MESURE DE LA DENSITE ELECTRONIQUE Ne ET DE LA TEMPERATURE T D'UN JET DE PLASMA D'HELIUM

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Submitted on 1 Jan 1971

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MESURE DE LA DENSITE ELECTRONIQUE Ne ET DE LA TEMPERATURE T D’UN JET DE PLASMA

D’HELIUM

J. Chapelle, C. Diatta, A. Sy

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J. Chapelle, C. Diatta, A. Sy. MESURE DE LA DENSITE ELECTRONIQUE Ne ET DE LA TEM- PERATURE T D’UN JET DE PLASMA D’HELIUM. Journal de Physique Colloques, 1971, 32 (C5), pp.C5b-34-C5b-35. �10.1051/jphyscol:1971565�. �jpa-00214784�

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MESURE D E LA DENSITE ELECTRONIQUE Ne ET D E LA TEMPERATURE T D'UN JET D E PLASMA D I H E L I U n J. Chapelle, C. Diatta, A. Sy.

C.N.R.S.-C.R.P.H.T. et Fecultb des Sciences, 4 5

-

OrlBans-02 Sommaire

On 6tudie sur un jet de plasma d l H b l i u m (Ne 1 6 1 ~ ' ~ c m - ~ et ~120.0000~) l'in- fluence dee bcarte à 1'ETL eur l a determination de l a densite dlectronique et de l a temp6rature par les méthodes epectroecopiques classiques.

Abetract

We study in a Helium plaema jet ( N e i 6 10' 6 c ~ 3 and ~ o 2 0 . 0 0 0 ~ ~ ) the influ- ence of ETL diecrepancies on the meaeurements of electronic density and temperature by classical spectrographie methods.

1

-

Introduction

Lee profile d e s raies isolbee de eont autoabaorbéee, l e critère d 1 ~de L l1ii6lium et plue particulièrement des raiee Griem [2J pour un plasma d1H61iumi dane une hydrogbnoïdee (4471

1

et 4921

A )

6largiee par gamme de temperature compriee entre 1 5000°K effet Stark suscitent actuellement un vif et 20000°X fournit une densite Blectronique intdrat parmi les astrophysiciens ; cepen- critique N e 2 1 0 ~ ~ c r n - ~ bien superieure B l a dant une confrontation fructueuse entre l a densite maximum N e 2 6 10'~cm-~ d u jet.

théorie et 11exp6rience exige une connais- L a distribution radiale de densite 6180- eance précise des caract6Èietiques d u plas- tronique (fig.1) a 6th determinee inddpen- ma, ce qui ne v a pae eane poser quelquee damment de 1'ETL d'aprèe l a largeur B mi-

O

difficultbe de diagnostic, compte tenu dee hauteur de l a raie 3888,6A dont l e profil densitee Blectroniquee dlevbee n6cessaires est obtenu e n chaque point d u jet par dene l e cas de 1'HBlium 1L 116tablissement transformation d'Abel à partir de l a dis- de l'équilibre thermodynamique local (ETL). tribution traneversale d'intensit6

Nous 6tudions dane cette communication l'i- pour l e calcul de Ne, noua avons utilise fluence des Bcarte B 1'ETL sur l a determi- les largeurs thdoriques de Grini [2] corri- nation des paramètres d'un jet d e plasma g6ea expbrimentalement p u Greig et aï

M.

d1H61ium. (densite dlectronique Ne, temp6- rature T ) par les m6thodea apectroecopiques classiques.

II

-

Dispositif expérimental L e jet de plasma d1H61ium eet produit B l a pression atmoephdrique a u moyen d'un chalumeau à plaema

[d

^;^1'HBlium

après avoir travers6 un arc 6lectrique dclatant entre une cathode e n tungstène thori6 (1.2% de hor ri-) et une anode pro- fil68 e n forme d e tuyère debouche à l'air libre sous forme d'un jet de plaema coni- que ayant un diametre de base d 2 5 m m et une hauteur h=lOmm ; l a densite blectroni- que sur l'axe est N e 9 6 corree- pondant à une tempdrature T920.000°K pour une puissance dlectrique dieeipee dane l'arc P=l O kW et un debit dlHblium de 12&

III

-

Mesure de l a densitd Blectro- nique et de l a temperature Lorsque lee raies de r6sonance

L1E'I!L relatif entre les niveaux 41e- v6s dtant r6alie6 pour des deneit6e BLec- troniquee plue faibles (pour les niveaux m = 3, ~ e b l ot o n obtient T lorsque N e est connue, e n appliquant l a loi de Saha B partir d'un niveau m dont la population Nm est calculde d'après l a mesure absolue d u coefficient d'dmiesion d'une raie issue de ce niveau.

Ces distributions de densite Bleo- tronique et de temperature eont compar6es (fig.1 ) B . celles deduites dans 18hypoth8ee de 1'BTL (utilisation d e la loi de Bolts- mann et de Saha B partir du niveau fonda- mental) d u coefficient d'6mieeion~absolu de plusieurs raies n o n abeorb6ee (3888,651, 501 6;. 4713.2;) dont le6 probabilites de transition eont connues avec precieion [4].

A u x erreure exp6rimentalee pr8s

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1971565

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DENSITE ELECTRONIQUE ET TEMPERATURE D'UN JET DE PLASMA D'HELIIJM

des raies aboutissant sur le fondamental.

Dans l a gamme des densités électro- niques d u jet (1 0' 6cm-3< N e c 1 0' 7cm-3 1,

bm(~e,~)lrl pour les niveaux m a 3 et bo(~e,

~ ) > 1 pour le fondamental.

Dans l a méthode de mesure de T B partir de l a valeur absolue du coefficient

d'émission d'une raie, l'écart relatif de température

A &

résultant de l'application de la loi de Soltzmann entre le fondamental et le niveau m dont est issue l a raie peut se mettre approximativement sous l a forme U h k T Log bo(~e,~). Em : énergie du niveau

T-En

m rapporté a u fondamental.

I l en résulte un écart relatif de densité

O 5 0;ts 0:îo 'd électronique AN8 A r ³ Emœ

hnli, 1111111111~(~1) 11 I ~ ~ U I I I I ~ I (1) 111t 1'1 4 n10 :

. ^-

î'iiiuitn^wÎI¹¹ÎI~I

^N;- =wkc

aoa ^'l.

Dans l'hypothèse de l'absorption complète

. -

. _- -

IOIII UII i ortttb~ II &IO B tu wlni

lJ'$ a ,. -? des raies de résonance on obtient en utili-

sant l'intensité absolue de l a raie A=5016;

-

^Figure¹

-

T déterminées par ces différentes méthodes se recoupent, ce qui montre que les écarts A 1'ETL s'ils existent, sont relativement peu importants dans la détermination de l a température et de l a densité électronique.

IV- Ecarte Q 1'ETL et discussion des resultats

Hors de l'ETL, l a formule de Saha

( ~ m = 18621 0 cm-') :

-au centre du jet ( T = ~ O . O O O ~ K , N ~ 6s10' 6cm'J)

a u bord d u jet (T = 76.00O0K,Ne-2 10'~cm-3 bo(Ne,T)=2,6As27 $ A&= 9 $

T Ne

Ces résultats de calcul en accord avec les mesures, montrent que pour cette gamme de densité électronique et de température, les incertitudes dues aux écarte 13 1'ETL sont peu importantes et du m8me ordre de grandeur que les erreurs expérimentales ; qui relie B une température T l a densité i l sera donc préférable d'utiliser une mé- électronique Ne 13 la population Nm d'un ni- thode de diagnostic (intensité absolue dee veau m doit atre corrigée par un facteur raies) dont l'application suppoee l'exirj- bm(~e,T) qui caractérise l'écart par rap- tence de 1'ETL. mais qui permet d'obtenir port 13 1'ETL de Nm. une bonne précision expérimentale (dl;L5%)

i- ZML~T)" -(E--=-)

dk = 4 # # ' % ⁹

k r plutôt qu'une méthode théoriquement plus ^7-

~ * c n(E*

8m

exacte comme l a mesure du rapport d'inten- _{- -}

( ~ m q g , AEOO énergie d'ionisation de m et sité de deux raies, mais peu précise

(47,

abaissement d u potentiel d'ionisation). _20%)_B cause de l'écart relativement fai- 7- b m ( ~ e , ~ ) a été tabulé en fonction de Ne et

ble qui existe entre les énergies de départ T par Drawin

15)

pour diverses absorptions des transitions.

BIBLIOGRAPHIE

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^W^.Drawin^,.^{F. Emard}

^,

Rapport Eur-CEA-

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