Ionisation thermique d'un corps possédant un niveau métastable

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Submitted on 1 Jan 1966

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Ionisation thermique d’un corps possédant un niveau métastable

A. Pozwolski

To cite this version:

A. Pozwolski. Ionisation thermique d’un corps possédant un niveau métastable. Journal de Physique,

1966, 27 (7-8), pp.427-428. �10.1051/jphys:01966002707-8042700�. �jpa-00206422�

427

IONISATION

THERMIQUE

^{D’UN CORPS}

^POSSÉDANT

^{UN NIVEAU}

^MÉTASTABLE

Par A.

POZWOLSKI,

Docteur de l’Université de Paris.

Résumé. 2014 La densité

électronique

^d’un

plasma thermique

peut ^être considérablement

augmentée

^{si des atomes} métastables sont

présents.

^{On a}

généralisé l’équation

^{de Saha en}

considérant un gaz formé de deux classes d’atomes

qui

^ne diffèrent que par leur niveau d’éner-

gie

fondamental suivant le modèle

proposé

par L. E. Brewer ^et W. K.

McGregor.

^{Le calcul}

de l’ionisation ^se fait _par la méthode des

multiplicateurs

^de

Lagrange

^en

appliquant

^{la méca-}

nique statistique classique

de Maxwell-Boltzmann au

mélange

gazeux considéré.

Abstract. ²⁰¹⁴ The electron

density

^{of a thermal}

plasma

may be

considerably

enhanced if metastable atoms are present.

The Saha

equation

^{has been}

generalised considering

a gas

composed

^{of two} classes of atoms which differ

only by

^{their zero level}

accordingly

^{the model}

suggested by

L. E. Brewer and W. K.

McGregor.

Ionisation is

computed by

the method of

Lagrange multipliers applying

Maxwell-Boltzmann statistics to the gasecus mixture considered.

LE JOURNAL ^DE PHYSIQUE ^TOME 27, JUILLET-AOLT 1966, : ¹

La

présence

d’atomes dans des états métastables facilite

beaucoup

l’ionisation d’un _gaz. La durée de vie de ^ces états est de

plusieurs

millisecondes et

peut

même atteindre la seconde

[3].

Les atomes métastables

peuvent

^être

engendrés

par excitation

thermique

^{mais il est évident} que l’ionisation

d’équilibre

^ne

peut

^{alors être autre} que celle donnée _par

l’équation

^{de Saha. Nous consi-}

dérons,

^{dans ce}

qui suit,

^un gaz ^{rare contenant}

No

atomes neutres,

Mo

^atomes

métastables, Xe

élec- trons,

Yo

^ions

provenant

^{des atomes} neutres,

Y~

^ions

provenant

^{des atomes}

métastables,

^{toutes ces}

espèces ayant

^une

énergie cinétique

de translation

qui correspond

^{à la}

température

^{T. Les atomes}

métastables ont été

engendrés

^{à une}

époque

^anté-

rieure par ^une excitation telle _que le bombardement du _{gaz par} des

particules atomiques

^{et on considère}

le

mélange

gazeux résultant

(désigné

^{dans ce}

qui

^suit

par ^« le

système »)

^{durant un}

temps

^{assez court} pour que ^son état

puisse

^{être considéré comme station-}

naire. Suivant un modèle

développé

par L. E. Brewer

et W. K.

McGregor [1]

^nous considérons le

système

comme formé _par deux _gaz

différents, appartenant

à deux classes

distinctes,

la classe 11 formée par ^les

atomes neutres et les ions

qui

^{en dérivent et la}

classe B formée _par les atomes métastables et les ions

qui

^{en dérivent.}

Le nombre de

complexions présentées

^{par le sys-}

tème considéré est dans la

statistique

^{de Maxwell-}

Boltzmann :

Go, Cm, Gi, Ge, désignant

^les

poids statistiques

^et

Ni, Xi, Y~, Y~

^{les nombres d’atomes neutres,}

métastables,

d’électrons et d’ions de

quantité

^de

mouvement

comprise

^entre pi ^et pi

+ dpf.

On a d’ailleurs

W étant le volume

occupé

par le

système

^et g le

poids statistique

^{inhérent à la structure} interne de la

particule

considérée.

Les conditions de contrainte sont :

conservation de

l’énergie.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01966002707-8042700

428

La méthode des

multiplicateurs

^de

Lagrange

donne :

On sait d’ailleurs

que ~

^{= 1}

f kT

et, ^en

intégrant

sur tout

l’espace

des moments, il vient

relations

équivalentes

^{à :}

formules

qui généralisent l’équation

^{de Saha}

lorsque

des

espèces

métastables sont

présentes.

Considérons par

exemple

^le

krypton ^Vi

^.---

13,99 volts, l’m

⁼

10,51

volts. Avec une excitation extérieure le

rapport

peut atteindre 10-3 ^{tandis que le}

rapport

des f acteurs

exponentiels e-e(Vi-Vm)/kT le- Vi/kT

vaut 1035 à 1 500 oK

~1).

On voit donc _que l’ionisation du _gaz

provient

presque exclusivement des atomes métastables intro-

duits,

^ainsi

Y~ ~ ^Xe

^ce

qui permet

^{de mettre}

(1)

sous la forme :

ne et n~,

désignant respectivement

^les concentrations des électrons et des atomes métastables.

(1)

Cette valeur énorme

provient

^{de ce} que les niveaux métastable et d’ionisation du

krypton

^{sont très} rappro- chés et de ce que la

température

considérée est relati- vement basse.

Manuscrit _reçu le 15 mars 1966.

BIBLIOGRAPHIE

[1]

^BREWER

(L. E.)

^{et McGREGOR}

(W. K.),

^Phénomènes

d’ionisation dans les gaz. 6e Conf. Int.

Paris, 8-13 juillet 1963, t. 1,

p. 263.

[2]

^BIONDI

(Manfred A.),

^{Atomic collision} process,

University college, London,

^22-25

juillet 1963,

North Holland Publ.

Comp.,

^Amsterdam

1964, p. 491-509.

[3]

^KENTY

(C.), Opt. cit., p. 1133-1139.