UTILISATION D'UNE DECHARGE EN CATHODE CREUSE COMME SOURCE D'ATOMES NEUTRES POUR LA SPECTROMETRIE DE MASSE A IONISATION RESONNANTE

(1)

HAL Id: jpa-00227010

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Submitted on 1 Jan 1987

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UTILISATION D’UNE DECHARGE EN CATHODE CREUSE COMME SOURCE D’ATOMES NEUTRES

POUR LA SPECTROMETRIE DE MASSE A IONISATION RESONNANTE

T. Berthoud, A. Briand, N. Khelifa, P. Mauchien

To cite this version:

T. Berthoud, A. Briand, N. Khelifa, P. Mauchien. UTILISATION D’UNE DECHARGE EN CATH-

ODE CREUSE COMME SOURCE D’ATOMES NEUTRES POUR LA SPECTROMETRIE DE

MASSE A IONISATION RESONNANTE. Journal de Physique Colloques, 1987, 48 (C7), pp.C7-

753-C7-756. �10.1051/jphyscol:19877185�. �jpa-00227010�

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JOURNAL DE PHYSIQUE

Colloque C7, supplkment au n 0 1 2 , Tome 48, dgcembre 1987

UTILISATION D'UNE DECHARGE EN CATHODE CREUSE COMME SOURCE D'ATOMES NEUTRES POUR LA SPECTROMETRIE DE MASSE A IONISATION RESONNANTE

T. BERTHOUD, A. BRIAND, N. KHELIFA

e t

P. MAUCHIEN

CEA/IRDI/DCAEA/SEA/SEACC.

Centre dlEtudes Nucléaires de Fontenay-aux-Roses, BP 6 , F-92265 Fontenay-aux-Roses Cedex.

France

Introduction

Les mesures i s o t o p i q u e s r e v ê t e n t un i n t é r ê t c a p i t a l dans l ' i n d u s t r i e n u c l é a i r e . E l l e s s e r v e n t notamment 3 :

-

C o n t r ô l e r l ' e f f i c a c i t é d e s u n i t é s i n d u s t r i e l l e s d ' e n r i c h i s s e m e n t i s o t o p i q u e .

-

V é r i f i e r la c o m p o s i t i o n i s o t o p i q u e d e s m a t é r i a u x n u c l é a i r e s .

-

S u i v r e l s é v o l u t i o n d e s c o m b u s t i b l e s n u c l é a i r e s au c o u r s de l e u r F r r a d i a t i o n d a n s l e s r é a c t e u r s .

Notre l a b o r a t o i r e d6veloppe l a S p e c t r o m é t r i e de Masse 3 I o n i s a t i o n Résonnante (RIPIS] a v e c l e d o u b l e ob j e c t i f de s i m p l i f i e r l e s mesures i s o t o p i q u e s d ' é l é m e n t s p r é s e n t s d a n s d e s mélanges e t de mesurer l e s t r è s p e t i t s i s o t o p e s . La t e c h n i q u e R I M S a s s o c i e l e s c a r a c t e r i s t i q u e s de grande s é l e c t i v i t é é l é m e n t a i r e e t s e n s i b i l i t é dues 3 l a p h o t o i o - n i s a t i o n r é s o n n a n t e e t l a s é l e c t i v i t é i s o t o p i q u e due au système d i s - p e r s i f en masse.

Au c o u r s de p r é c é d e n t s t r a v a u x ( 1 ) nous avons u t i l i s é une s o u r c e thermique d ' a t o m i s a t i o n : 1' b c h a n t i l l o n à é t u d i e r e s t déposé

( q q pg) s u r un f i l a m e n t de Rhenium p r o g r e s s i v e m e n t c h a u f f é

a

une t e m p é r a t u r e v o i s i n e de 2 0 0 0 K. Les atomes a i n s i p r o d u i t s s o n t s é l e c - t i v e m e n t p h o t o n i o n i s é s p a r un l a s e r a c c o r d a b l e en f r é q u e n c e (QUA?JTEL DATACBROII 5 0 0 0 ) e t i s o t o p i q u e m e n t s é p a r é s p a r un s e c t e u r magnétique.

Dans c e s c o n d i t i o n s e x p é r i m e n t a l e s nous avons m i s en é v i d e n c e que :

-

La vapeur a t o m i q u e p r o d u i t e p a r v a p o r i s a t i o n thermique e s t t r è s largement c o n s i t u é e d s e s p & c e s atomiques dans des é t a t s é n e r g é t i q u e s t r è s é l e v é s .

-

Le rayonnement émis p a r l e f i l a m e n t c o n t r i b u e aux pro- c e s s u s de p h o t o i o n i s a t i o n .

Ces phénomènes c o m p l i q u e n t c o n s i d é r a b l e m e n t l s i n t e r p r é t a - t i o n de s p e c t r e s R I M S e t r e n d e n t d i f f i c i l e s l e s é t u d e s s p e c t r o s c o p i - q u e s ( 2 ) .

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19877185

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JOURNAL DE PHYSIQUE

DANS L E BUT DE L E S E L I H I N E R NOUS AVONS DWELOPPE ONE SOUR- C E D'ATOWISATION QUI P R O D U I T UN J E T ATOUIQUg COLLIHATE A PARTIR D'UNE DECHARGE S N CATHODE CREUSE (3)

Dans cette communication nous présentons nos premiers résultats d e R I M S sur Un jet atomique d'uranium.

Montage expérimental

Pompe

--t Sco?e

Analyseur A champ magnétique

-

KT, , ^KT ^:hautes t e n s i o n s 2

M.E : n u l t i p l i c a t e u r d ' 6 l e c t z o n s

Traceur

0

^A ^:amplificateur

Resultats

A

591,s nm le

signal

RmS

d e

2 3 8 ~

est particulièrement intense.

Il correspond

à l'ionisation d'atomes d'Uranium dans l'état

O

fondamental

par

absorptions successives d e

3

photons laser.

Inlenril& signal RIMS

Longueur d'onde Inm) Spectre RIMS d e 138U'a partir dela vapeurd'atomes neutres produits parune décharge en calhode creuse

P Ar = 0,s mbar

-

I décharge = 50 mA

(4)

X L ' i n t e n s i t é du s i g n a l RIMS e s t proportionnelle à l a d e n s i t é dvatomes dans l e j e t . Cette d e n s i t é c r o î t fortement pour d e s courants de décharge i n f é r i e u r s à 150 mA ; au d e l à de c e t t e valeur e l l e 3ugmente t r è s peu.

Intensité du signal RIMS de 'WJ' e n fonction du courant de décharge de la cathode creuse.

Pression Ar = 0,5 rnbar

-

^Aexc⁼^591,5^nm

E laser = 3 rnJlpulse

La densité d'atomes tend vers une limite indépendamment de la valeur de la pression du gaz porteur.

Dn

note que le processus d'atomisa- tion est plus efficace aux faibles pressions. Ceci s'explique par le fait que pour ces pressions la différence de potentiel aux bornes de la décharge est plus élevée.

Conclusion

NOS RESULTATS MONTRENT QUE :

-

Le j e t atomique c o l l i m a t é p r o d u i t a p a r t i r de l a d é c h a r g e en c a t h o d e c r e u s e s o u s f a i b l e p r e s s i o n de gaz c o n s t i t u e une s o u r c e d ' a t o m i s a t i o n t r è s s t a b l e .

-

^Lesm e i l l e u r s c o n d i t i o n s de f o n c t i o n n e m e n t ( e f f i c a c i t é , t e m p é r a t u r e . ..) s o n t o b t e n u e s p o u r de f a i b l e s c o u r a n t s de d é c h a r g e ( - 5 0 m A ) e t 3 b a s s e p r e s s i o n de g a z ('0,3 mb).

A V E C C E TYPE D E S O U R C E D'ATOMES NOUS ENVISAGEONS D'EFFECTUER DES

ÉTUDES SPECTROSCOPIQUES TELLES QUE :

-

Etude de d i f f é r e n t s shémas de p h o t o i o n i s a t i o n .

-

E t u d e d e s d i s t r i b u t i o n s é n e r g é t i q u e s d e s p o p u l a t i o n s a t o m i q u e s

(5)

C7-756 JOURNAL DE PHYSIQUE

-

M e s u r e s de d é p l a c e m e n t s i s o t o p i q u e s .

+

^p= 0,28 mbar

.

^p⁼^0.4^mbar

A p = 0.68 mbar

Signal RIMS 0J.a)

I

^A ^.

40 80 120 160 200

Courant décharge im A)

-

Intensité du signal RIMS de usU' en fonction du courant d e I

décharge d e la cathode creuseet pour différentes pressions ^{0 2} ^0.4 ^0.6 Presston Ar ^0.8

de gaz Ar

-

^Aexc⁼^{591,s nm} (mbar)

(E laser

-

³^mJ) Intensité du signal RlMS de "SU* en fonction rle la pression de Ar dans la décharge pour différentes valevrs du courant de décharge

-

^Aexc⁼^591,s^nm

( 1 ) A . B R I A N D

-

R é a l i s a t i o n d ' u n a p p a r e i l l a g e d e S p e c t r o m ~ t r i e d e M a s s e 3 I o n i s a t i o n R é s o n n a n t e : A p p l i c a t i o n

a

l ' é t u d e

s p e c t r o s c o p i q u e e t a n a l y t i q u e d e t e r r e s r a r e s . Mémoire CNAM

-

^PARIS ^1986.

( 2 ) JM.GAGNE

-

^T.^BERTHOUD

-

^{A .} ^BRIAND.

Q u a s i RIMS o f Gd1 f o r w a v e l e n g t h r a n g e 430-450 nin

C o m m u n i c a t i o n a u T h i r d I n t e r n a t i o n a l Symposium on R é s o n a n c e I o n i z a t i o n S p e c t r o s c o p i e a n d i t s a p p l i c a t i o n s

-

^SWANSEA

-

^{7 - 1 2}

S e p t . 1986.

( 3 ) D ' a p r è s l e m o d è l e p r o p o s é p a r P. BABIN e t J.M. G A G N E . R e v . of S c i . I n s t r u m . 5 7 ( 8 )

-

P a r t . 1. P . 1 5 3 6 ( 1 9 8 6 ) .

Nous r e m e r c i o n s l e P r . JM. GAGNE ( E c o l e P o l y t e c h n i q u e d e M o n t r é a l ) p o u r s a c o n t r i b u t i o n à c e t t e é t u d e .