0,0009 et 1’erreur probable + 0,0004 ; on a ainsi un bon accord avec

la valeur donn6e par les microondes, 1,00213 : 1.

Ce rapport peut aussi etre determine (avec

moins d’exactitude) a partir des observations faites

avec le jet atomique, qui donnent a = 2,0 + 0,7

et A = 662 mK, d’ou le rapport 1151n : 1131n =

1,003 ::f= 0,001.

L’auteur est heureux de remercier le Pr Jac-

quinot d’avoir mis a sa disposition les moyens de

son laboratoire et de s’être constamment int6ress6

aux progres de cette recherche, ainsi que M. Gers- tenkorn d’avoir arrange avec Saclay l’analyse iso- topique de 1’indium enrichi, et M. J. Blaise pour de nombreuses et utiles discussions.

Manuscrit regu le 30 avril 1957.

BIBLIOGRAPHIE [1] JACKSON (D. A.), Proc. Roy. Soc., 1930, A128, 508 et

Z. Physik, 1933, 80, 59.

[2] SCHÜLER (H.) et SCHMIDT (Th.), Z. Physik, 1937, 104,

468.

[3] PASCHEN (F.) et CAMPBELL (J. S.), Ann. Physik, 1938, 31, 1.

[4] BACHER (R. F.) et TOMBOULIAN (D. H.), Phys. Rev., 1937, 52, 836.

[5] JACKSON (D. A.), J. Physique Rad., 1957, 18, 145.

[6] DEVERALL (G. V.), MEISSNER (K. W.) et ZISSIS (G. J.), Phys. Rev., 1953, 91, 207.

[7] JACKSON (D. A.), Phys. Rev., 1956, 101, 1425.

[8] JACKSON (C. V.), Proc. Roy. Soc., A 1933, 143, 124.

Références

Documents relatifs

Tracer en vert, la courbe représentative d’une fonction g définie sur [−2; 5] mais qui est non continue sur [−2; 5], cette courbe passant toujours par A, B et C ..?. Sur

A qui DUJARDIN verse-t-elle la T.V.A. collectée : C’est la TVA que l’on reçoit lors de la vente. déductible : C’est la TVA payée par l’entreprise sur ses achats et que

b) Détermine l’équation sinusoïdale qui représente le mieux le graphique en utilisant vos listes.. Le cœur pompe le sang partout dans le corps. Lorsque le sang quitte le cœur, il

[r]

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des

LE DÉPLACEMENT DES RAIES SPECTRALES EN RELATIVITÉ GÉNÉRALE 357 Nous proposerons dans le présent travail une variante de la méthode de Synge, basée sur le transport

Dans ce paragraphe, on va s’intéresser à la distance entre 0 (qui est un nombre très important) et un nombre (quelconque). Ceci découle directement de la définition

Une approche de filtrage alternative basée sur un sous-échantillonnage des points de données impliqués dans la reconstruction est proposée et permet, par tirages répétés d’avoir