Formation d'un jet moléculaire intense de mercure - Troisième partie

HAL Id: jpa-00212961

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00212961

Submitted on 1 Jan 1964

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.

Formation d’un jet moléculaire intense de mercure

-Troisième partie

Ch. Cassignol, F. Daniel

To cite this version:

85 A.

FORMATION D’UN JET

MOLÉCULAIRE

INTENSE DE MERCURE

TROISIEME

PARTIE

Par CH. CASSIGNOL et F.

_DANIEL,

Centre d’Études Nucléaires de

_Saclay,

France.

Résumé. 2014 Étude _au

spectromètre de masse de la condensation

_partielle

dans un jet moléculaire

de mercure, formé dans un

_dispositif

décrit dans deux articles antérieurs. Aucune condensation n’est décelée.

Abstract. 2014 Mass

_{spectrometric}

_study of the

_partial

condensation in _{molecular beams of mercury}

produced in a

_{previously described}

_set-up. No condensation can be detected.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE SUPPLÉMENT AU N° 6.

PHYSIQUE APPLIQUÉE TOME _25, JUIN _1964, PAGE 85 A.

Plusieurs travaux de ces dernières années sur

la

formation des

_jets

moléculaires intenses ont mis en

évidence le

_phénomène

de condensation

_partielle

dans le

_jet

_{[1, 2].}

Nous rendons

_compte

ici de l’étude

_{expérimentale}

du

_dispositif

_{décrit par} l’un

de nous

[3],

effectuée à ce

point

de vue

_particulier.

La méthode _que nous avons

employée

_pour dé-tecter la condensation dans un

_jet

moléculaire consiste à faire traverser _par une

_partie

ou la

tota-lité de celui-ci la source d’un

_{spectromètre}

de

masse. Dans certains cas on constate _{que le}

_spectre

de masse

_transporté

_{par le faisceau}

_ionique

est

identique

à celui

_qui

résulterait d’une alimentation normale de la source d’ions. Dans d’autres _cas, il

apparaît

une

_population

d’ions de masses

_plus

élevées, multiples

de la masse de l’ion « monomère ». On dit alors que le

jet

est

_{partiellement}

condensé.

Le

_jet

moléculaire

_transporte

une

_population

d’agglomérats

électriquement

neutres,

chacun étant formé par un nombre entier de molécules

primaires.

Ces

_agglomérats

sont ionisés dans la _source, donnant naissance à des ions

_polymères.

Comme il n’existe aucun _{moyen d’isoler} un

_polymère

neutre

_particulier

et d’étudier son

_spectre

de disso-ciation sous

l’impact

_{électronique,}

on ne

_peut

_pas affirmer que les

populations

des

_agglomérats

neutres et celles des ions

_polymères

sont

_identiques.

Cependant

l’apparition

d’une

_population

de

poly-mères

_chargés

_{électriquement}

est dans tous les cas révélatrice de l’existence concomitante _d’une popu-lation de

_polymères

neutres.

Il est _{essentiel que}

_{le jet}

moléculaire traverse la

source du

_{spectromètre}

de_ masse sans en toucher les

_parois,

_car, s’il en était

_ainsi,

une

_partie

des

agglomérats

se

réévaporerait

en donnant des

poly-mères inférieurs ou des monomères et la détermi-nation de la

_population

serait

_entachée

d’erreur

systématique.

On remarquera sur la

figure

_que la

fente de sortie du

_jet

moléculaire

_(qui

est aussi la fente de sortie des

_ions)

est

_{plus large (1 mm)}

_que

la fente d’entrée

_{du jet}

moléculaire

_(0,2

_mm).

Elle

est

_également

un _peu

plus longue.

Une difficulté notable

_peut

être redoutée a

_priori.

Nos

_expériences

concernent le mercure et _non, comme celles citées en

bibliographie

des molécules

plus

légères.

A moins d’utiliser un

_{spectromètre}

de

masse d’un encombrement et d’un

_poids

consi-dérables,

il est

_impossible

de se livrer à une

explo-ration étendue du

_spectre

de masse des

_polymères.

Compte

tenu du seul

_{appareil disponible}

et

suscep-tible d’être

_adapté

à notre

_dispositif

de formation

de jet moléculaire,

nous avons dû borner notre

exploration

à la détection de la masse

_200,

corres-pondant

à un atome de mercure et à la masse

_400,

correspondant

au « diatome » de _mercure,

simple-ment

_chargés.

Il est inutile de résoudre le

_spectre

de masse des

isotopes

du mercure. On

_peut

sacrifier sans incon-vénient la résolution au niveau des

_signaux

spectro-métriques.

Dans cette

_optique,

les

_diaphragmes

de définition à la source

et au

collecteur sont relati-vement

_larges

et la tension

_appliquée

au repous-seur d’ions est élevée

_(jusqu’à

30

_volts).

La

_figure

1 montre le fonctionnement du

spectro-mètre de masse et ses

particularités d’adaptation.

Le tube

_analyseur

est fixé à l’extrêmité du

dispo-sitif de formation

_{du jet,}

à l’endroit antérieurement

occupé

par le

piège

terminal. Les _{circuits de} pom-page

du spectromètre

ont été

supprimés,

l’évacua-tion étant _{l’oeuvre du pompage}

_général

du

dispo-sitif. La source d’ions est à l’intérieur du

dispositif,

sur le

_trajet

du faisceau. Le _{rayon de courbure} no-minal des

_{trajectoires ioniques}

est de 10 cm. L’in-tensité du

_champ

_peut

atteindre 6 000

_oersted,

ce

qui

a

_permis,

dans des conditions de

fonction-nement _{inoffensives pour} le

_{bobinage magnétisant,}

de détecter l’ion

_atomique

de mercure

_simplement

chargé

avec une tension d’accélération de 600 volts. Avec le même

_champ

_magnétique,

le « dimercure »

simplement

ionisé est détecté avec 300 volts

d’accé-lération.

86 A

Fie. 1. - Schéma de

principe

de

_{l’analyseur}

de _jet molé-culaire.

1 : _{Repousseur d’ions ;} - 2 : Filament émettant des

électrons ; - 3 : Électrode d’extraction ; - 4 : Demi-plaque ; - 5 : Électrode d’accélération ; - 6 et 7 :

Masses polaires.

Trajectoires ioniques : en traits _pleins.

Trajectoires atomiques : en traits _interrompus.

Les

_signaux

_{spectrométriques}

deviennent

indé-chiff rables _{pour des tensions d’accélération}

infé-rieures. C’est la raison pour

laquelle

nous n’avons

pas pu détecter de

polymère

de masse

_supérieure

à 400.

La source d’ions du

_{spectromètre}

de _{masse ;} du

type

classique

de Nier a été réalisée

spécialement

pour

l’analyse

du

jet

moléculaire de mercure.

Elle

_comporte

_{plusieurs particularités}

de cons-truction. En

_plus

de l’existence et de la

_disposition

des fentes d’entrée et _{de sortie pour le}

_{jet, déjà}

mentionnées,

elle est d’une structure très

_’aérée,

ceci

_permettant

une évacuation

_rapide

du résiduel. Le

_{champ magnétique}

auxiliaire est

_produit

_par

deux

_pièces

de

_Ticonal,

_{solidaires du corps de la} source. Nous avons dû renoncer _{à utiliser le} para-mètre

_classique

de

_réglage

_{constitué par}

l’orien-tation

_empirique

du

_champ

_magnétique

auxiliaire

appliqué

sur la source.

’

Le _repousseur

_d’ions,

dans

_lequel

la fente d’entrée

est

_{pratiquée reçoit l’impact}

du

_jet

moléculaire

doiit la section droite à cet endroit est

d’envi-ron 2 cm2. Cette section droite est _{déterminée par}

un

diaphragme

d’ouverture situé à

l’emplacement

précédemment occupé

par la croix C et maintenu

par

conséquent

à la

_température

d’ébullition de

l’azote. Le

_réglage

est fait

_quand

_l’appareil

est

plein

d’air,

le tube

_analyseur

du

_{spectromètre}

étant

enlevé et l’électroaimant reculé. On

_aligne

le centre

de la

_buse,

le milieu du

_diaphragme

d’ouverture et

les fentes de la source d’ions par visée

_optique.

Résultats. - Nous

avons

_{expérimenté}

l’orifice en

_paroi

mince décrit dans la

_{première partie}

et la

tuyère conique divergente

de 50 mm de

_longueur,

d’ouverture

_300,

décrite dans la deuxième. Les

résultats dont voilà l’essentiel ont été

_identiques.

Lors du

_{premier chauffage}

_{du mercure, les ions} de masse 200 et 100

_apparaissent

les

_premiers

(l’ion

de masse

_apparente

100 est _{constitué par} un

atome de mercure deux fois

_ionisé).

_Quand

la

tem-pérature

du four

_s’élève,

l’ion de masse 400

(2

Hg+) émerge

du bruit de fond. En même

temps

l’intensité des

_signaux

des masses 200 et 100

augmente

parallèlement.

L’intensité maximale du

signal

de la masse 400 est une fraction de pour cent

de l’intensité de la masse 200

_(la

_comparaison

est

faite sous une tension d’accélération de 300

_volts,

par

balayage

du

champ magnétique). Quand

on élève encore la

_{température,}

les masses 200 et 100 continuent de croître en

_intensité,

mais la masse

400 diminue et finit _par

_{disparaître complètement.}

Elle ne

_reparaît

_pas au refroidissement ni lors des

chauffages

ultérieurs.

Conclusions. -

L’apparition,

même

_fugitive,

de la masse 400 montre _{que l’ionisation du} «

dimer-cure o n’est pas

_accompagnée

d’une dissociation

totale,

et _{que la méthode} d’observation des

poly-mères

_neutres,

_pour

_imparfaite

_qu’elle

_soit,

est correcte dans son

_principe.

L’absence du dimercure dans

_{nos jet}

moléculaires

quand

les conditions de

_production

sont normales

semble _{prouver que} notre

_procédé

ne _provoque

aucune

condensation.

Les circonstances

d’appari-tion du dimercure nous semblent relever d’un état

préalable

de condensation

_partielle

_{de la vapeur.}

Rappelons

que ce

_phénomène

a été

_signalé

dans la

bibliographie

et est

_responsable

de la condensation

partielle des jets

obtenus par la méthode

classique

de l’effusion

_{moléculaire, également}

dans des condi-tions de

_température

modérées

_{[4, 5].}

Manuscrit reçu le 11 octobre 1 J63.

BIBLIOGRAPHIE

[1] BECKER _{(E. W.),} BIER _(K.) et HENKES

_(W.),

Z. _Physik,

1956, 146, 333.

[2] HENKES _(W.), Z. _{Natur f., 1961, 16} a, 842; 1962,17 a, 786.

[3] CASSIGNOL (C.), J. _{Physique, Suppl., 1963, 24,} 6 A et

1963, 24,109 A.

[4] FRASER _{(R. A.),} Molecular _{Rays, Cambridge,} at the

University Press,1931, p. 189 et 193.

[5] RAMSEY _{(N. F.),} Molecular _{Beams, Oxford,} at the