QUANTITATIVOS GERAIS DOS FINALISTAS

Le champ ´electrique

Le champ ´electrique d’extraction est g´en´er´e en appliquant un potentiel sur chacune des plaques fronti`eres s´eparant les zones d’extraction et de vol libre. Pour assurer l’ho-mog´en´eit´e du champ, les plaques formant les zones d’extraction sont reli´ees entre elles par un pont de r´esistances ´equilibr´ees. Dans les zones de vol libre, toutes les plaques sont soumises au mˆeme potentiel, celui de la plaque fronti`ere, en les connectant les unes aux autres par un court-circuit. Enfin, le champ ´electrique de post-acc´el´eration r´esulte de la diff´erence entre le potentiel de la zone de vol libre, et celui de la face avant du d´etecteur (cf. paragraphe 2.5.2). Notons que chacune des zones est d´elimit´ee par des grilles de nickel transparentes `a 95 % de fa¸con `a garantir l’homog´en´eit´e des champs ´electriques, et que les diff´erents potentiels appliqu´es au spectrom`etre sont n´egatifs par rapport au potentiel de la chambre de collision (masse), de fa¸con `a ´eloigner du spectrom`etre les ´electrons ’para-sites’ pr´esents hors de celui-ci. Pour l’exp´erience r´ealis´ee, l’intensit´e du champ ´electrique d’extraction<sup>3</sup> utilis´e est ´egale `a 30 V/cm, tandis que les intensit´es des champs r´egnant dans les zones de post-acc´el´eration des ions et des ´electrons s’´el`event respectivement `a 6000 V/cm, et 400 V/cm.

Le champ magn´etique

La r´esolution sur la mesure des coordonn´ees de position (Y,Z) repose sur l’uniformit´e du champ magn´etique utilis´e pour confiner les ´electrons sur leur d´etecteur. Pour assu-rer la meilleure homog´en´eit´e du champ dans le volume du spectrom`etre, les dispositifs d´evelopp´es ces derni`eres ann´ees [MUU⁺96, LWA⁺01, SFK⁺03, SMF⁺03] se sont appuy´es sur l’utilisation d’une paire de bobines aliment´ees par un courant continu, plac´ees dans la configuration dite de ’Helmholtz’ `a l’ext´erieur de la chambre de collision (cf. figure 2.11).

Comme le montre la figure 2.9, il est alors possible de cr´eer un volume important dans lequel les lignes de champ sont rectilignes et parall`eles, o`u l’on placera le spectrom`etre de vitesse.

En pratique, le diam`etre des bobines a ´et´e choisi de fa¸con `a remplir deux conditions : d’une part, permettre d’obtenir un champ homog`ene dans tout le volume du spectrom`etre, ce qui imposait leur diam`etre minimum, et d’autre part, respecter la g´eom´etrie impos´ee par la configuration de Helmholtz<sup>4</sup>dans l’encombrement m´ecanique du dispositif exp´erimental initial. Ces conditions ont conduit `a un diam`etre de l’ordre de 1.20 m. D’autre part, les

bo-3. La d´etermination exp´erimentale de l’intensit´e du champ ´electrique d’extraction sera d´ecrite dans le chapitre 4.

4. Dans la configuration de Helmholtz, la distance s´eparant les deux bobines est ´egale `a leur rayon.

R

R Spectro.

Fig. 2.9 – G´eom´etrie des lignes de champ dans la configuration dite de Helmholtz.

bines sont constitu´ees de 143 spires jointives formant une section carr´ee d’environ 38×62 mm².

Pour le diam`etre des bobines utilis´ees, la forme th´eorique des profils du champ a ´et´e d´etermin´ee `a partir d’un calcul d´ecoulant de l’application de la loi de Biot et Savart au cas hypoth´etique o`u les deux bobines sont infiniment ´etroites. La figure 2.10, repr´esente les profils de la composante B<sub>x</sub> du champ magn´etique cr´e´e (normalis´ee par la valeur B<sub>0</sub> du champ au centre du syst`eme compos´e par les deux bobines) suivant les directions pa-rall`ele et transverse `a l’axe des bobines. Dans le volume occup´e par le spectrom`etre, les variations de l’intensit´e du champ autour de la valeur B0 n’exc`edent pas 0.5% suivant l’axe des bobines, et 10⁻⁵ suivant la direction transverse `a l’axe x.

Exp´erimentalement, l’homog´en´eit´e du champ peut ˆetre alt´er´ee par l’environnement ma-gn´etique ambiant. Il n’a pas ´et´e possible de cartographier pr´ecis´ement la valeur du champ magn´etique `a l’int´erieur du spectrom`etre. Toutefois, les inhomog´en´eit´es du champ ont ´et´e

´evalu´ees `a l’aide d’une sonde de type ’Flux Gate’ `a environ 0.1 Gauss pour un champ de 18 Gauss⁵. D’autre part, afin d’annuler la composante horizontale du champ magn´etique ambiant dans le volume du spectrom`etre, nous avons positionn´e deux paires de bobines, orthogonales entre elles, `a l’ext´erieur de la chambre de collision (cf. figure 2.11). La somme des champs cr´e´es par chacune des paires, permet alors d’annuler la composante horizon-tale du champ ambiant, quelle que soit l’orientation de notre dispositif.

L’´energie maximale des ´electrons pouvant ˆetre confin´es sur le d´etecteur varie avec

l’inten-5. 1 Gauss = 10⁻⁴ Tesla.

2.4 Le double spectrom`etre de vitesse 47

Fig. 2.10 – Profils de la composante B_x du champ magn´etique (normalis´ee par la valeur B0 du champ au centre du syst`eme compos´e par les deux bobines) suivant les directions parall`ele et transverse `a l’axe des bobines.

Bobines de Helmholtz

Bobines de correction (suivant l’axe du faisceau)

Bobines de correction (suivant l’axe du jet)

Fig.2.11 –Vue du dispositif exp´erimental et des bobines de cr´eation de champ magn´etique.

sit´e du champ magn´etique appliqu´e suivant la relation : Emax= eD²B²

32m_e (2.6)

o`u D est le diam`etre du d´etecteur, me la masse de l’´electron, e la charge ´el´ementaire et B l’intensit´e du champ magn´etique r´egnant dans le spectrom`etre. Avec l’alimentation en courant dont nous disposons (20A/60V), l’intensit´e maximale du champ pouvant ˆetre atteinte est de l’ordre de 40 Gauss, ce qui permet de confiner sur un d´etecteur de 80 mm de diam`etre, des ´electrons dont l’´energie est inf´erieure `a 563 eV. En ce qui concerne notre

´etude, nous voulions d´etecter des ´electrons dont l’´energie pouvait atteindre environ 100 eV, ce qui imposait l’utilisation d’un champ de l’ordre de 18 Gauss.