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"PrQf'4' et disposa),' pour mesurer do tràn h<tt)t"t< tept'turf
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L'inwontioa a pour objet un procd8 et un dispositif pour la o<txur< de trio hautes tompratures comprimes entre 3000 et 200tCCOK correspon4nt i des temp4raturse électroniquoo entre 4,3 et Zoov, L-03 proe&d&4 connus pour la mesure de telles tompératures se basent i pertir de 2000 K pratiquement exclusivement sur des 861ho40* optlquee et,plus particulièrement apectroncopiquene Une Rtthcde connuop mais qui ce semble pas Jtre trio efficace au-deaaua 40 5 X,uliliae le renvero*aent dea raies spectrale** 6'oprit la loi de lirchholf, quand on itudit un* source de luxiire i traw rs une liu4sedaaa laquelle et trouve de la-vapeur de gag les deux rai*.
bien connu*$ du doublet (D do Xa 58901 et 5896) apparaissent coeaw raies d'iaisaioa ai la tlwur est plus chaude que la source de rtdistiong.et co e deux raies d'absorption et
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la source do la radiation ont plus chaude que la flamme. Quand
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la tomp6rature de la flamme odt oxmTtmnt in mtme que cella 49 la source de .umiàra, lue doux raiaa dovînnnent invj8ilo8, On peut donc mesurer la tcmprl1tuN d'tine f31\17I1!If' n tflicto d'une 80urco do rudititten ttalonn4o en ampnrQt8dn avec la aouroc dont la température est d moisurer.
Pour dea tompôraturen relativement peu-èlevêonl jusqu'aux . alentours do 8000?K, on peut égaiemcnt se servir des npoctrea 801&cu1l11r68. pour la mesure de la tomp6ratur-o do la molécule 8Qttr1ce. En deoeoun de 8000mK on observe dos spectres do rotation, do vibration ou le spectre électraniquo de 4ertalnea molôculea.
En supposent que la molécule soit un rotateur rigide, l'intonsiti d'une raie rotationnelle dans une band< de vibration-rotation moléculaire est donn4epnr la relation
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'" JOJII la Cem V 4 (JI' + J' t 1) - !'L.{+1) ho..
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Oà Îl &-tant la fréquence (clII'"'1), J' et J" sont lu nocibrew .......' quaftti4uQ rotationno1n de l'état de plus haute $nergie ot de celui do plus basse 6norie rnpectivorw nt. ,8' ont la constante ào rotation du proaiwr état, Qr ont la fonction de partition pour la rotation ot T la teopsraturei h,c,C ont leur nienification
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habituelle.
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:."3! j"iJ la À Z k - + T 11-h e , À a -.Ces à 'y4 tJ s Tm ....
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Pano le en'a de la branche R de la molcule 1tZ jq a J" + 1 par'col1aquent
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1Jn. grcpa.a topr8aontani laJ ea fonction de + . J'(J'*1) r;81t v @r-b11 qui oat Sgaio 1< pente 4'uno 4roitoo
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Une .utl'1J .4thd* r.anm ,.e ban* 81tf' la théorie de l'ai..i.>1a y tr t t j 4Q .
Un zeer d enroone contre une rl1rtt'\U(l1a eetitintio detine inten- ait' '6do. ci I*int*ncsit6 cet rprâaont5e comme fonction da la tr4qlanc.. Cotte rodiatton u'4tond entre g 6tCs0 ft \ = 4LK0 uut 0 ôte otribuo 4 das atomes N et 0. Si l'on choisit une tr- quencv pour hquollo la formule d4,llnabld pour l'biasion ±)1 et valpbletpn trouve par la corrélation entre fyet T la teMP6- ratura on mesurant f v.
Toutototh la ttuor3s de 1*4mie3ton continue neuat pas toujours parfaitement mi8 au point. D'autre part on doit con- , nature d'avance la composition phyaicochintiqua du plasma do la source où lea impuretés peuvent tondifier l'émiaaion continua.
Un autre proc6d connu utilino un appareillage optique qui pormqt d mesurer auccoaaivement 1'6m1f1610n et l'absorption d'un plaama dana l'infrarougo.
Enauito on calcule la température aur In baso' d'uno équation do Boltzmann modirisus
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Un autre principe connu pour mesurer une température très
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nluv5e sa baau aur la forme et le déplacement don raies apectralon par l'effet Doppler. Main lt61argisaomont dus raiea peut être dd â d'autres causes que la température, par exemple l'effet Stark, 10 mouvement de convection et dea tourbillons à l'intérieur du
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plasma.
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Les moeurue pt6c6dontoQ ne sont plua ou moina précises qu'a den tomp6raturoe tolatiumont bnssoa, c'est-a-dlr" en dessous de 1000000 ka Pour mesurer de* tomp6rnturea encore plua oloveea les proc&d6. connus loa pla oouvont utilisée mettent en relation la tompb- rature et llihtunaità des raies spectrales.
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Ptu. FII..t{t!u1ireaont, quand il s'agit d'un p1uIIUII ortiq1soment Zinc* il 1 a moyen de mesurer les intensitta daa rnirr lmiaoo par le plaama à condition de connattr* 1 rrornHilit6a de \rnne1t1QD pour les raies CbQj313. Dans le caa d'un Plasma d'air damna l'arc ! carbone la mesuro d'intensité d'uno raie de dwux doa tro1 ..p4c.a at#icuo Nt 0, C ont ntcoeceiro pour calculer la t4mrrAtur.
Il ost.néanmoins plus pr6cie de d&tor#1nfr la topr8lur. par le rapport des !ntn81t$o d'une paire do raient parc# que 01 l'on ecRnit leu protabîlitte do transition Al et A2, les poids otatio- tiques e1 et 62, lea longuours d'onde >.i et à p, daa deux ruioa apectraleu d'une espèce atomique, il clect plua nscuasair do ¯connattrv. n (1a donai.té des etomta nqutroa d4no Iv plan=) ot L (la long'ur du trajet optique) at la formula
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permet le calcul do la température, En pronant k a 8161637 105 OV/K n9 la courbo de long Î"2 on fonction de donno
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la pente = - (5,040/T).
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Cotto méthode d'une pairo de raie d'arc ou d'6tincello ont . einple et pratique, maie aux tempérotQrC8 eup6ri8uro8 à 30tOOO K cette .thd6 n'oat plus tr8 sensible parce que la dift4runce de niveaux d'Energies n'oat pas assez grande par exemple Ica niveaux supérieure <l'énùreios des ions UIII(N++), D'autre part la mesure de la tvmpbrature étant un probllI1c do statistique la m6thodo d'une paire do raies no fuit intorvunlr que deux niveaux d'énergie ou qui n'eot pan 8urrioQmmot rapr5uDntntir pour 1'&tnt r601 d'un plaomat L'invention consiste onnontiellement on un proc6u6 nouvanu et un dispositif nouveau pour moaurer dos températures tr4a 6lovtolS de manidre plus valable au d aeun du 15.000 K.
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Une carnottriatique principal* de l'invahtion N'exprime par ce que l'on dbtormino l'ca lntanaittn 'Lmiaeiân ou d9nboorption
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d'au pointt doux paiion de raien du différente stades dfionientiont chaque pnira de raioa appartenant à un 61(,mdrint chim5quw difftrento prtoont donc un plaàma en Équilibra thmi-mo-elynnmique local, et qu'À l'aida do con lntnnàltin on détermine automatiquement par des 616- n*nt8 r,n7culateura,-ln t,nmj.biwtur.. d'nprn une formule fournie par la th6orio quantique, la relation do gahn et la statistique Mtixw4ll-lirilft,mr%nn pévr leu ran do deux ou plusieura paires de raiea.
Une autre caract6riatiquo de l'invention consiste en un die- positif composa de cellulee thôtq&luctriquec ou des photomultipli- entoure, qui enrig14tro leu intenntt&o des raien choisies noue força de couradta tfeetriquea dana un ayat4me de condenaàteur, de pi-ét4rence du cà(acit8a hgilen, les condensateura tournienant leurs chargea reapactivea (et proportionnelloa i leintenait$ des ratoe) d<ma un byoteme Électronique d'enroeintremente en soi connu, qui ont çrogrnmt6 de meni4rt i parEÈttre la lecture de la toapératurr sur la ban* d'uno formule valable pour la cas de doux ou plusieurs pairqa de rniqe âmirkco par un plnnma en ETL* toinvontioh 4ist- en plua e<ract6ria$ par un dispositif OÙ des couple* de canaux 4"ehrogiAtr%;
ent d'intnÉsit' des raiea (un coupla de canaux pir Slimernt chiniquo) août eoapoaba de aaniore à ce que dsr photnaulti pliefitou ris chargent 4 travers debr'aiatnncea d'ontde dvs çc>ndenntt4uen, it prlflronco de capacité igele, que le temps de d!ch*r<t< du conden Wtour À tenbion la plus ilev#e à travers une ristatanço jy4qu'i tguliti 4tu totelons des deux condensateurs dans un couple de cè&uz it trnduit par lu 4àplac.aont d'une plusa ou d'un chariot etetiotrour 4*van% une tehtile 8tslannea actions par un ototeur de rttrewt uniforno# Io d$but de cette dtehargé pare ti*11* jusjuli dsli3E de tennion entre les ccndcnaattjura Etant coananàl par une ainùterle qui cet un ssrchs en atm* tonpa la chariot,
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et la fin du déplacement du chariot ou de la plume, rotlpoctivomont de la marche du motour 4 vitesse uniforme,
Stnnt command6o par un indicateur do térà entre lea deux condonnatoupa do chaque couple do canaux par Um(H1t chimiquo enrogistr6 mpectroocopiqiioment et c8ract6rlo& en ce que la minuterie est proGram6o do manière ù ce que la accuse algébrique des dtplacomenta rerôsaatcr un certain rapport de temps de décharge, proportionnel à-ln température à mesurer, Sans tenir compte de l'abaienoment du potentiel d'ionisation ' dà $ la charge d'espace., la relation do Snhn,'In théorie qtgnntique et la etatistiouo do Xaxweli-Boltzmann donnent
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pouf un plasma en équilibre thermodxnamfqm local.
Dsapra un point essentiel de l'invention on obtient pour deux air&a de raies appartenant à deux lémPrita a et b en un point dariné 49 1a Sfuree lumineuse auppoa iptiquemdnt mince, lu température 4
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La température d'un planma en équilibre thareodynamique local (ci-aprea appelé ETU peut donc étr. dterxir,8s 4'aprôm lea rafrorte / d'àntonsitéa 12 a i'éiômont aet 1b , i'lilmoni anna datensit#a 4'/11).de 1t-lément *et ( 0/11) de 16&140ent bi pnna tenir compta de la prennion électronique qui rigne dans et plssaa et de eà compoaition phynicochimique. ta base de la ronuro peut Etre tendue 4galemQnt aux otomee pluaiturs fcis ianias.
D'après l'invention on peut obtenir la tcpratura graphiquemeat en portant en ordonn&e3 la quentit&
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ot on 8b.iftRft. 1 quntii
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de tarte que la ponte de la courbe
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E5) 9, . XaY dot bgialo <! TO---0-- , comme d'après la (IV -et ego T'K comme pre8 &6tlioào pour uno coule paire do raies. De cette naniero la température peut 6tra l!\u8ur6u avuo 1111.. mo.111ollro p 1<iflion.
Ln mesure est d'autant plue consible quo la différence d'Snergie X eut plus erondu, Tandis que la n3ihoda d'une seule paire cia raies assure ltt température d'excitation d'un gaz, la m6thode de 2 paires de rnien mesure la température dtioniention-axottation, résultant de la come binaicon don énargies d'ionisation et d'excitation* Cette dernière température cet certainement plue représentative de l'état réel d'un gaz et la móthode de doux paires de raiea peut s'appliquer à une gamme étondue de températures électroniques (0,3 à 20eV). A des
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temp5raturon plus 51ov6ua , lQ plasma n'ast vraioemblablomont plus en ETL et la population des niveaux d'excitation est plutôt du type
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couronne nolaire.
La limita supérieure d'applicabilito du procSd aelon l'invention cibpend do la dunait6 du plasma étant donne que l'ETL en dépend aussi. A titra d'exomple, la combinaison do 4 paire. de raioa
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donne aix équations pour la relation tompératur-inten8it68 pour chaque combinaison do doux;
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La figura 1 donne la représentation graphique pour les
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.temrtur5 - T * >.io K #t T = 6,io K.
Quand il y t'fL lea deux courbon pacaent par l'origine ot aont des droites.
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R'cproqum6nt la linéarité 1er la courbe do température puul ervir de contrlle de l'état theroodynomiquo d'un plosma, le procédé de deux pairea de raies d'après l'invention
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pr8ente l'ovantag& do ne foire intervenir quo den parametrea qui sont généralement assez bien connua et de plus, elle cet relativement peu sensible à certaine effeta gênante, tel que l'effet
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.d*.autonbeorption dos raies da résonance, du fuit qu'il y a com. yenaatipn partiolle. Il éat par exemple inutile de tenir compto de la pression électronique qui cet souvent difficile à mesurer avec préciision.
Un avantage supplémentairo de l'invontion est qu'il eat inutile
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de connaître la composition phya1cochimiqu du plasma et on peut donc.ignorer l'influence des parois ou do l'enveloppe do la source lumineuno et lea pOBuibil1th do oontnntination dw plaoma par dua impuretés.
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Le procède a deux pnirea de raies cet beaucoup plue nonaibiù que celui d'une seule paire do raiea.
Un outre avantaéq conoid6rablo du proctd6 solon l'invention eat donna par le fait que 1"on peut auasi mcaurer la tompllr!lture d'un plasma qui n'éat pas optiquoment mince, commo on choisit dos eleoonta pr6BontB en faibles quantitta dnna le pInnifln do aorte que la source lumineuse est cptiquqacnt mince pour cua iiémanto. Le procède selon l'invention
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eat donc nuent vnlnble pour Ion plnnmnn optiqunmnnt plus Pli moina donsuat 11 va do soi quo le prnctde. ont ndnptable à chaque probleme de mnauro de tomptrturo tren Glavfos pitann-jetb, Lphy. 1'LrhnTpomunt R"ipe funtf, pinama produit par onder, ào ihoc, or-auro dr, tcnifrrittiren dlrt,4't t..ea, tf-rip&raturoa de rgactionn chimiquan 0 tce Un comp1Émont t '.n .1, g i ti à flo 1,0 1 n"vo n t. i pn ronn 1 a te on un disponi ti pour exécuter la procid6 a<ton l'invention.
Figo 2 iniique titre d'xc)))p1< non limitntif un mode de réalisa- tion du dispositif selon l'invention. Dana lit figure 2 A, B, C, D sont den photonu1t1p1icatauFa qui tranaforncnt lea intonaitba don rotca ehoicice en courunta ilottt-lluen qui ch5rvant, à trivoro duo lnpidancon d'entréo IA,'IB.
ICI ID, den condpcenteura 1* pri- f6renf,-e de enpacitta trrlea'C;v, Cti, CC, b. &A, SP, 3C, et 3D aont des intorruptauro de dschargi, SyA, 3yB, SyC et 8y0 sont des inter- rupteurs de aynrhrotinatlon, Four In prime den valaura à muaurer rcBpt-ctiv')!)iont ar.rsr..nainar par les pr4ar-plificatouris VA, VB, VC et Vt) dnna un.±16<;ant cnlcula*,tur analogique par ext%mpie, T-CA9 qui est proprurmt da cqnîjre â p:rn4tttr? la lveturi de la tomptrdture d d5tur-inr le progrnrme de cet f-1zment co tnesnat en gtntrai sur la farrula (2), ou Fur exeepl< - en rprticulter pour le cna ou l'on cholait 1* 4o' fairoa 4* raies CIII/Cll et X111/NII - sur la forn:10 (6).
L* den iaiarruptaura de dÉchire* SA à SD, dea inter- rupttuft de aynchronkent4od SyA n 3yD et de l'1 rent calculateur rtralcisiuo rsA sont par une ainuterie U auir3r,t lea exigoncen particuliro.
Lor4qu*on veut étudier un qui ivolue rapidesent dans le ùvny8 1 fl480% J#t - il fwrrt des photoaultiplicatevrs très sensibles aurque le dur<< de 1*enregintratent soit trio brevet Dons ce cas les intcrvellta don Co=,.ànjlo de la Rinuterit U et suivent beaucoup plue r>4pidc:,r.t que d,as un cn*'oe l'on a une scirce stable à coatrdletr,
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Un entra mode da r6n.iantion du dispositif selon l'invention oat. l'tinnn±à a titra d'cxomple non limitatif sur la figura 3. Cotte r4aliontinti est pnrticulicrt'mont simple et pratique. Len raies de l'élément a amont c\'\Uact.6co sur Ion photvmuHil)licn hrtu's A et 13 et cOlle4 ire l'élément b.sur loa rhotomulti:rlicl1toura C et D. Ll\1J courante produite chargent, d travers diici <mpé<lnncood'nntr60 iA, B, iC et iD, leu condensateurs CA, CD, Cpc et CD.
Entre CA ot CB d'un "1+À t entre CC et CD do l'nutro cl6 sont plx80 dos indica. tdurs de t6ro Ni. K< le photou1ltplil1tour A ent pifcô aur In raie la Plus Intense do l'616ment n, la chnréo anr Cft nord plus grands quo Colla au)* CD, les capucltde (ton ,onden8t8u 8tw*nt da prof6rence ' égaloa.
C0mmnndée par une minuterie U, la fermeture do l'interrupteur CA décharge le dondenaatour G1. jusqu'a éeniitl de ch"rgu aur CA et CB ce qui est indiqua par l'indtc3t"r do klro Ni.. I minuterif- il met en taenia temps en marche un moteur M de VitO0 uniforme qui déplace lui-lI!e un chariot ou uno plume sur uno hchalla. DÀo quo l'indicateur Ei indiqua égalité dë chargea sur CA at'CB lo noteur M et par çonl\quent le dérlncenant du chariot dc.vnrt 1'Achelh est arrête. Une e6qucnco analogue se PROse ensuite entre CC et CD et, ici toalement, le tcnpa de décharge prirtielle de CC j1H.lqU'.t ésa\it6 avec la charge de CD a'exprjme finalement paf un déplaça- ment aupplementnire du chariot devant l'Ichello en sono inverse du deplaceaant procèdent.
Le premier dtplncement est rroort1orr.11. ta le second 3 tb, les tempo do dôtharge de ÇA et de CC nux niveaux de CB et de CD respectivecent. Les df.rlce\8 du chariot oeed4ittonnent algébrique4ent et leur norme alr,4bri(;t;e *et pro- Fort1onnel1 aux rapporte des intogisitta dea deux p4!ra do raiaa.
Dans la figure 3t Ra'y RB, RC, et RD sont dea rG1DtftnCOa dé d±c8rté do préférence égales qui allongent les tempa do d6çhnree du s4n tacteua . déair&" -En dern13r.c action Iz canutaria peut former toua Ica 1ntQrruft4UrG
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1 4 S& t on a3 tvr.r renvoyer 1. chariot au point de d8pnrt.
A..I'*. 1.. 'HI'tntlt\t' <'I"f pvât l''''\lr uno nour,.'!a orsrntion do ,.,r' .
La eraxih yuarenuru ('8or la rhhriot ao roopooe donc do la oocme 1±!tr1quo tn ot t5. Li durSa do 1 41charge tb du eonàénsatour ÇA, gGarâicr,t In t<Toflion Vt'1, juau'nu niveau Vis du ran,1 ns;teur rn par la t#1athnco RA cet grflportiunn..ltH n
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@
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Htattt dount qu" ht1 capa:,it"ia ÇA ot CB sont g!\]t'!8, on a tbx-rAc log v1b+1/v1b
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1>11 1!!1!I(1. on as Vin t O R C log e\ a c vin+1 ou Rcc=RAc
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On n donc aur l'6cht)Ho du dôplacomont du chariot
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on k=- RC Par conséquent
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Il suffit donc d'étalonner une échelle do température sur le
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chemin du dGf>1ucúmcnt du chariot d'aproa la formule (5).
Il va d4 soi que l'état de la technique offre des moyen., notnbt'oux pottib modifier et ndnpter le dispositif selon l'invention à duu bonoiril 6vntuola particuliers*