MESURES D'EFFET ISOTOPIQUE DANS LES RAIES LASER DU XÉNON

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Submitted on 1 Jan 1969

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MESURES D’EFFET ISOTOPIQUE DANS LES RAIES LASER DU XÉNON

J. Brochard, R. Vetter

To cite this version:

J. Brochard, R. Vetter. MESURES D’EFFET ISOTOPIQUE DANS LES RAIES LASER DU XÉNON. Journal de Physique Colloques, 1969, 30 (C1), pp.C1-79-C1-80. �10.1051/jphyscol:1969128�.

�jpa-00213659�

JOURNAL DE

Colloque C 1, supplément au no 1, Tome 30, Janvier 1969, page C 1 - 79

MESURES D'EFFET ISOTOPIQUE DANS LES RAIES LASER DU &NON

Laboratoire Aimé Cotton, Orsay

Résumé. - La mesure des écarts entre les isotopes 136, 134, 132 et 130 du xénon dans les tran- sitions laser infrarouges montre l'importance de l'effet spécifique de masse et permet d'établir des relations entre les coefficients de déformation nucléaire.

Abstract. - Isotope shift measurements in xenon infrared laser lines (for the isotopes 136, 134, 132 and 130) show the importance of the specific mass effect and lead to the establishment of relations between nuclear deformation coefficients.

Au Colloque sur les Méthodes Nouvelles de Spec- troscopie Instrumentale qui s'est tenu à Orsay en 1966, nous avons décrit le principe de deux nouvelles méthodes permettant l'étude à haute résolution des déplacements isotopiques et des structures hyperfines dans les raies laser infrarouges 111. La première de ces méthodes, applicable à la mesure des écarts entre isotopes pairs séparés (*), a subi quelques modifi- cations de détail au cours d'un travail-sur l'argon [2].

Elle est maintenant appliquée systématiquement au cas du xénon qui donne dans l'infrarouge moyen des raies laser nombreuses, intenses et faciles à exciter.

Les transitions considérées font intervenir les confi- gurations basses du spectre. Les premiers résultats obtenus par la seconde méthode ne sont pas encore exploitables, la mise au point est en voie d'achèvement.

Déplacement isotopique dans le xénon. - Le xénon naturel contient 2 isotopes impairs et 7 iso- topes pairs dont l'un correspond au nombre magique de neutrons 82 (,,xeiz6). Les écarts isotopiques étant très faibles, leur mesure nécessite pratiquement l'emploi d'isotopes séparés et les seuls résultats anté- rieurs (Koch et Rasmussen 1950), portent sur 3 tran- sitions 5p5 6p

sp5 6s situées dans le visible [3].

Dans la plupart des cas, l'effet spécifique de masse et l'effet de volume interviennent simultanément et dans ce dernier, il y a lieu de distinguer l'effet de volume normal de i'effet dû à la déformation des noyaux.

Le déplacement isotopique d'une raie peut alors s'écrire sous la forme suivante :

(*) Ce travail n'a été possible qu'avec la participation du Centre de Spectrométrie de Masse du C . N. R. S. à Orsay, qui nous a fourni les isotopes du xénon en pureté et quantité suffisantes.

K : facteur électronique déterminant l'effet spéci- fique.

: facteur électronique ne dépendant que des fonc- tions d'onde des niveaux.

Cu et Cd : constantes nucléaires pour l'effet de volume normal et l'effet de déformation.

a : coefficient de déformation nucléaire.

II n'est pas possible de séparer, a priori, l'un de ces effets des deux autres. Nos mesures concernent trois types de transitions [4] [5] : 5p5 5d -+ 5p5 np (n = 6 ou 7), 5p5 7p

5p5 7s et 5p5 7d -+ 5p5 4f pour lesquelles les écarts (136, 134) et (134, 132) sont tou- jours très petits (de - 0,9 mK à + 1,7 mK). Pour les transitions 5p5 5d

Sp5 np, la précision des mesures est limitée par la stabilité thermique et méca- nique de la cavité du laser et par de légers déplace- ments par pression : elle peut atteindre 0,01 mK dans les meilleurs cas. Pour les autres transitions, la précision est limitée par des effets de pression plus importants.

Déplacements isotopiques relatifs. - Connaissant les écarts (136, 134) et (134, 132) de 12 transitions

sp5 5d

5p5 np il est intéressant de comparer les différentes valeurs du déplacement isotopique relatif (D. 1. R.) et de I'accroissement d'écart relatif (A. E. R.) définis par :

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1969128

C l - 8 0 J. BROCHARD ET R. VETTER

Pour ces 12 transitions, p est compris entre 0,9 et 2,10, A est compris entre - 0,20 mK et + ^{0,30 mK.}

Si la variation de p peut s'expliquer par la présence d'un effet spécifique non négligeable, la variation de A (produit d'un facteur nucléaire lié à la défor- mation et d'un facteur électronique dépendant prin- cipalement des configurations) ne peut s'expliquer qu'en faisant intervenir un mélange dans les configu- rations :

a) A

0 (2 transitions). Dans ce cas l'effet de volume total est très petit et l'écart isotopique est essentiellement dû à l'effet spécifique dont nous obte- nons ainsi l'ordre de grandeur :

+ 1 mKpour 5 p 5 5 d[5/213+5p5 6p[3/2J2 (Â.=3,10p) -0,2 mK pour 5 p S 5 d[3/2], +5pS 6p[1/2l0 (Â=2,65 ^p) b) A > 0 (8 transitions). Les niveaux intervenant dans ces transitions sont purs ou presque purs [6] et nous pouvons attendre un effet de volume plus impor- tant dans les niveaux 5p5 6p que dans les niveaux 5p5 5d. Ceci entraîne, en accord avec les mesures de Koch et Rasmussen [3] et les prévisions théoriques de Wilets, Hill et Ford [7], la relation suivante entre les coefficients de déformation :

4132

-

> a:34 - as36

c ) A < O (2 transitions). Les niveaux 5 p5 5 d [1/2Ii et 5p5 5 d[1/2], intervenant dans ces transitions sont fortement mélangés (30 % environ) (6) aux niveaux

sp5 6 s'[1/2], et 5 p5 6 s1[1/2l0. Ce mClange avèc des niveaux à électron s entraîne un effet de volume plus important dans les niveaux 5p5 5d que dans les niveaux 5p5 6p.

La mesure des écarts (132, 130) montre que pour

toutes les transitions étudiées à l'heure actuelle (au nombre de 7) le déplacement isotopique relatif

est constant et vaut 1,03. Le rapport des masses 34 132 étant aussi égal à 1,03, l'effet de déforma- 132 x 130

tion pour le couple (134, 132) est identique à l'effet de déformation pour le couple (132, 130) ce qui se traduit par la relation suivante :

En conclusion, les déplacements isotopiques dans le xénon sont faibles et I'effet spCcifique y joue un rôle important. L'effet de volume est fortement influencé par les déformations et les résultats obtenus jusqu'à présent sont en bon accord avec les prévi- sions théoriques. Pour vérifier plus complètement ces prévisions, nous avons l'intention d'étendre nos mesures aux isotopes 128, 126 et 124.

Bibliographie

[l] BROCHARD (J.) et VETTER (R.), J. Physique, 1967, no 3, C 2, 250-254.

[2] BROCHARD (J.), CAHUZAC (P.) et V m e ~ (R.), C. R.

Acad. Sci., Paris, 1967, 265, 467-470.

[3] KOCH (J.) and RASMUSSEN (E.), Phys. Rev., 1950, 77, no 5. 722.

[4] VETTER (R.), C. R. Acad. Sci. Paris, 1967, 265, 1415- 1418.

[5] V ~ E R (R.), C. R. Acad. Sci. Paris 1968,267,1007-1 010.

[6] LIBERMAN (S.), J. Physique (à paraître).

[7] W~LETS (L.), HILL (D. L.), FORD (K. W.), Phys. Rev.,

1953,191, 1488-99.