ANALYSE SPECTROMETRIQUE DE LA LUMIERE EMISE A L'ANODE PENDANT L'EFFET D'ANODE DANS L'EUTECTIQUE KCl-LiCl

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Submitted on 1 Jan 1971

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ANALYSE SPECTROMETRIQUE DE LA LUMIERE EMISE A L’ANODE PENDANT L’EFFET D’ANODE

DANS L’EUTECTIQUE KCl-LiCl

Pierre Mergault, Jean-Claude Valognes

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Pierre Mergault, Jean-Claude Valognes. ANALYSE SPECTROMETRIQUE DE LA LUMIERE EMISE A L’ANODE PENDANT L’EFFET D’ANODE DANS L’EUTECTIQUE KCl-LiCl. Journal de Physique Colloques, 1971, 32 (C5), pp.C5b-43-C5b-44. �10.1051/jphyscol:1971569�. �jpa-00214788�

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ANALYSE SPECTROMETRIQUE DE LA LUMIERE EMISE A L'ANODE PENDANT L'EFFET D'ANODE DANS L'EuTECTIQUE KC1-LiC1

Pierre MERGAULT et Jean-Claude VALOGNES

Groupe de Physique des Liquides Ioniques, Laboratoire de Physique Générale, Tour 12,

9 , Quai Saint-Bernard, F-75-PARIS-5ème

Résumé.- adaptation de la thdorie de Griem en spectroscopie des plasmas au cas où règne un champ électrique Stark E dans le plasma et l'hypothèse d'un gradient de température (4600 à 5600'~) permettent de retrouver par le calcul des profils de raies qui sont en bon accord avec les profils expérimentaux observés.

Abstract.- Griem's plasma spectroscopy theory is adapted for a plasma per- turbed by a Stark field 3. This thecry and the hypothesis of a temperature gradient (4600 to 5600'~) permits the calculation of line shapes which are in good agreement with the experimental observed profiles.

L'électrolyse des halogénures fondus est dans le plasma. Pour chaque couple de va- perturbée par l'effet d'anode (e.a.) quand leurs possible de la température T et de la la densité de courant anodique atteint une densité électronique Ne , nous avons calcu- valeur critique; une des caractéristiques de lé les profils de chaque composante des 1'e.a. est l'apparition d'étincelles sur raies isolées en utilisant les valeurs de l'anode. Nous avons adapté 1'e.a. pour pou- j(x) associées aux quantités (2) :

voir faire l'étude spectroscopique de la lu- A - h o - d

X =

W , ^où.A est la longueur d'on- mière émise en augmentant la densité anodi-

que de courant pour que la luminance soit de de la composante considérée perturbée suffisante et en utilisant un bécher en par .Ë seul.

quartz transparent permettant l'observation Le profil global de la raie s'obtient directe de l'kmission lumineuse anodique. alors en sommant les divers profils obtenus,

Une étude préliminaire de 1'e.a. dans compte tenu de leurs forces respectives:

l'eutectique KC1-LiC1 a déjà été présentée J t'(xi)

L(W) = c l < a ; 1 P ( ~ ) l ~ > 1 2

ailleurs (1); au moyen de la théorie des ai+P

perturbations, le champ constant Stark pro- duisant des déplacements des raies des atomes de Li et de K égaux à ceux des maxima des profils était évalué à 120 à 350 k~/cm, marge qui montrait l'insuffisance de cette considération.

La théorie de Griem en spectroscopie des plasmas (2) s'est également révélée insuffi- sante, car, si on se contente des trois hy- pothèses " ~ r c à la pression atmosphèrique -

Neutralité globale du plasma

-

Loi de Saha valable", les microchamps électronique et ionique correspondant aux températures plau- sibles ne sont pas assez importants pour rendre compte de l'apparition de raies in- terdites et des déplacements et élargisse- ments observés des raies permises,

Nous avons donc adapté cette théorie au cas où un champ électrique constant E règne

où les fonctions d'onde a; , P sont des com- binaisons linéaires, à déterminer pour chaque valeur de m2

.

de celles des niveaux non perturbés, induites par Ë (on tient compte de l'influence de la géométrie de l'arc, pour la direction d'observation adop- tée, sur les importances respectives des composantes Stark TT et a).

Pour une tension d'alimentation de 80 V et une intensité de courant d'électrolyse de 8 A , ^E= 130 kv/cm. Pour obtenir simul- tanément pour les raies 3d-Qp, 4s+2p de Li et les raies 5pa4s de K des profils théori- ques résultants proches des profils expéri- mentaux, il faut en outre admettre l'exis- tence dans l'arc, du bain à l'anode, d'un gradient de température de 4600 à 5600.K.

Vu la faible épaisseur de l'arc (environ 6 4 on considère la variation de T comme linéai-

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1971569

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C5b-44 P. MERGAULT E T J. C . VALOGNES

re en fonction de la distance. Nous avons donc, pour chaque raie, pondéré les profils

obtenus pour onze températures également es- pacées de 4600 B 5600°K par la densité d'atomes dans l'état fondamental, av,ant de les ajouter pour obtenir le profil théorique final (le plasma a été considéré optique-

ment mince): voir figures 1, 2 et 3. _/^!_I^I Les conditions autres que la valeur de _/.'/' E règnant dans l'arc sont indiquées par le ^,'/ ^/

tableau suivant (N, pour Li,

NA

^pour^K,^sont _I _l _I _l _I _l _- _(A)

les densités d'atomes dans l'état fondamental) :

Taux d'ionisation

T( *K) Ne(el/m3) ~ ~ ( m ' ~ ) N;(m')) de Li de K Fig.1.- Profils 4s+2p de Li.

4600 6,28.10~~ 1 , 2 1 5 . 1 0 ~ ~ 0,23.10 0,014 0,164 4'100 6,86.10~~ 1,225. 102" O, 197.10 24 0,018 0,189 4800 7,62.10~~ 1,16.10 24 0 , 1 8 5 . 1 0 ~ ~ 0,022 0,212 24 0 , 1 8 . 1 0 ~ ~ 0,026 0,234 4900 8 , 5 4 . 1 0 ~ ~ 1, 12.10

2 4

5000 9,4‘j.10~~ 1,08.10 24 0,17.10 0,031 0,258 24 0,166.10 2 4

5100 1,05.1oP3 1,04.10 0,037 Oy28 1 0 ~0,16.10 ~ 24 0,044 0,293 5200 1,13. 1 0 ~ ~

5300 l,26.l0~~ 0,96.10 24 0 ~ 1 5 . 1 0 ~ n4 0,051 0,331 1' /

5400 1,37.1023 0,92.10 24 0,144.10~~' 0,059 0,356 / ./' '\

./

^'^\

5500 i,50. 1 0 ~0 ~ 8 8 . 1 0 ~ ~ ~ O, 137.10 24 0,068 0 , 3 8 4 -

5688 1,60.10~~ 0,84.18

*'+

^0,13.10^{2 4} ^0,078 ^0,4109 _{$ 2}Î Î _sⁱ _%Î ₂

z % 4 s s z &

Remarquons que la validité du LTE et la Y “ p l i i l t présence de E impiiquent, si on néglige le

rôle des chocs forts, des libres parcours moyens électroniques de l'ordre de 1 8 , ^va-

leur encore compatible avec l'approximation d'impact pour les chocs électrons-atomes.

La grande valeur de la fréquence de ces col- lisions (de l'ordre de 4 . 1 0 ~ ~ s-l) fait que la distribution des vitesses &lectroniques reste maxwellienne (3) malgré l'action de 'il.

BIBLIOGRAPHIE

Fig.2.- Profils 3d+2p de Li.

[II

L.DAVID, D.E.S., Paris, 1966.

P.MERGAULT et al., C.R.Acad.Sci.Paris, 1968, 266C, 11.276.

[2J H.R.GRIEM, Plasma Spectroscopy, Mc. Graw Hill, 1964.

[ 3 J SHKAROFSKY, JOHNSTON et BACHYNSKY, The particle kinetics of plasmas, Addison-Wesley, 1966.

Fig.3.- Profils 5p+4s de K.

Légende commune aux trois figures : Profil expérimental;

----Profil théorique résultant avec champ ;Ë!

,--, Profil théorique résultant sans champ 3.