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Submitted on 1 Jan 1971
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ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE DE LA RAIE 4471,48 Å DE HeI
J. Chapelle, G. Coulaud, C. Deutsch, C. Diatta, M. Sassi
To cite this version:
J. Chapelle, G. Coulaud, C. Deutsch, C. Diatta, M. Sassi. ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMEN-
TALE DE LA RAIE 4471,48 Å DE HeI. Journal de Physique Colloques, 1971, 32 (C5), pp.C5b-151-
C5b-153. �10.1051/jphyscol:19715107�. �jpa-00214681�
O
€ T U E THEORIQUE ET EXPERIMENTALE OE LA RAIE 4471.48 A DE He1 o t
J i c h a p e l l e x , G. c o u l a u d o , Ci O e u t s c h
,
Ci 0 i e t t a X e t M, s a s s i O ' c e n t r e d e R e c h e r c h e s d e s H a u t e s T e r n p B r a t u r e s,
4 5-
O r l B a n s ,O ~ . ~ . ~ .
,
F a c u l t é d e s S c i e n c e s d e P a r i s VI,
7 5-
P a r i s . ' p h y s i q u e d e s P l a s m a s , F a c u l t B d e s S c i e n c e s,
91-
Orsay.Nous comparons les p r o f i l s t h B o r i q u e s e t e x p B r i m e n t a u x o b t e n u s p o u r l a r a i e -3 2 P-4 Q d e He1 B l a r g i e ' p a r les i o n s e t l e s B l e c t r o n s d ' u n e d é c h a r g e d e n s e (N = 6 x 1 0 ~ ~ e - m 1.
L ' e x p B r i e n c e m o n t r e q u e l t i n t e n s i t é a u minimun e n t r e l e s d e u x p i c s est eouse%timBe p a r l e f o r m a l i s m e d ' i m p a c t ,
A b s t r a c t
We compare t h e t h e o r e t i c a l a n d t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s f o r t h e S t a r k - b r o a d e m d 2 P-4 Q He1 l i n e e m i t t e d by a d e n s e d i s c h a r g e ( ~ ~ = 6 ~ 1 0 ~ ~ e - m ' ~ ] . The minimun b e t w e e n t h e t w o p e a k s a p p e a r t o b e u n d e r e s t i m a t e d by t h e i m p a c t f o r m a l i s m .
1. INTRODUCTION
L ' B t u d e d e s r a i e s p a r t i e l l e m e n t d B g 6 n B d e s [2]
,
t e n a n t compte d e l a p e r t u r b a t i o n B l e c t r i q u e 2P-4Q d e He1 B l a r g i e s p a r les i o n s e t l e s B l e c - d e s s o u s - n i v e a u x 1n,R) ( r e s p . ( n ' , j l l . W(F) e s t l a t r o n s d ' u n e d e c h a r g e s u f f i s m e n t i o n i s 6 e a f a i t f o n c t i o n d e d i s t r i b u t i o n du m i c r o c h a p i o n i q u e . L e srécemment l ' o b j e t d e nombreux t r a v a u x t h e o r i q u e s é l é m e n t s d e m a t r i c e d e 1 ' o p 6 r a t e u r B l e c t r o n i q u e o n t [l]
[
21, [a],
c e t i n t 6 r ë t q a t . m o t i v 6 p a r l a u n e p a r t i e d e l l e p r o p o r t i o n n i l l e 1 zf o r t e i n f l u e n c e d e s c o l l i s i o n s B l e c t r o n i q u e s s u r a
l a f o r m e d e c e s r a i e s , De nunbreux e x p 6 r i e n c e s
1
O$ C ~ ~ ( L , % ) G 6
- A ( " , " ) ] .CJ G . ,
121[4],
CS],
[6] s o n t en c o u r s p o u r t e s t e r l e s c a l -c u l s . J u s q u e B p r B s a n t , l a c o n f r o n t a t i o n T h B o r i e
-
e t une p a r t i e i m a g i n a i r e p r o p o r t i o n n e l l e b r E x p B r i e n c e s ' e s t l i m i t e e B d e s v a l e u r s r e l a t i v e - ( OD%
e - ~ k ( &,=) - ~ ( o ,
")],,
, 131ment m o d é r é e s d e l a d e n s i t e B l e c t r o n i q u e O
6 6 JY 6
(Ne
;
2 x 1 0 1 6 e - ~ n - ~ i , e t d ' i m p o r t a n t s d B s a c c o r d s 2où Y mv /2kTe
,
a = wit,/wRR,,
b = uia,omaxfi,
s o n t a p p a r u s a u v o i s i n a g e d e l a r a i e i n t e r d i t e
2P-4F. Nous n o u s p r o p o s o n s d ' é t e n d r e c e t t e con- c = pmin/Pmax a v e c 8 = r ~ r r ~ m ~ ~ " ~ , L E S COU-
2 2
f r o n t a t i o n B d e s v a l e u r s p l u s B l e v B e s d e Ne, e n p u r e s pmin e t pmax s o n t t e l l e s q u e pmin*n-tl/mV e t
OD
r a f f i n a n t l e f o r m a l i s m e d ' i r n ~ a c t e t e n m e s u r a n t d e l i m I d z A ( z . a z ) / z = O. C e t t e d e r n i b r e r e l a t i o n m a n i b r e p r B c i s e l e rayonnement d'un jet d e plasma
c71
II. FORMALISME D'IMPACT
Le c a l c u l t h B o r i q u e d e s i n t e n s i t é s est b a s 4 s u r l ' e x p r e s s i o n
[II,
[2]Z+O O 2 1 / 2
d o n n e pmax 1 , 1 2 3 A D a v e c Xo= (kTe/4nNee 1 ,
L e s f o n c t i o n s d e B l a r g i s e e m e n t et d e dBplacement A ( z , z t l et B ( z , z ' ) p e u v e n t i t r e e x p l i c i t B e s B l ' a i - de d e s f o n c t i o n s d e B e s s e l m o d i f i é e s d e s e c o n d e e s p b c e [2]
,
[3],
[8].
La p e t i t e c o n t r i b u t i o n d e s c o l l i s i o n s f o r t e s a v e c p < pmin e s t i n c l u s e d a n s l e c a l c u l d e l ' E q , 1 1 ) .J u s q u ' B p r é s e n t , d i f f é r e n t e s a p p r o x i m a t i o n s o n t é t é u t i l i s 6 e s p o u r l e c a l c u l d e s r a i e s 2P-40
[l]
,
[3]. Grim Cl] B v a l u e l e s Eq, ( 2 1 et 131 B l ' a i d e d e l a l i m i t e hydrogBnolde, v a l a b l e b h a u t e a v e c R,
v e c t e u r p o s i t i o n d e l ' é l e c t r o n o p t i q u e , t e m p B r a t u r 8 , a l o r s q u e B a r n a r d e t c o l l . [3] Bva- Hn 1 r e s p . H,,, 1 r e p r é s e n t e l e H m i l t o n i e n s t a t i q u e l u e n t ( 3 1 nunBriquement e t p r e n n e n t un d o u b l eArticle published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19715107
J. CHAPELLE
e f f e t d ' é c r a n . t e l q u e p
max
-
1 , 1 2 3 AD/Ve. De p l u s , c e s c a l c u l s u t i l i s e n t d e s a p p r o x i m a t i o n s supplémen- t a i r e s p o u r 1 ' B v a l u a t i o n d e s p a r m b t r e s a t o m i q u e s e n p r é s e n c e d e c h a n p B l e c t r i q u e . l e s q u e l l e s n'e s o n t a c c e p t a b l e s q u e p o u r les c o n s t a n t e s S t a r k [9], m a i s non p o u r l e s p r o b a b i l i t B s d e t r a n s i t i o n . T o u t e s c e s l i m i t a t i o n s s o n t Q l i m i n B e s d ' u n r é c e n t c a l c u l d e s r a i e s 2P-40, B m i s e s e n p r B e e n c e d ' u n champ magnBti- q u e f o r t [IO], a v e c l ' a i d e d e l a t h é o r i e d e s p e r - t u r b a t i o n s d é g 6 n B r é e s e t d ' e x p r e s s i o n s a s y m p t o t i - q u e s p d c i s e s p o u r A e t B.I n t r o d u i s a n t c e s a m 6 l i o r a t i o n s p o u r l e c a s d e l ' e f f e t S t a r k p u r , n o u s s m e s e n m e s u r e d ' é v a l u e r l a p r é c i s i o n d e s c a l c u l s a n t Q r i e u r s Cl],
C31
I I I . P R 0 F I L EXPERIMENTAL
0
L a r a i e 4471,5 A d e He1 a é t B o b s e r v e e d a n s un j e t d e p l a s m a d ' h é l i u n f o n c t i o n n a n t B l a p r e s s i o n a t m o s p h é r i q u e
Ci]
J l a d e n s i t e é l e c t r o n i - q u e Ne s u r l ' a x e d u j e t est Ne = 6.10 l 6 cm-3 c o r r e s p o n d a n t b une t m p B r a t u r e T = 20.000°K, p o u r une p u i s s a n c e B l e c t r i q u e d i s s i p 6 e d a n s l ' a r c P-
1 0 kwe t un d e b i t d ' h 8 l i u n d e 1 2 t/mnl
Los observations.epactcmsc~p1ques e o n t f a i t e s a u moyen d ' u n s p e c t r o m b t r e A r é s e a u du t y p e E b e r t - F a s t 1 6 a y a n t un p o u v o i r d e r é s o l u t i o n e f f e c - t i f R = 150.000 J l a l u n i h r e é m i s e p a r l e plasma e s t m o d u l e e e t d B t e c t Q e p a r un p h o t o m u l t i p l i c a t e u r s u i v i d ' u n e m p l i f i c a t e u r s y n c h r o n e .
La d i s t r i b u t i o n r a d i a l e d e d e n s i t e b l e c - t m n i q u e ( F i g u r e 1 ) est d B t e r m i n 6 e I n d B p e n d m e n t d e 1 ' E T L a v e c une e r r e u r r e l a t i v e ANe/Ne < IO %, B p a r t i r . d e l e B l a r g i s s m e n t S t a r k d e l a r e i e
O
3 8 8 8 , 6 5 A d e H e l , d o n t l e p r o f i l est o b t e n u en cha- q u e p o i n t d u j e t p a r t r a n s f o n a t i o n d ' A b e l
p]
,B i e n q u e l e p l a s m a n e s o i t q u e p a r t i e l l e - ment e n E T L [7]
,
l a l o i d e S a h a a p p l i q u é e a p a r - t i r d u f o n d m e n t a l p e n e t d e d e d u i r e l a d i s t r i b u t i o n r a d i a l e d e t e m p B r a t u r e d e l a d i s t r i b u t i o n d e d e n s i - t 6 6 l e c t r o n i q u e a v e c un B c a r t r e l a t i f AT/T n 5 %.I l est d i f f i c i l e d ' o b t e n i r d e m a n i b r e p r é c i s e l e p r o f i l d ' u n e reie e t en p a r t i c u l i e r les a i l e s e n c h a q u e p o i n t d u p l a s m a p a r t r a n s f o n a t i o n d ' A b e l J
a u s s i . a v o n s - n o u s prBfB1-4 c a l c u l e r b p a r t i r d e s pa- r m b t r e s d ' B l a r g i s s m e n t l e p r o f i l t h B o r i q u e d ' u n e r a i e Brnise l e l o n g d ' u n d i m b t r e d u p l a m a e n te- n a n t compte d e l a r B p a r t i t i o n d e d e n s i t é é l e c t r o - n i q u e et d e t e m p B r e t u r e d u j e t p o u r l e c o m p a r e r
-
Figure 1-
e n s u i t e a u p r o f i l e x p é r i m e n t a l l
L ' i n t e n s i t é I[AX) e n un p o i n t d u p r o f i l d e l a r a i e s ' é c r i t r
R
IiAX) - 2 1 c[AA,r) d r
O
a v e c AX = X-Xo, e t A. : l o n g u e u r d ' o n d e d e l a r a i e non p e r t u r ù B e .
Le c o e f f i c i e n t d ' é m i s s i o n s p e c t r a l c (AX, r 1 p e u t s e m e t t r e s o u s l a f o r m e r
o[AA,r) = K N m ( r l F @ , N i [ r ) , N e [ r ) ,
~ ~ ( r g
a v e c K = f a c t e u r c o n s t a n t n e d e p e n d a n t q u e d e l ' a - tome c o n s i d B r 6 , N m [ r ) = p o p u l a t i o n du n i v e a u s u p é - r i e u r rn d e l a t r a n s i t i a n .
P o u r les t e m p B r a t u r e s [ T > 16000°K1 et les d e n s i t é s B l s c t r o n i q u e s Ne
2
1 0 l 6 d u j e t , 1'ETL r e l a t i f e n t r e l e s n i v e a u x s u p é r i e u r s est r é a l i s 6 B p a r t i r d e m 2 3 J c o n n a i s s a n t l a d i s t r i b u t i o n d e d e n s i t é B l e c t r o n i q u e e t d e t e m p é r a t u r e , on o b t i e n t l a p o p u l a t i o n N m d u n i v e a u m e n c h a q u e p o i n t d u p l a s m a e n u t i l i s a n t l a l o i d e S a h a a p p l i q u é e & p a r - t i r d e c e n i v e a uF [ A A N ~ ( ~ ) , N e [ r ) ,
~ ~ [ r g
est l e p r o f i l n o r m a l i s é d e l a r a i e t e l q u eimm
F d l-
1 ,ETUDE THEORIQUE E T EXPERIMENTALE D E LA RAIE 4471.48 A DE He1
Nous avons p r i s s o i n de v é r i f i e r que l a r a i e n ' e s t pas autoabsorb6e dans l e plasma 8 l a po- s i t i o n des deux maxima e t d u minimun de l a r a i e B l a r g i e a é t é r e p é r 6 e p a r r a p p o r t à l a r a i e non dé- p l a c é e Bmise p a r une l a n p e B h é l i u n basse p r e s s i o n .
1V.CONFRONTATION THEORIE-EXPERIENCE
La F i g u r e 2 m o n t r e l e p r o f i l expérirnen- t e l r 6 s u l t a n t de p r o f i l s é16mentaires pondér6s s u r l a d i s t r i b u t i o n r a d i a l e de l a F i g u r e 1. Les p r o f i l s t h 6 o r i q u e s s o n t pondérés de l a mame manibre. Les r b s u l t a t s d i s p o n i b l e s [ e t moins nombreux) de Cooper e t a l [3] s o n t également r e p r o d u i t s . L ' a c - c o r d a p p a r a l t bon e n t r e l e s t r o i s courbes p o u r l a d e m i - l a r g e u r e t l a fonne de r a i e au v o i s i n a g e de l a r a i e permise 2P-40. Ayant p r i s p
max
-
1,123 AD,nos v a l e u r s t h é o r i q u e s se t r o u v e n t au-dessous de c e l l e s de Cooper e t a l [3]
,
au v o i s i n a g e de l a r a i e i n t e r d i t e e t ces deux c a l c u l s y r e p r o d u i s e n t m o i n s b i e n l a forme de r a i e . L e p l u s g r a n d désac-c o r d e s t l o c a l i s é au minimun e n t r e l e s deux p i c s , un r é s u l t a t dB13 c o n s t a t é p o u r des d e n s i t e s B l e c - t r o n i q u e s p l u s f a i b l e s [43,
[SI,
161. Une é v a l u a - t i o n t r b s r é c e n t e [9] de l ' e f f e t S t a r k de ~ e ~ # ! ~ f f f a u d r a i t p e u t - B t r e i n c l u r e l e s é t e t s 50-G dansb
1 1 0 p 6 r a t e u r d ' i m p a c t , ce q u i r a p p r o c h e r a i t l e s deux p i c s e t c o m b l e r a i t p a r t i e l l e m e n t l e creux.
,,*i
Unita arbitraire 1( A I
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