Mesure et interprétation de spectres de lanthanides faiblement ionisés dans l'ultraviolet : cas du néodyme et du thulium

par Ali Meftah

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-François Wyart et de Omar Lamrous.

Soutenue en 2007

à Paris 11 en cotutelle avec l'Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou (Algérie) , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Théorie des perturbations
• Force d'oscillateur
• Lanthanides trivalents
• Température d'étincelle
• Probabilités de transitions
• Interaction de configurations
• Ecran phosphore photostimulable
• Néodyme
• Thulium

Résumé

Le spectre d’émission d’éléments de lanthanides ionisés est observé et mesuré sur des spectrographes en incidence normale dans l’ultraviolet(70-275nm). Les récepteurs sont des plaques argentiques ou des écrans photostimulables. Pour le néodyme, les raies de Nd III, IV et V sont discriminées expérimentalement en faisant varier les conditions d’excitation de l’étincelle. L’étude des configurations électroniques selon les méthodes de Racah-Slater au moyen des programmes de Cowan conduit à trouver les niveaux des ions libres Nd3+ et Nd4+. Les 41 niveaux de 4f3 (Nd IV) et les 12 niveaux de 4f2 (Nd V) sont interprétés paramétriquement en tenant compte des interactions de configuration au 3° ordre de perturbation électrostatique et au 2° ordre pour les interactions du spin (écart quadratique moyen = 1/13000 du domaine d’énergie interprété). Pour Nd IV, on rapporte 1426 raies avec leur classification, et les probabilités de transition gA calculées. Pour la première fois, le rôle des configurations de cœur excité sur les transitions de résonance 4f N+1-4fN5d, via l’interaction 5p64f N-15d-5p54f n5d, est mis en évidence. Les méthodes sont appliquée au spectre, totalement inconnu auparavant de Tm IV, pour lequel 760 raies sont classées et les probabilités de transitions calculées. Dans le cas de Nd V, la comparaison des intensités calculées à l’ETL et observées conduit à une température effective Teff=3,6(3)eV dans l’étincelle.

Titre traduit

Measure and interpretation of the spectra of weakly charged lanthanide ions in the ultraviolet : the cases of neodymium and thulium

Résumé

The emission spectrum of lanthanide elements is observed an measured on normal incidence spectrographs (70-275nm). Argentic plates or phosphor image plates are used as receptors. In the case of neodymium, spark excitation conditions are varied to discriminate Nd III, IV and V spectral lines. The electronic configurations of the Cowan codes. The 41 levels of 4f3 (Nd IV) and 12 levels of 4f2(Nd V) are interpreted parametrically by taking into account the configuration interaction effects at the 3rd order of perturbation and all spin dependent effects at the 2nd order , with a root mean square deviation of 1/13000 of the interpreted energy range. In Nd IV, 1426 lines are reported with the combining levels, the calculated transition probabilities gA. For the first time the importance of the interaction 5p64f N-15d-5p54fN5d on the resonance transitions 4f N+1-4fN5d is evidenced. The same methods are applied to the formely unknown spectrum of Tm IV, that comprises now 760 classified lines (with calculated transition probabilities), involving 209 energy levels. In the case of Nd V, the comparison of ETL computed versus measured intensities leads to Teff=3,6(3)eV in the spark.