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Mesure de la fluorescence après excitation à deux photons de l’iode atomique : la voie est ouverte aux mesures TALIF de température dans les plasmas de I2
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L’étude, poursuivie au LPP, de l’utilisation de l’iode (plutôt que le xénon) dans les propulseurs à plasma rend nécessaire le perfectionnement des méthodes de diagnostic correspondantes.
En ce qui concerne l’iode, la méthode TALIF (two-photon absorption laser induced fluorescence) avait déjà été utilisée pour caractériser la formation d’iode atomique par photodissociation ou par réaction chimique, mais jamais dans un plasma. Des mesures effectuées dans un tube à décharge sans électrodes ont permis de démontrer la pertinence de la méthode pour la détection de I et la mesure de la température de cette composante atomique du plasma.
La détermination de la température par mesure de l’élargissement Doppler de la résonance, ici vers le niveau 5p4(3P2)6p 2[1]3/2, n’est possible que si on tient compte de la structure hyperfine de la transition atomique, qui fait de la raie observée la somme de 14 composantes hyperfines (représentées par des couleurs différentes). Non seulement la position mais aussi les intensités relatives de ces composantes doivent être prises en compte ; heureusement ces 14 intensités relatives n’ont en fait qu’un degré de liberté, les poids relatifs à l’intérieur de chacun des deux termes de l’opérateur de transition à deux photons, scalaire et quadrupolaire, étant entièrement déterminés par l’algèbre de Racah.
Accessoirement, l’excitation à deux photons depuis le niveau fondamental de l’iode atomique a permis de constater que l’énergie du niveau excité se trouve 0,169(11) cm-1 plus bas que la valeur (repérée par le tireté) qu’en donnent les tables du National Institute of Standards and Technology. Le même décalage est observé sur le niveau 5p4(3P2)6p 2[3]7/2. Toutes les énergies des niveaux excités de I reposent en fait, depuis 50 ans, sur la mesure d’une longueur d’onde de résonance à un photon effectuée en 1959 dans l’ultra-violet. Les mesures TALIF réalisées conduisent à prescrire, dans la table de référence (où la précision affichée des niveaux est de ±0,005 cm-1), une diminution de 0,169(11) cm-1 des énergies des niveaux excités de I.
Référence : “Two-photon absorption laser induced fluorescence (TALIF) detection of atomic iodine in low-temperature plasmas and a revision of the energy levels of I I”, Benjamin Esteves, Christophe Blondel, Pascal Chabert & Cyril Drag, J. Phys. B : At. Mol. Opt. Phys. 56 (2023) 055002 (13pp), publié le 14 février 2023 - https://doi.org/10.1088/1361-6455/acb7b6
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