Estudo da influencia do hidrogenio no funcionamento de um laser de He-Ne (çlambda=6328 A)

E S T U D O D A I N F L U Ê N C I A D O H I D R O G Ê N I O N O F U N C I O N A M E N T O DE U M LASER' DE H e - N e = 6 3 2 8 $) . D I S S E R T A Ç Ã O S U B M E T I D A A U N I V E R S I D A D E F E D E R A L DE S A N T A C A T A R I N A P A R A A O B T E N Ç Ã O D O G R A U DE M E S T R E E M C I Ê N C I A S ._{* *} A N T O N I O R O G É R I O DE S O U S A J U N H O - 19 80

E S T A D I S S E R T A Ç Ã O FOI J U L G A D Á P A R A A O B T E N Ç Ã O DO T Í T U L O DÊ " M E S T R E E M C I Ê N C I A S " E S P E C I A L I D A D E F l S I C O - Q U Í M I C A , E A P R O V A D A E M S U A F O R M A F I N A L PE LO P R O G R A M A DE P Õ S - G R A D U A Ç Ã O . PROF. J O E L L O U I S R E N E M U Z A R T O R I E N T A D O R PROF. F A R U K ^ r O S E N O M E A G U I L E R A C O O R D E N A D O R B A N C A E X A M I N A D O R A : o uy OJY ( W V A Û U v PROF. S U B R A M A N I A J A Y A R A M A N

iv A G R A D E C I M E N T O S Ã U n i v e r s i d a d e F e d e r a l de S a n t a C a t a r i n a A o D e p a r t a m e n t o de F í s i c a A o P r o f e s s o r J o e l L o ui s R e n e M u z a r t Aos t é c n i c o s : J o ã o R o d r i g u e s T â n i a C r i s t i n a B h e r S a b i n o L e o n i d e s M o t e k a À m i n h a e s p o s a e âs m i n h a s f i l h a s .

R E S U M O O l a s e r de H e - N e , a p r e s e n t a u m t e m p o de v i d a r e l a t i ­ v a m e n t e c u r t o o q u e t o r n a a s u a r e g e n e r a ç ã o u m t r a b a l h o i m p o r ­ t a n t e d e v i d o ãs d i f i c u l d a d e s de i m p o r t a ç ã o . A p r e s e n t a m - s e as m e d i d a s p a r a a o t i m i z a ç ã o da d e s c a r g a ,/u t i l i z a n d o - s e a t é c n i c a de e s p c c t r o m e t r i a de e m i s s ã o , ali.a_ da aos c r i t é r i o s de G o r d o n & W h i t e e V a n d e r S l u i s . A p r e s e n ç a de h i d r o g ê n i o na m i s t u r a é c o m p r o v a d a a t r a v é s da a n á l i s e e s p e c t r o s c o p i c a da d e s c a r g a . 0 e s t u d o da in f l u ê n c i a d e s t e s o b r e a a m p l i f i c a ç ã o é f e i t o v a r i a n d o - s e a q u a n t i d a d e de h i d r o g ê n i o na m i s t u r a , a p a r t i r dos e s p e c t r o s e m i t i ­ dos p e l a s d e s c a r g a s .

V I A B S T R A C T T h e H e - N e l a s e r ha s r e l a t i v e l y s h o r t l i f e t i m e a n d thus the r e g e n e r a t i o n of t h e s e l a s e r s b e c o m e an i m p o r t a n t t a s k in v i e w of th e d i f i c u l t l y o f i m p o r t a t i o n . We p r e s e n t m e a s u r e m e n t s h o w i n g h o w to o b t a i n the o p t i m u m d i s c h a r g e u s i n g e m i s s i o n e s p e c t r o s c o p y t o g e t h e r w i t h t h e c r i t e r i a of G o r d o n a n d W h i t e a n d V a n d e r S l u i s . T h e p r e s e n c e o f h i d r o g e n in ga s m i x t u r e is p r o v e n b y e s p e c t r o s c o p i c a n a l y s i s of the d i s c h a r g e . T h e s t u d y of t h e i n f l u e n c e o f h i d r o g e n on the g a i n is m a d e b y v a r y i n g the q u a n t i t y o f h i d r o g e n in the m i x t u r e b e g e n i n g w i t h the e m i s s i o n s p e c t r a o f the d i s c h a r g e .

Í N D I C E R E S U M O ... v A B S T R A C T ... . ... vi C A P Í T U L O I - F U N D A M E N T O S D A T E O R I A DO L A S E R ... 1 1. A m p l i f i c a ç ã o ... . ... 2 1.1. I n t r o d u ç ã o ... 2 1.2. I n t e r a ç ã o da r a d i a ç ã o c o m um s i s t e m a a t ô m i c o ... 3 1.2.1 . T r a n s i ç ã o e s p o n t â n e a ... .. 3 1.2.2. T r a n s i ç ã o e s t i m u l a d a ... 5 1.3. A b s o r ç ã o e a m p l i f i c a ç ã o ... 8 1.4. C o n d i ç ã o l i m i a r ... 9 2. 0 L a s e r de H e - N e ... ... 13 2.1. D e s c r i ç ã o ... 13 2.2. E q u a ç õ e s de e q u i l í b r i o p a r a u m L a s e r de q u a t r o n í v e i s ... 16 2.3. M e c a n i s m o de i n v e r s ã o ... 19 2.4. P a r â m e t r o s q u e i n f l u e n c i a m no g a n h o de u m l a s e r de H e - N e ... . . . . _"\ 20 7 C A P Í T U L O II - M O N T A G E M E X P E R I M E N T A L : ... 22 1. S i s t e m a de V a c u o ... 23 2 . D e s c a r g a ... ... 29 3. S i s t e m a S t i c o de d e t e c ç ã o ... ... 31 C A P Í T U L O III- R E S U L T A D O S E X P E R I M E N T A I S E D I S C U S S Ã O ... 33 1. A n a l i s e p r e l i m i n a r ... ... 34 2. M e d i d a s ó t i c a s ... 35 3. D i s c u s s ã o dos r e s u l t a d o s ... 49 C O N C L U S Ã O * .... ... . . • 54 A P Ê N D I C E ... ... ... 55 B I B L I O G R A F I A ... 60

vi i i Í N D I C E D A S F I G U R A S F i g u r a 1 - M o d e l o de u m s i s t e m a a t ô m i c o ... 4 F i g u r a 2 - A b s o r ç ã o e a m p l i f i c a ç ã o ... ... 10 F i g u r a 3 - E s q u e m a t í p i c o de u m l a s e r de H e - N e . . ... 14 F i g u r a 4 - N í v e i s de e n e r g i a do l a s e r de H e - N e ... 15 F i g u r a 5 - S i s t e m a l a s e r de q u a t r o n í v e i s ... 18 F i g u r a 6 - E s q u e m a de u m t r a p ... ... 25 F i g u r a 7 - S i s t e m a de v á c u o ... 26 F i g u r a 8 - C u r v a de d e g a s a g e m do s i s t e m a de v á c u o ... 28 F i g u r a 9 - S i s t e m a o t i c o de d e t e c ç ã o ... . 32 F i g u r a 10 - G r a f i c o de R em f u n ç ã o da p r e s s ã o ... 37 F i g u r a 11 - V a r i a ç ã o da l i n h a 6 3 2 8 % em f u n ç ã o da p r e s s ã o . 38 F i g u r a 12 - E s p e c t r o s de d e s c a r g a s ( r a z ã o R) ... 39 F i g u r a 13 - E s p e c t r o s de d e s c a r g a s ( d e t e c ç ã o do H i d r o g ê n i o ' 41 F i g u r a 14 - C o m p o r t a m e n t o das l i n h a s do He f r e n t e a % de H i d r o g ê n i o ... ... 4 7 F i g u r a 15 - C o m p o r t a m e n t o das l i n h a s do Ne f r e n t e a % do H i d r o g ê n i o ... 48 F i g u r a 16 - N í v e i s de e n e r g i a do IIc.lio e H i d r o g ê n i o ... 52 F i g u r a 17 - A l a r g a m e n t o de l i n h a s ... 58

2 1. A M P L I F I C A Ç Ã O 1.1. I n t r o d u ç ã o 0 l a s e r ê u m d i s p o s i t i v o q u e a m p l i f i c a a luz, p o r m e i o de e m i s s ã o e s t i m u l a d a de r a d i a ç ã o . D e v i d o ao s e u a l t o g r a u de co- l i m a ç ã o , a l t a m o n o c r o m a t i c i d a d e e a l t a c o e r ê n c i a , p e r m i t e um g r a n de n ú m e r o de a p l i c a ç õ e s c i e n t í f i c a s e t e c n o l ó g i c a s . 0 l a s e r de rubi, foi o p r i m e i r o a s e r c o n s t r u í d o . E l e foi p r o p o s t o p o r M a i m a n em 1960 A p o s a f a b r i c a ç ã o do l a s e r de rub i, m u i t o s o u t r o s t i ­ pos f o r a m c o n s t r u í d o s . E m 1960 , J a v a m , B e n e t t e H e r r i o t , construí^ r a m o p r i m e i r o l a s e r a g ã s , ou se j a , o l a s e r de H e - N e c o m o s c i l a - f 2) ç a o a 115 0 n s v J , u t i l i z a n d o u m a d e s c a r g a n u m a m i s t u r a de 10:1 de H e - N e em u m t u b o de 15 m m de d i â m e t r o e 1 m de c o m p r i m e n t o . M a i s ta rd e, c o n s t r u í r a m - s e l a s e r s de H e - N e c o m o s c i l a ç õ e s a 6 3 2 , 8 n m e 3390 nm.

1.2. I n t e r a ç a o da r a d i a ç ã o c o m u m s i s t e m a a t ô m i c o U m ã t o m o e x c i t a d o p o r um p r o c e s s o q u a l q u e r , r e t o r n a ao e s t a d o f u n d a m e n t a l , l i b e r a n d o a e n e r g i a a b s o r v i d a , p o r v ã r i o s p r o c e s s o s d i s t i n t o s : e m i s s ã o e s p o n t â n e a , e m i s s ã o e s t i m u l a d a , c o l i ­ s õ e s n ã o r a d i a t i v a s c o m o u t r o s á t o m o s , etc. 1. 2 . 1 . T r a n s i ç ã o e s p o n t â n e a U m á t o m o e x c i t a d o , d e c a i e s p o n t a n e a m e n t e a u m n í v e l i n ­ f e r i o r de e n e r g i a , e m i t i n d o r a d i a ç ã o . E s t e p r o c e s s o t e m c a r á t e r a l e a t o r i o e ê i n d e p e n d e n t e do c a m p o de r a d i a ç ã o e x i s t e n t e no meio. I s t o faz c o m q u e a i n t e n s i d a d e da r a d i a ç ã o e s p o n t â n e a s e j a p r o p o r c i o n a l â p o p u l a ç ã o do n í v e l s u p e r i o r . P o d e - s e e x p l i c a r a e m i s s ã o e s p o n t â n e a , s u p o n d o um sistt; m a f í s i c o de n í v e i s de e n e r g i a , c o n f o r m e a f i g u r a 1. Se o s i s t e m a se e n c o n t r a no e s t a d o 2, há u m a p r o b a b i l i d a d e f i n i t a q u e e s t e s o ­ f r a u m a t r a n s i ç ã o e s p o n t â n e a ao e s t a d o 1, e m i t i n d o e n e r g i a de v a ­ l o r h v = - E^. Se n a s i t u a ç ã o i n i c i a l a t = 0, ^ á t o m o s i d ê n t i c o s e s ­ tã o no e s t a d o 2, a v a r i a ç ã o da p o p u l a ç ã o do e s t a d o 2, p o r t r a n s i ­ ç õ e s e s p o n t â n e a s p a r a o e s t a d o 1 na u n i d a d e de t e m p o s e r á d N ? N “ A 2 ] N 2 = --- (1) . dt (t _{v esp^ 21}),, o n d e ê a t a x a de t r a n s i ç ã o e s p o n t â n e a e ('te S p )2 i ® 0 t e m p o de v i d a a s s o c i a d o a t r a n s i ç ã o de 2 p a r a 1, i s t o ê, o t e m p o q u e um á t o m o p e r m a n e c e no e s t a d o e x c i t a d o a n te s de e m i t i r u m a r a d i a ç ã o

:igura 1 - M o d e l o d c u m s i s t e m a a t o m i c o . N í v c j s d e c n c rg i.a .

e s p o n t â n e a . A i n t e n s i d a d e de e m i s s ã o e s p o n t a n e a de uma t r a n s i ç ã o de 2 p a r a 1, ê p r o p o r c i o n a l ã ^ 2 ] ^ v 2 1 ’ ou s e ^ a ’ 1 21 a W 21h v 21 ^ o n d e W2 2 ê o n ú m e r o de t r a n s i ç õ e s p o r s e g u n d o e e a e n e r g i a a s s o c i a d a a t r a n s i ç ã o . 0 n ú m e r o de t r a n s i ç õ e s é d a d o p o r

W21 = N2A21

^

o n d e é a p o p u l a ç ã o do e s t a d o 2 e A^ d e p e n d e t a m b é m da p o p u l a ­ çã o do e s t a d o 1. 1. 2. 2. T r a n s i ç ã o e s t i m u l a d a U m c a m p o de r a d i a ç ã o e x i s t e n t e no m e i o , qu e p o s s u a u m a e n e r g i a hv = - E^, p r o v o c a u m a t r a n s i ç ã o do n í v e l 2 p a r a o n í ­ v e l 1. E s t e p r o c e s s o de e m i s s ã o e s t i m u l a d a de r a d i a ç ã o , ê p r o p o r ­ c i o n a l ã i n t e n s i d a d e do c a m p o e x i s t e n t e , c o n s t i t u i n d o - s e a b a s e f í s i c a f u n d a m e n t a l do la ser. A f i m de e x p l i c a r m o s a e m i s s ã o i n d u z i d a , v a m o s s u p o r um c a m p o de r a d i a ç ã o de d e n s i d a d e p (v) . C o m o t a n t o a a b s o r ç ã o q u a n t o a e m i s s ã o i n d u z i d a s ã o p r o p o r c i o n a i s a p(v) , p o d e m o s e s c r e v e r :

6 ( W 2 1 ^ i n d B 2lp ( v ) (4) ^W Í 2 ^ a b s B i2p (v ) o n d e B^ 2 e ^21 s ã o os c o e f i c i e n t e s de E i n s t e i n p a r a a e m i s s ã o i n ­ d u z i d a e a b s o r ç ã o . C o m b a s e nas e q u a ç õ e s (1) e (4), p o d e m o s a f i r m a r qu e a t a x a de t r a n s i ç õ e s do e s t a d o 2 p a r a o e s t a d o 1 é e a t a x a de t r a n s i ç õ e s do e s t a d o 1 p a r a o 2 ê W Í2 = (W Í 2 ’abs. ' A f i m de d e t e r m i n a r B- ^ e B^^, p o d e m o s c o n s i d e r a r os á t o m o s em e q u i l í b r i o t é r m i c o c o m u m c a m p o de r a d i a ç ã o de c o r p o ne g r o a u m a t e m p e r a t u r a T . N e s t e caso, a d e n s i d a d e de r a d i a ç ã o ê d a d a por: 3 p(v ) = --- — --- (7) c 3 (eh v / k T - 1) N a c o n d i ç ã o de e q u i l í b r i o t é r m i c o , a t a x a de t r a n s i ç õ e s do e s t a d o 2 p a r a o e s t a d o 1 e v i c e - v e r s a , s ã o i g u a i s , de m o d o q u e

o n d e N2 e s ã o as p o p u l a ç õ e s dos e s t a d o s 1 e 2 r e s p e c t i v a m e n t e . C o m b a s e nas e q u a ç õ e s (5), (6) e (8), p o d e m o s e s c r e v e r N 2 (b 2 1 P (v ) * A 2 J - N l B l 2 P ( v ) ( 9 ) S e g u n d o a e s t a t í s t i c a de B o l t z m a n n N ^ / N ^ = e x p ( - h v / k T ) p a r a s i s t e m a s em e q u i l í b r i o t é r m i c o . Log o, i n t r o d u z i n d o - s e (7) e m (9) temos: __________________________ > Azl _____________ (10) c ^ e x p (hv/kT) - lj B - ^ e x p ( h v / k T ) - B₂₁ O b s e r v a n d o - s e a i g u a l d a d e , v e m o s q u e u m a s o l u ç ã o p a r a a e q u a ç ã o d o ) ê B i 2 = B 2 1 e qu e A 21 / B 21 = 87Thv3/ c3 Ci2) C o m b a s e nas e q u a ç õ e s , c o n c l u í m o s q u e a t a x a de t r a n s i ç ã o i n d u z i ­ da ê d a d a p o r 3 W - = --- --- p ( v ) ( 1 3 ) in d , 8ti1i v' t e s p A e q u a ç ã o (13) r e l a c i o n a a t a x a de t r a n s i ç ã o i n d u z i d a p o r á t o m o d e v i d o a u m c a m p o u n i f o r m e . P a r a o c a s o de u m s i s t e m a

la ser, p o d e m o s c o n s i d e r a r , com b o a a p r o x i m a ç ã o , q u e a i n t e r a ç ã o de um c a m p o m o n o c r o m á t i c o c o m u m a t r a n s i ç ã o a t ô m i c a , ê p r o p o r c i o ­ n a l a f u n ç ã o f o r m a de l i n h a g(v) ( A p ê n d i c e I). P o r t a n t o , W ^ n d (v) a g ( v ) e P ( v ) = P v ê ( v ) e a e q u a ç ã o (13) f i c a t r a n s f o r m a ­ da em 2 p W i n d (v) = ---g(v) (14) 8-irhv^ t_esp 3 o n d e p^ e a d e n s i d a d e de e n e r g i a em J / m do c a m p o e l e t r o m a g n e t i c o q u e c a u s a a e m i s s ã o i n d u z i d a . C o m o a i n t e n s i d a d e o t i c a ê d a d a p o r I = c p Ovatt/m^) , ^ o n d e e s t a m o s c o n s i d e r a n d o a p r o p a g a ç ã o dc uma o n d a p l a n a p r o p a g a n d o - s e c o m v e l o c i d a d e c. , 2 I W d (v) = — ^ ^ g(v) (15) i n a 8nhv t_esp 1.3. A b s o r ç ã o e a m p l i f i c a ç ã o Se um c a m p o e l e t r o m a g n é t i c o de f r e q u ê n c i a v e i n t e n s i d a de 1^ i n c i d e s o b r e u m m e i o , h a v e r á N 2 ^ i n d ^ v ^ t r a n s i ç õ e s do n í v e l 2 p a r a o 1 e t r a n s iÇÔes do n í v e l 1 p a r a o 2. - (4) A p o t ê n c i a r e s u l t a n t e p o r u n i d a d e de v o l u m e s e r a v ^ : P / V = ( N2 - N x ) W i n d (v) h v (16) N a a u s ê n c i a de d i s s i p a ç ã o , o a c r é s c i m o de i n t e n s i d a d e

p o r u n i d a d e de c o m p r i m e n t o ê d a d o p o r dl(z) = Y ( v ) I (z) (17) dz P o t o n c x â o n d e dl (z) = --- e I (z.) p o d e s e r e x p r e s s a po r v v o l u m e .v Iv (z) = Iv (0) e x p

( Y(v)

z j (18) o n d e 2 Y(v) = ( N2 - N x ) --- ^ --- g(v) (19) 8 v 2 t esp e é d e n o m i n a d o g a n h o do m e i o l a s e r na a u s ê n c i a de d i s s i p a ç ã o . De a c o r d o c o m a e q u a ç ã o (19), q u a n d o u m c a m p o de r a d i a ­ çã o m o n o c r o m á t i c o i n c i d e n u m s i s t e m a a t ô m i c o , três f a to s p o d e m o c o r r e r : i. Se = N^, t e mos Y(v) = 0 , e a m a t é r i a é t r a n s p a ­ r e n t e p a r a e s t a f r e q ü ê n c i a . ( F i g u r a 2a.).

ii. Se , Y(v ) < 0. L o g o a o n d a de f r e q ü ê n c i a se? rã a b s o r v i d a p e l o m e i o . ( F i g u r a 2b.). iii. Se , Y(v ) > 0. N e s t e c a s o h a v e r á , a a m p l i ­ f i c a ç ã o da on da, s e n d o u m a das c o n d i ç õ e s b á s i c a s p a r a o f u n c i o n a m e n t o de u m la se r. ( F i g u r a 2c.). 1.4. C o n d i ç ã o l i m i a r p a r a o f u n c i o n a m e n t o de u m l a s e r N o i t e m a n t e r i o r , v i m o s q u e a c o n d i ç ã o b á s i c a p a r a o ga

10 O n d a I n c i d e n t e O n d a 1 n c i d e n t e U ü M e i o L a s e r (N^ < N ,) (10 M e i o L a s e r (N^ > N^) O n d a de S a í d a

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O n d a de S a í d a F i g u r a . 2 ( O Lm ( a ) a ou d a i n c i d e n t e tem a m esm a am p ] :i t u d e d a o nd a de sa í da . 0 m e i o e t r a n s p a r e n t e pa r a a onda. Em (b) a o nd a de s a í d a p o s s u i a m p l i t u d e m a i o r q ue a i n c i d e n t e . H o u v e a b s o r ç ã o . Hm (a) a onda de s a í da p o s s u i m a i o r a m p J i t u d e q u e a i n c i d e n t e . Ilouve ) 1 if ica ça o . L e g e n d a - ® Á t o m o s no e s t a d o 2 O Á t o m o s no e s t a d o 1

nho laser positivo e a inversão de população. Alem disto, da equação (19) , p o d e m o s n o t a r , q u e q u a n t o m a i o r f o r a d i s t â n c i a q u e a o n d a p e r c o r re no m e i o m a i o r s e r ã a a m p l i f i c a ç ã o . I s t o é c o n s e g u i d o , c o l o c a n ­ d o - s e o m e i o l a s e r e n t r e duas s u p e r f í c i e s r e f l e t o r a s q u e d e v i d a - m e n t e a l i n h a d a s c o n s t i t u e m um a c a v i d a d e ó t i c a r e s s o n a n t e . P o r é m a o n d a s o f r e p e r d a s d u r a n t e as m ú l t i p l a s r e f l e x õ e s n e s t a s s u p e r f í ’ ci e s , de m o d o q u e so t e r e m o s s a í d a l a s e r se o g a n h o y(v) f o r maior q u e as p e r d a s a ( v ) . S e g u n d o Y a r i v , as p e r d a s m a i s i m p o r t a n t e s são: (a) A b s o r ç ã o no m e i o a m p l i f i c a d o r (b) T r a n s m i s s ã o e a b s o r ç ã o nos e s p e l h o s e j a n e l a s (c) E s p a l h a m e n t o p o r h e t e r o g e n e i d a d e s o t i c a s (d) D i f r a ç ã o p e l a s a b e r t u r a s dos e s p e l h o s . E s t a s p e r d a s i n f l u e n c i a m d i r e t a m e n t e no f u n c i o n a m e n t o de u m l a s e r e d e v e m s e r i n t r o d u z i d a s , de a l g u m a f o r m a , nas e q u a - ções a f i m de q u e s e t e n h a a c o n d i ç ã o r e a l de a m p l i f i c a ç ã o . Se a t a x a de v a r i a ç ã o de e n e r g i a d e v i d o a t r a n s i ç õ e s i n d u z i d a s dos e s t a d o s 2 p a r a 1 e 1 p a r a 2 ê p r o p o r c i o n a l ao p r o d u to da e n e r g i a do f o t o n hv, p e l a i n v e r s ã o de p o p u l a ç ã o , e n t ã o a ta x a de a u m e n t o da i n t e n s i d a d e n a u n i d a d e de t e m p o s e r ã (41 ) = hv (N - N ) W c , (20) dt g a n h o z 1 ind o n d e e s t a m o s s u p o n d o > N-^. I n t r o d u z i n d o - s e u m f a t o r de p e r d a s a( v ) , de m o d o q u e i n c l u a todas as p e r d a s q u e o c o r r e m e n t r e as r e f l e x õ e s t e mos

o n d e I ê e ^ f o t o n i s t o e, a i n t e n s i d a d e da r a d i a ç ã o m o n o c r o m á t i c a e a = 1 ê o t e m p o de v i d a do f o t o n d e n t r o da c a v i d a d e . P a r a q u e u m l a s e r f u n c i o n e f— ) _{dt g a n h o} > (— ) _{^ t ^ p e r d a s} o 2 t 8t t v esp c gfv ) t r - b o f o t o n / t r ' t_{f o t o n} (2 2) (23) E s t a ê a c o n d i ç ã o l i m i a r p a r a q u e o c o r r a a m p l i f i c a ç ã o nas p r o x i m i d a d e s da l i n h a g ( v ).

2. 0 L A S E R DE H e - N e 2.1. D e s c r i ç ã o E m 1962, W h i t e e R i g d e n , c o n s t r u í r a m o p r i m e i r o la _ •k s e r de H e - N e o p e r a n d o no v i s í v e l , u t i l i z a n d o a t r a n s i ç a o 3s£ - 2p^ . B a s i c a m e n t e , ele ê c o n s t i t u í d o de u m t u b o de v i d r o ou q u a r t z o , c o m d i â m e t r o de 2 a 16 m m e c o m p r i m e n t o v a r i á v e l . A m i s t u r a g a s o ­ s a é f e i t a n a p r o p o r ç ã o de 5:1 de H e - N e ( 6 ) , ( 7 ) , ( 8 ) e a c a v i d a d e r e s s o n a n t e é c o n s t i t u í d a de dois e s p e l h o s d i e l ê t r i c o s p l a n o s ou Í9) e s f e r i c o s o b e d e c e n d o aos c r i t é r i o s de e s t a b i l i d a d e v J e a l t a re-o f l e t i v i d a d e p a r a o c o m p r i m e n t o de o n d a 6 3 2 8 A. A e x c i t a ç a o , geral^ m ente ê f e i t a p o r u m a f o n t e de c o r r e n t e c o n t í n u a , c u j a p o t ê n c i a d e p e n d e da g e o m e t r i a e p r e s s ã o da d e s c a r g a . As e x t r e m i d a d e s do tu bo s ã o t e r m i n a d a s c o m j a n e l a s de q u a r t z o em â n g u l o de B r e u s t e r , a f i m de p o l a r i z a r o f é i x e laser. 0 p o v o a m e n t o p r e f e r e n c i a l do n í v e l 3s^ do Ne, ê f e i t o

* Vafia í^í-íto de. &Á.mplÁ.çÁ.dade., u£Ã.li,zamoò ol notaçao de. P a i c h z n

14

•J

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-\AAA-A

V

A _A' F i g u r a 3 - ü s q u e m a t í p i c o de um l a s e r de H e - N e . e g c n d a : A e A ' J e ,J ' E e E ' V R_c B cs p c lhos j a n e 1 as cm a n g u i o B r e w s t e r e l e t r o d o s t e n s ã o a p 1 j c a d a r e s i s t. c n c i a d e c a r g a tubo de q u a r t z o ou pi r e x .

E n e r g i a em 1 0 0 0 0 c m 18 17 16 15 14 13

12

11 10 2 1 S 5x10 6s (10 4 s ) iA s <L> "d O u 03 Q* E

coi isocs com as paredes

J£

( J 0 " 8 S) He Ne F i g u r a 4 N í v e i s de e n e r g i a do l a s e r de H e - N e . O Ne p o r s i m p l i c i d a d e , é c o l o c a d o na no t a ç ã o d c P a s c h e n . (3)

p o r t r a n s f e r ê n c i a de e n e r g i a , do e s t a d o m e t a e s t ã v e l do He 2^S, c o n f o r m e o e s q u e m a de n í v e i s de e n e r g i a da f i g u r a 4. 2.2. E q u a ç õ e s de e q u i l í b r i o p a r a u m l a s e r de q u a t r o n í ­ v e i s . N a s e c ç ã o a n t e r i o r , d e d u z i m o s a c o n d i ç ã o l i m i a r p a r a o f u n c i o n a m e n t o de u m las er . I n c l u i r e m o s a g o r a , a t a x a de b o m b e a m e n to c o m o p a r â m e t r o , p a r a d e d u z i r a e x p r e s s ã o g e r a l da c o n d i ç ã o l i ­ m i a r p a r a o l a s e r de H e - N e , q u e se c o n s t i t u e n u m l a s e r de q u a t r o

- • (3)

n í v e i s ^ J . P a r t i n d o - s e de u m m o d e l o s i m p l i f i c a d o ( f i g u r a 5), p o d e ­ mo s d e d u z i r a c o n d i ç ã o g e r a l de a m p l i f i c a ç ã o . Se o t e m p o de v i d a do e s t a d o 2 é t^, e n t ã o a t a x a de t r a n s i ç ã o ao n í v e l 1 s e r ã 1 / Í2 = X / ^ 2 l + (t a x a ^e t r a n s i ç ã o a o u t r o s n í v e i s ) ' (24) o n d e l/t-, = l/t _{21 es p} + l/t-, (não r a d i a t i v o )_{21 v} J A d e n s i d a d e de á t o m o s nos n í v e i s 1 e 2 sã o e e h á u m a d e g e n e r e s c ê n c i a g^ e g^ r e s p e c t i v a m e n t e . 0 b o m b e a m e n t o p a r a 3 os e s t a d o s 1 e 2 s ã o f e i t o s a t a x a s de e R^ ( a t o m o s / s . m ). As e q u a ç õ e s q u e d e s c r e v e m a m u d a n ç a de p o p u l a ç ã o dos n í * v e i s 1 e 2 s ã o r e s p e c t i v a m e n t e :

d N ? “dt” R 2 N 2//t2 " ^N 2 " g 2N ] / g l') W i n d (-V ^ ( 2 5 . b.) Na c o n d i ç ã o de i n v e r s ã o de p o p u l a ç ã o de e q u i l í b r i o dN-, d N 2 (---- = ---- = 0), te mos a r e l a ç ã o dt dt R ? t - (R + R )t g / g 1 A N = N - g ?N /g = ■ ± Z 1. - --- (26) 1 + | t 2 + (1 - fi)tl g 2 / gl | W i n d (v) o n d e 6 = (27) Q u a n d o h ã i n v e r s ã o e o s i s t e m a e s t á em e q u i l í b r i o , n a a u s ê n c i a de c a m p o e l e t r o m a g n é t i c o ^ i nci(v ) = ® e

A N o

^N 2 ~ g 2N l^g l')

R 2t 2

^R 1 + R 2'*t lg 2//gl

^-28-^

logo

N A N = --- ^---1 * <t>t2 ^---1 W i n d (u) o n d e (j> = 6 [ l + (1 - ó) *-2 9 ^ N u m c a s o i d e a l e m q u e - t 2 ^ e R i = ® A N o R 2 ( t 2 - t 1 g 2/ g 1 ) (30)

g 7 nível, s u p e r i o r t ii l/t es p T r a n s i ç ã o l a se r g j nível inferior ^ \ ... r . . . . i R, J/t E S T A D O F U N D A M E N T A L F i g u r a 5 - S i s t e m a l a s e r de q u a t r o n í v e i s . 0 pr o c e s s o i n t e r m e d i á r i o de e x c i t a ç ã o qu e e f e i t o a t r a v é s do lie nã o é m o s t r a d o .

da q u a l p o d e - s e c o n c l u i r q u e t2 > clue ® a c o n d i ç ã o b á s i ­ ca p a r a q u e u m m e i o p o s s a a m p l i f i c a r u m a d e t e r m i n a d a f r e q ü ê n c i a . 2.3. M e c a n i s m o de i n v e r s ã o de p o p u l a ç ã o A e x c i t a ç ã o do l a s e r de H e - N e é f e i t a p o r i m p a c t o de e l é t r o n s , o b t i d a a t r a v é s de u m a f o n t e e x t e r n a . E s q u e m a t i c a m e n t e , o p r o c e s s o p o d e s e r e q u a c i o n a d o da s e g u i n t e m a n e i r a : He + e = H e + e (31) ★ -k H e + Ne = He + Ne + A E (32) o n d e o " í n d i c e " * i n d i c a o á t o m o no e s t a d o e x c i t a d o . N a e q u a ç ã o (31) t e mos o b o m b a r d e a m e n t o dos á t o m o s a t r a ­ vés do i m p a c t o c o m e l é t r o n s e n e r g é t i c o s e n a e q u a ç ã o (32) , o á t o ­ m o de He e x c i t a d o no e s t a d o 2^S m e t a e s t á v e l , t r a n s f e r e s u a e n e r ­ gia, p o r c o l i s õ e s a t ô m i c a s aos á t o m o s de Ne. T a l p r o c e s s o e x c i t a p r e f e r e n c i a l m e n t e o n í v e l 3s do Ne. A d i f e r e n ç a de e n e r g i a e n t r e os e s t a d o s 2^S e 3s , A E , ê t r a n s f o r m a d a em e n e r g i a c i n é t i c a do s is^ t e m a . C o m o o n í v e l 3 s^ p o s s u i u m t e m p o de v i d a de 10 ^s e o - 8 •-n í v e l 2p^ 10 s, h a v e r á u m a i n v e r s ã o de p o p u l a ç ã o e n t r e e s t e s e s ­ t a d o s e o v a l o r de N2 - N ^ s e r á t a n t o m a i o r q u a n t o m a i o r f o r o pci v o a m e n t o do n í v e l 3s2* U m f a t o i m p o r t a n t e q u e se d e v e c o n s i d e r a r é q u e o n í v e l ls do N e é m e t a e s t á v e l , e se nã o for d e p o p u l a d o p o r a l g u m p r o c e s ­ so, h a v e r á u m a c ú m u l o de e l é t r o n s no e s t a d o l s , d i f i c u l t a n d o a t r a n s i ç ã o 2p-ls . I st o f a r á c o m q u e a p o p u l a ç ã o de 2p a u m e n t e e d ^

20 m i n u a o v a l o r de - N^. P o r j.sso, c i m p o r t a n t e q u e o d i â m e t r o do t u b o s e j a p e q u e n o p a r a d e s t r u i r e s t e n í v e l , p o r c o l i s õ e s c o m as p a r e d e s . I s t o faz c o m q u e o g a n h o de u m l a s e r de H e - N e s e j a in t ~ j +■k (11) . (12) v e r s a m e n t e p r o p o r c i o n a l ao d i â m e t r o do t u b o v '. 2.4. P a r â m e t r o s q u e i n f l u e n c i a m no g a n h o de u m l a s e r de H e - N e A p o t ê n c i a de s a í d a de u m l a s e r de H e - N e , d e p e n d e b a s i ­ c a m e n t e , da p r e s s ã o , da c o m p o s i ç ã o do gás, da c o r r e n t e de d e s c a r ­ ga, da g e o m e t r i a do t u b o e da t r a n s m i t â n c i a dos e s p e l h o s P o r ê m , c o m o o g a n h o do l a s e r ê r e l a t i v a m e n t e b a i x o , e s ­ tes f a t o r e s d e v e m s e r o t i m i z a d o s , a f i m de q u e se s u p e r e as p e r d a s no i n t e r i o r da c a v i d a d e . B a s i c a m e n t e , p o d e - s e d i z e r q u e o g a n h o do l a s e r ê d i r e t a m e n t e p r o p o r c i o n a l ao c o m p r i m e n t o do t u b o e i n ­ v e r s a m e n t e p r o p o r c i o n a l ao d i â m e t r o , d e s d e q u e a d e s c a r g a e s t e j a o t i m i z a d a . A p r e s s ã o t o t a l e p a r c i a l do gãs d e v e s a t i s f a z e r aos c r i t é r i o s de G o r d o n e W h i t e (15) (6), T a i s c r i t é r i o s são: p D = 2,9 - 3,6 (t o r r . m m ) e p H e = 5 p Ne A l é m d e s t e s f a t o r e s , d e v e - s e c o n t a r c o m um gãs e s p e c ­ tros c o p i c a m e n t e p u r o , p a r a q u e o c o r r a a a m p l i f i c a ç ã o . C a s o c o n t r ã rio, as p e r d a s p o r c o l i s õ e s n ã o r a d i a t i v a s , m u d a n ç a no t e m p o de v i d a dos e s t a d o s , d e s t r u i ç ã o de m e t a e s t ã v e i s , f a z e m c o m q u e se t o r n e i m p o s s í v e l u m g a n h o r a z o a v e l do l a s e r de H e - N e . D e n t r e as

i m p u r e z a s , o h i d r o g ê n i o ê b a s t a n t e p r e j u d i c i a l , e a p r e s s õ e s p a r ­ c i a i s de H 2 de 10-2 torr, n e n h u m a s a í d a l a s e r é obs e r v a d a . 0 s i s t e m a de v á c u o p a r a l i m p e z a do tubo, n ã o p r e c i s a s e r t ã o a p u r a ­ do, p o r é m , q u a n t o m a i o r for o g r a u de l i m p e z a , p o r a q u e c i m e n t o do t u b o a v á c u o , t e m p o de b o m b e a m e n t o , e t c . , m e n o r s e r á a d e g a s a - f171 g e m 1 J e m a i o r s e r a o t e m p o de v i d a do la s e r . A l e m da d e g a s a g e m c o m o t e m p o , q u e faz c o m q u e c a i a a p o t ê n c i a de s a í d a do l a s e r , o u t r o f a t o r r e p o n d e r a n t e no t e m p o de v i d a é a d i f u s ã o do H e p e l a s p a r e d e s do t u b o .

C A P Í T U L O II

1. S I S T E M A D E V Á C U O P a r a se a t i n g i r u m n í v e l s u f i c i e n t e m e n t e b a i x o de p r e s ­ s ã o no t u b o de d e s c a r g a , do is s i s t e m a s f o r a m a c o p l a d o s . E s t e s s i £ t e m a s de v á c u o , n ã o se d e s t i n a v a m e s p e c i f i c a m e n t e ã p e s q u i s a , m a s s i m ao l a b o r a t õ r i o de f í s i c a a v a n ç a d a . P o r e s t e m o t i v o , v á r i a s a d a p t a ç õ e s t i v e r a m q u e s e r f e i t a s . Os dois s i s t e m a s , a c o p l a d o s , fo r a m u m a b o m b a i ô n i c a , o n d e e s t á i n c o r p o r a d o u m e s p e c t r ô m e t r o de m a s s a q u e p e r m i t i u u m a a n á l i s e do gás , e u m a b o m b a de d i f u s ã o c o m p r e s s ã o l i m i t e em t o r n o de 10 ^ torr. 0 f a t o de t e r m o s a c o p l a d o os dois s i s t e m a s , d e v e u - s e p r i n c i p a l m e n t e ãs c o n d i ç õ e s p e c u l i a r e s dos s i s t e m a s e dos g a s e s q u e s e r i a m b o m b e a d o s . E n t r e elas p o d e m o s c i t a r as s e g u i n t e s : i. O s i s t e m a c o m b o m b a de d i f u s ã o n ã o a t i n g i a p r e s s õ e s i n f e r i o r e s a 10 ^ torr. ii. A b o m b a i ô n i c a , n ã o b o m b e i a c o m e f i c i ê n c i a os g a s e s n o b r e s , u t i l i z a d o s n a d e s c a r g a . T e n d o em v i s t a e s t e s f a t o r e s , o p t o u - s e p e l o a c o p l a m e n t o dos dois s i s t e m a s , u s a n d o - s e a b o m b a de d i f u s ã o c o m o b o m b a p r i m á ­ r i a p a r a a b o m b a i ô n i c a . P a r a q u e i s t o se t o r n a s s e p o s s í v e l ,

vã-24 rias p e ç a s m e t á l i c a s , t i v e r a m q u e s e r p r o j e t a d a s e c o n f e c c i o n a d a s n a o f i c i n a m e c â n i c a . A l é m de c o n e c ç õ e s p a r a u n i r os dois s i s t e m a s , t i v e m o s q u e c o n s t r u i r u m " t r a p " , a f i m de e v i t a r q u e v a p o r e s de o l e o da b o m b a de d i f u s ã o c o n t a m i n a s s e m o s i s t e m a . E s t e " t r a p " , c o n s i s t e b a s i c a m e n t e de u m r e s e r v a t ó r i o p a ra n i t r o g ê n i o l í q u i d o , i s o l a d o t e r m i c a m e n t e do a m b i e n t e . 0 e s q u e ­ m a do " t r a p " ê m o s t r a d o na f i g u r a 7. P a r a s u a c o n f e c ç ã o f o r a m u s a das c h a p a s de la tão, s o l d a d a s a a n é i s de l a t ã o q u e p o r s u a v e z f o r a m f i x a d o s so b p r e s s ã o no c a n o de aç o ( f i g u r a 7). E s t a s c h a p a s f o r m a r a m o r e c i p i e n t e p a r a n i t r o g ê n i o e f o r a m i s o l a d a s t e r m i c a m e n te c o m i s o p o r . C o m e s t e d i s p o s i t i v o , c o m c a p a c i d a d e p a r a 2 lit r o s de n i t r o g ê n i o l í q u i d o , as b o m b a s p o d i a m f u n c i o n a r 3 h s e m q u e h o u v e s s e m p r o b l e m a s de c o n t a m i n a ç ã o . A p o s e s t e p e r í o d o , se t o r n a v a n e c e s s á r i o r e e n c h ê - l o . A l é m d e s t e " t r a p " , o u t r a s p e ç a s f o r a m f e i t a s , como: - U n i õ e s m e t a l - v i d r o u s a n d o - s e t o r r - s e a l ( c ol a de b a i x a p r e s s ã o de v a p o r f a b r i c a d a p e l a V a r i a n ) . - F l a n g e s - M a n t a s t é r m i c a s p a r a a q u e c i m e n t o da t u b u l a ç ã o . 0 s i s t e m a foi a q u e c i d o p a r a p e r m i t i r u m a m e l h o r d e g a s a - gem. P a r a u n i f o r m i z a r o a q u e c i m e n t o , t o das as p e ç a s f o r a m e n v o l - tas em p a p e l a l u m í n i o , em s e g u i d a e n r o l a m o s u m a r e s i s t ê n c i a de ní! q u e l c r o m o i s o l a d o p o r e s p a g u e t e de fi b r a , e p o r fi m e n v o l v e m o s t o d o o s i s t e m a c o m a m i a n t o p a r a e f e i t o de i s o l a m e n t o t é r m i c o .

A a l i m e n t a ç ã o de c o r r e n t e ao fio foi f e i t a c o m u m trans_ f o r m a d o r v a r i á v e l . D e s t e m o d o , a t i n g i a - s e f a c i l m e n t e t e m p e r a t u r a s da o r d e m de 200°C em t o d a a t u b u l a ç ã o . 0 f a t o de t e r m o s o p t a d o p o r u m a l i m p e z a r i g o r o s a , se d e v e ao f a t o de qu e p r e t e n d í a m o s e s ­ t u d a r a i n f l u ê n c i a de i m p u r e z a s s o b r e o f u n c i o n a m e n t o do l a s e r e

26

f 181

-

s e g u n d o R i c a r d , as i m p u r e z a s d e s t r o e m os e s t a d o s m e t a e s t ã -v e i s do Ne. M a s c o m o -v e r e m o s m a i s t a r d e tais a n a l i s e s n ã o f o r a m p o s s í v e i s p o r q u e a m i s t u r a c o n t i n h a a l t o g r a u de o q u e i m p o s s i b i l i t o u q u a l q u e r a n á l i s e m a i s r i g o r o s a . A p o s o a q u e c i m e n t o e b o m b e a m e n t o p o r a l g u n s d i a s , a t i n ­ g i u - s e p r e s s õ e s no t u b o da o r d e m de 1 0 ^ torr. -1 - 3 As m e d i d a s de p r e s s ã o de 10 a 10 t o r r f o r a m f e i t a s - 3 u s a n d o u m p i r a i. ( F i g u r a 8 ). P a r a p r e s s õ e s a b a i x o de 10 to rr, u s a m o s u m m e d i d o r p e n i n g ( F i g u r a 8 ) e p a r a p r e s s õ e s a b a i x o de 1 0 ^ t o r r u s a m o s o m e d i d o r de i o n i z a ç ã o do e s p e c t r ô m e t r o de massa .

Para efeito de medidas de pressão da mistura He-Ne, utilizamos um medidor de termopar (Figura 8) c a l i b r a d o c o m um m e d i d o r t i p o M c L e o d .

A t a x a de d e g a s a g e m em f u n ç ã o do t e m p o e n c o n t r a - s e na c u r v a da f i g u r a 9. C o m b a s e na c u r v a , p o d e - s e c o n s t a t a r q u e o s is_ t e m a n ã o e r a t o t a l m e n t e l i m p o p o r q u e apõ s 1 h s e m b o m b e a m e n t o a - 3 p r e s s ã o a u m e n t o u p a r a 10 torr. P o r e m , q u a n d o se c o l o c a a m i s t u ­ ra d e n t r o do t u b o a p r e s s õ e s de 1,4 torr, e s t a t a x a d e c a i e e s t a s i m p u r e z a s t i v e r a m p o u c a i n f l u ê n c i a nas n o s s a s m e d i d a s .

F i g u r a 8 - C u r v a dc d c g a s a g e m do s i s t e m a em f u n ç a o do tempo.

2. D E S C A R G A

A p r i n c í p i o p r e t e n d i a - s e r e a l i z a r a d e s c a r g a e m u m t u b o de 1 m de c o m p r i m e n t o e 6 m m de d i â m e t r o c o m c ã t o d o q u e n t e , s e n d o q u e t a n t o o c ã t o d o c o m o o â n o d o p o s s u í a m d i s p o s i t i v o s p a r a l i m p e

-_ 7

za. C o m e s t e s i s t e m a c h e g a m o s a a t i n g i r p r e s s õ e s de 10 torr. Mas i n f e l i z m e n t e , q u a n d o í am os p r o c e d e r a a n a l i s e , o c ã t o d o se p a r ­ tiu. P o r isto, t i v e m o s q u e f a z e r n o s s a s m e d i d a s , n u m t u b o de 60 cm de c o m p r i m e n t o e 2 m m de d i â m e t r o , p e r t e n c e n t e a um l a s e r f a ­ b r i c a d o p e l a CW-Radiation de cãtodo frio, que havia deixado de f u n c i o n a r .

D e v e m o s s a l i e n t a r q u e e s t e t i p o de d e s c a r g a , ê b e m m a i s d i f í c i l de l i m p a r , e p o r t a n t o , i s t o p o d e te r a f e t a d o a l g u m a s de n o s s a s m e d i d a s . Ma s, p o d e m o s g a r a n t i r , q u e a c a u s a do n ã o f u n c i o ­ n a m e n t o do l a s e r n ã o se d e v e a f a t o r e s de l i m p e z a , ma s a o u t r o s q u e d i s c u t i r e m o s a d i a n t e . A l i m p e z a d e s t a d e s c a r g a , foi fe i t a , f a z e n d o - s e u m aque^ c i m e n t o a 150°C, at é a t i n g i r p r e s s õ e s da o r d e m de 10 ^ torr. P a r a u m a s e m i - l i m p e z a dos e l e t r o d o s , u s a m o s u m a d e s c a r g a de a l t a c o r ­ r e n t e s o b r e u m a m i s t u r a H e - N e a 1 torr, e n t r e o c ã t o d o e o â n o d o e d e p o i s em s e n t i d o i n v e r s o . E s t e p r o c e s s o n ã o l i m p a t o t a l m e n t e , ma s s e g u n d o V a n d e r S l u i s , g r a n d e p a r t e das i m p u r e z a s absorvi^

30 das p e l o s e l e t r o d o s s ã o l i b e r a d a s . A a l i m e n t a ç ã o da d e s c a r g a , foi f e i t a c o m a p r ó p r i a f o n ­ te do l a s e r a q u e o t u b o p e r t e n c i a . E s t a f on t e , c o n s i s t e de u m m u l t i p l i c a d o r de t e n s ã o q u e a t i n g e 6 m A a 3 k V p o s s u i n d o u m s i s t £ m a de e s t a b i l i z a ç ã o b a s t a n t e bom.

3. S I S T E M A g T I C O DE D E T E C Ç Ã O A a n a l i s e ó t i c a , foi f e i t a m e d i n d o - s e a i n t e n s i d a d e das e m i t i d a p e l a d e s c a r g a . P a r a iss o, u t i l i z a m o s u m e s p e c t r ô m e r e d e qu e p e r m i t e l e i t u r a s de 2000 A a 1 0 00 0 X, c o m r e s o l u - o çoes da o r d e m de 2 A. A d e t e c ç ã o foi f e i t a c o m u m a f o t o m u l t i p l i c a d o r a . À s a í ­ da da f o t o m u l t i p l i c a d o r a , a c o p l a m o s u m m u l t í m e t r o d i g i t a l e a e s ­ te u m r e g i s t r a d o r . O e s q u e m a da m o n t a g e m ó t i c a p a r a d e t e c ç ã o das r a i a s e s p e c t r a i s da d e s c a r g a e n c o n t r a - s e na f i g u r a 9. C o m e s t a a p a r e l h a g e m , c o n s e g u i m o s f a z e r m e d i d a s de i n ­ t e n s i d a d e de l i n h a s de u m a m e s m a d e s c a r g a e c o m p a r ã - l a s c o m o u ­ tras em q u e se v a r i a v a m as c o n d i ç õ e s de p r e s s ã o ou de c o m p o s i ç ã o do g ã s . As m e d i d a s de i n t e n s i d a d e das r a i a s e s p e c t r a i s , f o r a m t o d a s f e i t a s l a t e r a l m e n t e ao t u b o e as i n t e n s i d a d e s o b t i d a s s ã o em u n i d a d e s a r b i t r a r i a s . l i n h a s tro de

R E S U L T A D O S E X P E R I M E N T A I S E

34 1 • A N Á L I S E P R E L I M I N A R D e v i d o ao fa to, q u e e s t a m o s u s a n d o u m a m i s t u r a c o m e r ­ c i a l de H e - N e , f o r n e c i d a p e l a W h i t e M a r t i n s , a c h a m o s p o r b e m f a ­ ze r u m a a n a l i s e p r e l i m i n a r do gás. P a r a tal, u s a m o s u m e s p e c t r ô m e tro de m a s s a , a p e n a s p a r a t e r m o s a l g u m r e s u l t a d o q u a l i t a t i v o . T a l a n a l i s e foi f e i t a apos t e r m o s a t i n g i d o u m a p r e s s ã o de 1 0 ^ t o r r e m t o d o o s i s t e m a . A p o s a t i n g i d o e s t e n í v e l de p r e s s ã o , as v á l v u ­ las e f o r a m f e c h a d a s e V.-, foi a b e r t a l e n t a m e n t e c o l o c a n d o -se a m i s t u r a de gãs no s i s t e m a ( f i g u r a 8 ). Q u a n d o a p r e s s ã o n a cã -8 - m a r a do e s p e c t r ô m e t r o a t i n g i u 2x1 0 torr, f i z e m o s a a n a l i s e do r e s í d u o . E m s e g u i d a i n t r o d u z i m o s a m i s t u r a na c â m a r a do e s p e c t r ô ­ m e t r o , a b r i n d o - s e l e n t a m e n t e a t é q u e a p r e s s ã o a t i n g i s s e • 1 0 ^ t o r r . A e s t a p r e s s ã o , o gãs foi a n a l i s a d o c o n s t a t a n d o - s e a p r e s e n ç a de H^. E s t a a n á l i s e é a p e n a s q u a l i t a t i v a , d e s d e q u e nã o se t i n h a c a l i b r a ç ã o do e s p e c t r ô m e t r o p a r a e s t e gãs. C o m o h a v í a m o s d e t e c t a d o a p r e s e n ç a de h i d r o g ê n i o n a mi_s tur a, f i z e m o s u m a o u t r a a n á l i s e n a E L E T R O S U L , u s a n d o - s e u m c r o m a - t é g r a f o c o m c o l u n a de N2 e He, n a q u a l foi c o n s t a t a d o a p r e s e n ç a de h i d r o g ê n i o em p e r c e n t a g e m s u p e r i o r a 1% . C o m o o c r o m a t é g r a f o n ã o p e r m i t i a u m a i n t r o d u ç ã o da m i s t u r a s e m q u e h o u v e s s e c o n t a m i n a do de ar, tal a n á l i s e t a m b é m n ã o p o d e s e r m u i t o c o n f i á v e l . P o r é m , s e r v i u a p e n a s p a r a c o m p r o v a r a e x i s t ê n c i a de h i d r o g ê n i o n a m i s t u ­ ra .

2. M E D I D A S Õ T I C A S C o m o h a v í a m o s d e t e c t a d o a p r e s e n ç a de ^ , n o s s o t r a b a - lho f i c o u m u i t o p r e j u d i c a d o . R e s t a v a p o r é m , s a b e r o q u a n t o e s t e e s t a v a a f e t a n d o a n o s s a d e s c a r g a . A d e s c a r g a s e m p r e foi a l i m e n t a d a c o m u m a c o r r e n t e de 6 mA. E s t a e s c o l h a se d e v e ao f a t o de q u e p a r a e s t e tubo, s a b í a m o s s e r a m e l h o r c o r r e n t e * . N e s t a c o r r e n t e , p r o c u r a m o s a m e l h o r p r e s s ã o de funciona. m e n t o . P a r a e n c o n t r a r e s t e v a l o r , u t i l i z a m o s o c r i t é r i o de V a n d e r in') ^ - -S l u i s . S e g u n d o e s t e c r i t é r i o u m a d e s c a r g a e s t ã no p o n t o é t i m o de f u n c i o n a m e n t o de u m la s e r , q u a n d o a r a z ã o e n t r e as i n t e n s i d a -des das l i n h a s e s p e c t r a i s 585 2 A do Ne e 5876 K do lie, p o s s u i r um v a l o r em t o r n o de 0,6. E s t a r e l a ç ã o c a r a c t e r i z a a q u a l i d a d e da d e s c a r g a em r e l a ç ã o à p r o p o r ç ã o de H e - N e , c o r r e n t e e p r e s s ã o .

A p a r t i r de a n ã l i s e s da d e s c a r g a a d i v e r s a s p r e s s õ e s ,

Veve-òe òalÀ.entan. que d e v id o a pfioblemaò com a deòcaftQa a c á ­ t odo q u e n t e , tivemoò que u & a n um la-ieA de He-Ne que h a v i a d e i xado de f u n ci o n a/ i . VaZ o fa to de uòan. a c o n s e n t e de 6 mA eòpe c i f i c a d a p elo f a b n . i c a n t e , pan.a mi&tufiat, na pn.opoftq.ao de 5:7 de He-Ne.

36 e n c o n t r a m o s o p o n t o de p r e s s ã o ó t i m o de f u n c i o n a m e n t o . Os r e s u l t a dos e s t ã o n a t a b e l a I e f i g u r a 11. T A B E L A I V A L O R E S DE R = 1 5 8 5 2 ^ I 58 76 P A R A D I V E R S A S P R E S S Õ E S p ( t o r r ) O CO 1 , 0 1 , 2 1,4 1 , 6 1 , 8 1 ( 5 8 5 2 ) * * 10 9 115 1 2 1 216 2 2 2 280 1 ( 5 8 7 6 ) * * 92 1 1 2 156 313 319 320 R 1 , 2 0 1 , 0 2 0 , 7 8 0 ,69 0 , 70 0 , 8 8 A p a r t i r do g r a f i c o , p o d e m o s v e r q u e R tem o m e l h o r va-lor p a r a p r e s s ã o em t o r n o de 1,4 torr. T a l v a l o r c o n c o r d a c o m o c r i t é r i o de W h i t e ? i s t o ê, q u e p D = 2,9 t o r r m m p a r a d i â m e -tros p e q u e n o s c o m o é o n o s s o caso. A l é m d i s s o n a t a b e l a II, a p r e s e n t a m o s as i n t e n s i d a d e s da l i n h a 6 3 2 8 A, t i r a d a s dos e s p e c t r o s a d i v e r s a s p r e s s õ e s . P o d e m o s v e r a p a r t i r do g r a f i c o da f i g u r a 1 1 , q u e r e a l m e n t e s e u v a l o r m á ­ x i m o é em t o r n o de 1,4 torr, c o m o h a v í a m o s e n c o n t r a d o a t r a v é s da r e l a ç ã o R. T A B E L A II I N T E N S I D A D E R E L A T I V A D A L I N H A 6 3 2 8 A E M F U N Ç A O D A P R E S S Ã O P ( t o r r ) 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 I ( u .a ) 17 25 31 47 45 * * U n ld .ad .Z 6 CLh.bi.tfiãtila.6

R 1 , 2 J ,0 0,8 -0 , 6 -4 -0,8 í , 0 ] , 2 P (torr) , 4 1 , b ]. , 8 F i g u r a 10 - G r á f i c o de R cm f u n ç ã o da p r e s s ã o .

I n t e n s i d a d e (u . 38 60 -40 20 0,8 1,0 1,2 p (t o r r ) 1,4 1,6 F i g u r a 11 - V a r i a ç a o da i n t e n s i d a d e da l i n h a 6328 A em f u n ç a o da p r e s s ã o .

F i g u r a 12 - (a) L a s e r cm f u n c i o n a m e n t o (R = 0,68) (b) D e s c a r g a a 1,4 t-orr (R = 0,69) (c ) Las er dan:i f i c:ado ( R = 1,20)

40 Das f i g u r a s a n t e r i o r e s , p o d e m o s v e r qtae a r e l a ç ã o R na n o s s a d e s c a r g a a 1,4 t o r r ( f i g u r a 12b) e s t a ó t i m a se c o m p a r a d a c o m o l a s e r da S p i n d e r § H o y e r em f u n c i o n a m e n t o ( f i g u r a 12a) o q u e n ã o o c o r r e o l a s e r da C.W. - R a d i a t i o n q u e d e i x o u de f u n c i o ­ n a r a a l g u m t e m p o ( f i g u r a 1 2 c ) . C o m o o v a l o r de p r e s s ã o do t u b o foi e n c o n t r a d o , t e n t a - m o s a l i n h a r e f a z e r f u n c i o n a r o la s e r . M a s a p e s a r de t u d o p a r e c e r ó t i m o na d e s c a r g a n ã o o b t i v e m o s s u c e s s o . R e s t a v a e n t ã o , t e s t a du as h i p ó t e s e s : i. 0 h i d r o g ê n i o c o n t i d o n a m i s t u r a e r a r e a l m e n t e m a i o r q u e II, o q u e i m p o s s i b i l i t a t o t a l m e n t e a a m p l i f i c a -~ (16) ç a o v J . ii. D u r a n t e o p r o c e s s o de a b e r t u r a do t ub o , h o u v e i m p l o s ã o de i m p u r e z a s s o b r e as s u p e r f í c i e s i n t e r n a s das j a n e l a s B r e w s t e r , f a z e n d o c o m q u e t o d a a m p l i f i c a ç ã o f o s s e a b s o r v i d a . C o m b a s e n e s t a s h i p ó t e s e s , p a r t i m o s p a r a o e s t u d o da p r i m e i r a h i p ó t e s e q u e nos p a r e c i a m a i s l ó g i c a , jã q u e h a v í a m o s d e t e c t a d o a p r e s e n ç a de h i d r o g ê n i o . U m a a n a l i s e c o m p a r a t i v a e n t r e os e s p e c t r o s de u m l a s e r em f u n c i o n a m e n t o e a d e s c a r g a a 1,4 tor r, m o s t r o u n o v a m e n t e a pre; s e n ç a de u m a l i n h a (6563 A) qu e s ó p o d i a s e r do d e s d e que, c o m a p r e c i s ã o do e s p e c t r ô m e t r o a l i n h a e s t a r ã e n t r e 65 59 A e 6 5 6 7 X - ■ 0 3 e as u n i c a s p o s s í v e i s n e s t e i n t e r v a l o s e r i a m a 65 60 A do H e a r e do h i d r o g ê n i o . P o r e m , c o m o n ã o d e t e c t a m o s c o m o e s p e c t r o m e t r o de m a s s a , e s t a l i n h a e s p e c t r a l p o d e s e r d e s c a r t a d a , r e s t a n d o s o ­ m e n t e , c o m o p o s s í v e l , a do h i d r o g ê n i o . As f i g u r a s 13 a e 15b m o s ­ t r a m o r e s u l t a d o s d e s t e e s p e c t r o .

6507A 6533A 6563A 6599A (b) F i g u r a 13 - E s p e c t r o cia d e s c a r g a do da C W - R a d i a t i o n , m o s t r a n d o 6 5 6 3% do !12 Ca0 • E s p e c t r o do S p i n d l e r iï M o y e r (b). las er 1 i nh a l a s e r da

42 V á r i o s e s p e c t r o s das d e s c a r g a s a u m e n t a n d o - s e a q u a n t i d a de de f o r m a t i r a d o s , m a n t e n d o - s e a p r e s s ã o t o t a l em t o r n o de 1,4 t o r r o n d e a r e l a ç ã o R se m o s t r o u id e a l . 0 h i d r o g ê n i o foi in-u m a t r o d u z i d o a t r a v é s da v á l v u l a V^, q u a n d o o s i s t e m a e s t a v a a _ £ p r e s s ã o de 10 tor r. A p r e s s ã o de ^ foi c o n t r o l a d a c o m o P i r a n i u t i l i z a n d o - s e a c u r v a de c a l i b r a ç ã o p a r a e s t e gás.

A p a r t i r dos r e s u l t a d o s o b t i d o s , ( t a b e l a s III e IV) p o ­ d e m o s v e r i f i c a r q u e a r e l a ç ã o R, n ã o v a r i a m u i t o c o m a q u a n t i d a d e de h i d r o g ê n i o . I s s o c o n f i r m a q u e a r e l a ç ã o R ê c a r a c t e r í s t i c o das c o n d i ç õ e s de p r e s s ã o e c o r r e n t e .

Os r e s u l t a d o s a p r e s e n t a d o s nas t a b e l a s III e IV, n ã o po d e m s e r c o m p a r a d o s s e m t r a n s f o r m a ç ã o , d e s d e q u e os e s p e c t r o s f o ­ r a m o b t i d o s c o m u n i d a d e s a r b i t r á r i a s e as c o n d i ç õ e s de a l i n h a m e n ­ to p o d e m m u d a r de u m e s p e c t r o p a r a o u t r o . No e n t a n t o se c o n s i d e - r a r m o s a l i n h a 5764 A no n e ô n e o c o r r e s p o n d e n t e a t r a n s i ç ã o 4 d ^ - 2 p g , p o d e m o s a d m i t i r q u e e s t a l i n h a n ã o m u d a m u i t o em f u n ç ã o do d e s d e q u e o n í v e l 4d e s t á a c i m a dos n í v e i s m e t a e s t á v e i s do He e N e q u e s ã o a f e t a d o s p e l o I^. A s s i m s e n d o as i n t e n s i d a d e s m e d i d a s s e r ã o p a d r o n i z a d a s t e n d o c o m o r e f e r ê n c i a a l i n h a 5 7 6 4 A do l a s e r f u n c i o n a n d o . I s t o ê , , , (I 5 7 6 4 A ) l a S e r (I,) = --- x (I,) m e d i d o A _{p a d r o n i z a d o} f T _{(I ^ y} > ____________A 5 4 ^ ) e s p e c t r o A i n d a p a r a m e l h o r a p r e s e n t a ç a o dos r e s u l t a d o s , p o d e m o s n o r m a l i z a r tod as as i n t e n s i d a d e s f a z e n d o rT ^ _ ^ p a d r o n i z a d o l J- J (1 -^) las er

F E R E N T E S Q U A N T I D A D E S DE H2

laser o

A (A) Transiçao* Spindler & Hoyer

50 38

5 d^-2pg

3

5434

3s 2- 2 p 10

3

5748

4 d 3- 2P 9

4

5764

4 d 4- 2 p 9

23

5852

2 p ^ - l s 2

71

5882

_{2? 2"ls 5}

44

5945

2p4- l s 5

42

6030

2p 2- ls4

14

6074

2 p3- l s 4

38

6096

_{2P 4 - 1 s 4}

72

6143

_{2P 6 - 1 s 5}

99

6217

_{2P 7_ls 5}

15

6266

2p 5- l s 3

55

6293

_{3s 2“2p5}

5

6304

2P 6 " 1s4

19

6328

₃

s

2 " 2P4

30

6334

_{2P 8- 1 s 5}

54

6383

_{2P 7~ ls 4}

70

6507

_{2P 8- 1}

s

4

110

6533

2py-

ls

J

18

6599

_2P

2

~ ls 2

47

6717

_{2P S~ ls 2}

42

6929

2p6- l s 2

47

7032

2 p10“l s 5

86

7245

2P l O ' l s 4

34

^Mis tura. ''‘Mis tura

+ +

^Mistura 10 2 torr H2 10 ^ torr H2

10

15

13

5

7

5

10

15

10

50

70

51

219

280

175

82

111

60

95

119

110

33

40

35

87

112

96

164

196

174

2 30

270

260

35

40

40

123

149

140

9

8

9

38

48

45

48

57

47

123

158

152

153

186

187

220

280

260

46

53

54

98

110

115

86

176

222

94

115

120

176

222

232

60

78

80

* H a n d - B o o k ( r e f e r ê n c i a 20).

44 T A B E L A IV I N T E N S I D A D E S R E L A T I V A S D A S L I N H A S D O He P A R A D I F E R E N T E S Q U A N T I D A D E S DE H 2 0 X (A) \ Transição* ^laser

Spindler & Hoyer ^Mistura

^Mistura + 10 ^ torr H 2 ''‘Mistura 10 ■*" torr H 2 3889 3 3P - 2 3S 30 187 127 25 3965 4 1 P - 2 1 S 1 8 6 1 4471 4 1 D - 2 3 P 60 136 213 97 40 26 5 D- 2 P3 3 4 22 15 5 5016 3 P- 2 S1 1 35 86 133 67 5048 4 1 S - 2 1 P 4 8 12 6 5876 s D-2°P3 3 111 313 474 295 6678 3 1 D - 2 1 P 127 95 138 135 7066 3 3 S - 2 3P 57 120 155 136 7281 3 1 S - 2 1 P 18 32 48 37

T e m o s então: (1 n = (IÀ / I5 7 6 4 ) d e s c a r g a x ( I 5 7 6 4 /Ix ) l a s e r O b t e m o s a s s i m os r e s u l t a d o s a p r e s e n t a d o s nas T A B E L A V I N T E N S I D A D E S N O R M A L I Z A D A S D A S L I N H A S t a b e l a s V e D O H e . V I . 0 X (A) L A S E R S p i n d l e r & H o y e r D E S C A R G A DES. 1 0 ' 2h2 DES. i o_ 1h 2 3889 1 2,9 1,4 0,4 39 65 1 4,0 2,3 0 , 5 40 26 1 2,6 1, 2 0, 6 4471 1 1,0 _1,1 0,7 5016 1 1,1 1,2 0 ,9 5048 1 1,0 1,1 0 CO 5876 1 1,3 1,4 1,2 7066 1 1,0 0 ,9 _{' 1,1} 7 281 1 O OO 0,9 0,9 OBS: E m t o das as t a b e l a s , q u a n d o f a l a m o s em d e s c a r g a , r e f e r i m o -nos - a m i s t u r a s e m a c r e s c e n t a r H ? e 10- 2 t o r r e 10 1 . torr sao as p r e s s õ e s p a r c i a i s de H£ i n t r o d u z i d a s na d e s c a r g a .

o X (A 5038 543 4 574 8 576 4 585 2 588 2 5945 6 03 0 60 74 6 0 9 6 6 1 4 3 6 2 1 7 6 2 6 6 6 2 9 3 6 30 4 6 3 2 8 6 3 3 4 6 3 8 3 65 07 6 5 3 3 6599 6 7 1 7 692 9 7032 7 24 5 I N T E N S I D A D E S N O R M A L I Z A D A S D A S L I N H A S DO Ne, T E N ­ D O - S E C O M O P A D R Ã O O L A S E R E A L I N H A 5 7 64 T A B E L A VI L A S E R S p i n d l e r & H o y e x D E S C A R G A 1 0 ~ 2H 2 1 1,5 1 6 1 0 8 0 8 1 1 2 1 2 1 1 1 4 1 3 1 1 1 1 1 1 1 0 0 9 1 1 1 0 9 1 1 1 1 0 1 1 0 0 9 1 1 1 0 9 1 1 1 0 9 1 1 0 0 9 1 0 8 0 5 1 0 9 0 8 1 0 7 0 6 1 1 0 0 7 1 1 0 0 9 1 0 9 0 8 1 1 2 1 0 1 1 0 0 8 1 0 9 0 8 1 0 9 0 8 1 0 9 0 8 1 0 8 0 8

I n t e n s i d a d e s n o r m a li z a d a s (u . 4 3 -2 -0

Las er Des c a r g a Des c a r g a

+ 10 ^ t o r r 11 2 D e s c a r g a + 10 ^ t o r r 11. F i g u r a 14 - C o m p o r t a m e n t o das l i n h a s do Me, p a r a p = 1,4 em f u n ç ã o da q u a n t i d a d e de t o r r >o > o

Inten sid ad es n o r m a l i z a d a s (u . 48 o 6 5 33A Las er D e s c a r g a Des c a r g a + 10 2 1 o r r 11. D e s c a r g a + 1 0 ~ 1 1 o r r H, F i g u r a 15 - V a r i a ç ã o do c o m p o r t a m e n t o das l i n h a s do Ne a p = 1,4 torr, em f u n ç ã o da q u a n t i d a d e de h i.drogên i o .

3. D I S C U S S Ã O D O S R E S U L T A D O S

O e s t u d o das c o n d i ç õ e s de p r e s s ã o da d e s c a r g a , foi f e i ­ to u s a n d o a r e l a ç ã o P = ( 15 3 5 2 ^Ne ^ 1 5876-^He ’ c*ue s e g un<^° ê c r í t i c o p a r a se c o n s e g u i r a m p l i f i c a ç ã o da luz n u m l a s e r de H e - N e . A r e l a ç ã o P, e n c o n t r a d a p a r a a d e s c a r g a s e j a " l i m p a " s e j a c o m a i n t r o d u ç ã o de h i d r o g ê n i o , a p r e s e n t o u v a l o r e s p r o x i m o s ao e n c o n t r a d o p a r a o l a s e r da S p i n d l e r & H o y e r ( f i g u r a 12) e t a m ­ b é m ao c r i t é r i o d e s c r i t o p o r V a n d e r S l u i s . C o m b a s e n e s t a re la ç ã o , p o d e m o s v e r q u e a m e l h o r p r e s s ã o de f u n c i o n a m e n t o da d e s ­ c a r g a d e v e r i a e s t a r em t o r n o de 1,4 t o r r u s a n d o o c r i t é r i o c i t a d o ( f i g u r a 11). E s t e v a l o r e s t ã de a c o r d o c o m o c r i t é r i o de W h i t e ^ - ' em q u e p D = 2,9 torr, mm, jã q u e u s a m o s u m t u b o de 2 m m de d i â m e ­ tro . As m e d i d a s do e s p e c t r o de l a s e r s q u e jã d e i x a r a m de f u n c i o n a r m o s t r a r a m a r e l a ç ã o R f o r a das c o n d i ç õ e s n o r m a i s de f u n c i o n a m e n t o (R = 1,2). Ta l f a t o d e m o n s t r a q u e o l a s e r de H e - N e d e i x a de f u n c i o n a r c o m o te m p o , d e v i d o a v a r i a ç ã o de p r e s s ã o no tubo. E s t a v a r i a ç ã o o c o r r e p o r d i f u s ã o do He a t r a v é s das p a r e d e s do t u ­ b o e p e l o s e f e i t o s de l i m p e z a „ Nas c o n d i ç õ e s da n o s s a d e s c a r g a d e v e r i a o c o r r e r a ,inve_r s ã o de p o p u l a ç ã o e c o n s e q u e n t e m e n t e a a m p l i f i c a ç ã o . No e n t a n t o , i.s_

50 to n ã o foi s u f i c i e n t e p a r a se o b t e r o f u n c i o n a m e n t o do laser. O c o r r e q u e n a a n a l i s e p r e l i m i n a r do g ã s , e n c o n t r a m o s u m a p e r c e n t a g e m de h i d r o g ê n i o c e r t a m e n t e m a i o r q u e 1% . C o m o jã fo i n o t a d o p o r V a n d e r S l u i s 5 o h i d r o g ê n i o p r e j u d i c a m u i t o a i n v e r s ã o de p o p u l a ç ã o , r a z ã o p e l a q u a l n ã o c o n s e g u i m o s a a m p l i f i -o c a ç a o da l i n h a 6 3 2 8 A. N a t e n t a t i v a de e n t e n d e r q u a l ê o e f e i t o do h i d r o g ê n i o s o b r e a d e s c a r g a , f o r a m t i r a d o s v á r i o s e s p e c t r o s , a u m e n t a n d o - s e a q u a n t i d a d e de h i d r o g ê n i o . Os r e s u l t a d o s dos e s p e c t r o s em f u n ç ã o da q u a n t i d a d e de h i d r o g ê n i o , m o s t r a m q u e p a r a o Ne ( f i g u r a 15), as l i n h a s q u e s a e m do n í v e l 3s ^ (63 28A , 6 2 9 3 A e 54 34A ) , m u d a m de c o m p o r t a m e n t o e m re_ l a ç ã o as do las er . E l a s d i m i n u e m a m e d i d a q u e se a u m e n t a a quant_i d a d e do h i d r o g ê n i o , e n q u a n t o as o u t r a s l i n h a s se m a n t ê m a p r o x i m a ­ d a m e n t e c o n s t a n t e s . N a p r e s s ã o p a r c i a l de h i d r o g ê n i o de 10 ^ torr, elas t e n d e m a a u m e n t a r . P o r e m , d e v e - s e s a l i e n t a r q u e n e s t a s c o n d i ç õ e s exi.s te h i d r o g ê n i o q u a s e q u e em m e s m a s q u a n t i d a d e s do q u e N e e ê n a t u ­ r a l q u e h a j a u m a m u d a n ç a de c o m p o r t a m e n t o d e s t a s l i n h a s , b e m c o m o de t o d a s as o u t r a s . Se as l i n h a s q u e s a e m do n í v e l 3 s^ do Ne ( l e m b r a m o s q u e a l i n h a 6 3 2 8 c o r r e s p o n d e n t e a t r a n s i ç ã o 3 s 2 - 2 p 4 ) d i m i n u e m de i n ­ t e n s i d a d e , i s s o se d e v e , p r o v a v e l m e n t e , ã d i m i n u i ç ã o da p o p u l a ç ã o do n í v e l Ss^- C o m o a l e m da p o p u l a ç ã o p o r c o l i s õ e s e l e t r ô n i c a s ou t r a n s i ç õ e s de n í v e i s s u p e r i o r e s p a r a e s t e e s t a d o , e x i s t e a popula. ç ã o d e s t e n í v e l p o r t r a n s f e r ê n c i a de e n e r g i a do H e p a r a o Ne, ê p r o v á v e l q u e e s t e ú l t i m o p r o c e s s o e s t e j a s e n d o p r e j u d i c a d o p e l a p r e s e n ç a de h i d r o g ê n i o . D e v e m o s l e m b r a r q u e o p r o c e s s o de transf-e r ê n c i a r e s s o n a n t e ê f e i t o p o r c o l i s õ e s c a u s a n d o t r a n s i ç õ e s n ã o ra

d i a t i v a s do n í v e l 2^S m e t a e s t ã v e l do He p a r a o 3 s^ do Ne. E f e t i v a m e n t e , no H ê l i o ( f i g u r a 14), q u a t r o l i n h a s p a r e ­ c e m t e r u m c o m p o r t a m e n t o d i f e r e n t e das d e m a i s . A 3889 A e a 396 5 A, a u m e n t a m no i n í c i o e d e p o i s caem . P r o v a v e l m e n t e , i s t o se d e v e ao f a t o de q u e no i n í c i o , o c o r r e a d e s t r u i ç ã o do n í v e l m e t a e s t ã ­ vel, d i m i n u i n d o a r e a b s o r ç ã o . C o n s e q u e n t e m e n t e , h a v e r á u m a u m e n t o da i n t e n s i d a d e da l i n h a e m i t i d a . A p o s a t i n g i d a u m a m a i o r p e r c e n t a g e m de h i d r o g ê n i o , as l i n h a s d i m i n u e m c o m o a u m e n t o d e s t e d e v i d o a q u e p r o v a v e l m e n t e e s t a r á h a v e n d o u m p r o c e s s o de t r a n s f e r ê n c i a r e s s o n a n t e de e n e r g i a do He p a r a o h i d r o g ê n i o , a t r a v é s das l i n h a s 3889 A e 3970 A do h i d r o g ê n i o q u e s ã o b a s t a n t e p r ó x i m a s das do He. A d e s t r u i ç ã o do n í v e l 2^S do He, p o d e e s t a r o c o r r e n d o p o r v á r i o s p r o c e s s o s . E n t r e eles p o d e m o s citar: (a) I o n i z a ç ã o do

- ~ - Ms') á t o m o de h i d r o g ê n i o p o r c o l i s õ e s c o m os á t o m o s de He ^ . I s t o p o d e o c o r r e r f a c i l m e n t e p o r q u e o h i d r o g ê n i o p o s s u i p o t e n c i a l de i o n i z a ç ã o m e n o r do qu e a e n e r g i a do e s t a d o m a t a e s t ã v e l 2^S (figu-(19) ra ). (b) T r a n s i ç a o n a o r a d i a t i v a e n t r e s i n g l e t - t n p l e t v ' 1 3 - ' (2 S - 2 S ) , a t r a v é s de e l e t r o n s e n e r g e t i c o s l i b e r a d o s p e l o p r o c e s ­ so a n t e r i o r . C o m o a p o p u l a ç ã o do e s t a d o m e t a e s t ã v e l d i m i n u e , d i m i n u e t a m b é m o p r o c e s s o de t r a n s f e r ê n c i a r e s s o n a n t e ao He, I s t o é, o c o r re u m p r o c e s s o c o m p e t i t i v o c o m o h i d r o g ê n i o . £ p r o v á v e l que, m e d i d a s m a i s a p u r a d a s d e v e m s e r f e i t a s u s a n d o a b s o r ç ã o , p a r a c o m p r o v a r e s t e fat o , já q u e a l i n h a 50 16 A do H e q u e t a m b é m d e c a i a u m n í v e l m e t a e s t á v e l n ã o s o f r e g r a n d e s a l t e r a ç õ e s . £ p o s s í v e l t a m b é m q u e n ã o h a v e n d o i n t e r a ç ã o r e s s o n a n ­ te c o m o h i d r o g ê n i o , a i n f l u ê n c i a d e s t e s o b r e e l a s e j a p e q u e n a . P o r é m , i s t o s o m e n t e s e r i a c o m p r o v a d o u t i l i z a n d o p e q u e n a s q u a n t i d a des de h i d r o g ê n i o n u m a m i s t u r a pu r a .

E n e r g i a ( e V ) 52 11 e 1 :i o 11 i d r o g c n i o F i g u r a 16 - D i a g r a m a de n í v e i s de e n e r g i a do H é l i o e do H i d r o g ê n i o . (21)