MOLÉCULAIRES JETS & FAISCEAUX

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Définition des trois types de faisceaux

Un volume de gaz en équilibre thermique (par exemple dans un réservoir à température uniforme et constante) est toujours dans un état désordonné appelé « chaos moléculaire ». On y trouve un très grand nombre de molécules (2,7 × 1019 dans un centimètre cube d'air à pression et température ambiantes) qui sont en mouvement continuel, avec des parcours en « zigzag » dont les parties linéaires commencent et finissent lors des collisions incessantes, qui se produisent entre molécules ou sur les parois du réservoir (cf. chambre 1, ). Les vitesses des molécules, dues à cette agitation thermique, ont des directions réparties uniformément dans tout l'espace et des grandeurs avec des distributions très larges. Les valeurs moyennes varient comme la racine carrée de la température absolue du gaz (cf. théorie cinétique des fluides).

Dispositif pour des faisceaux d'énergie inférieure à 0,5 eV

Dispositif pour des faisceaux d'énergie inférieure à 0,5 eV

Dessin

Dispositif expérimental permettant d'obtenir des faisceaux moléculaires thermiques d'énergie inférieure à 0,5 électron-volt. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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L'état de chaos moléculaire, qui caractérise normalement un gaz contenu dans un réservoir, peut être transformé en état ordonné sous forme de jet ou mieux de faisceau moléculaire. On y parvient en mettant le réservoir en communication directe avec une enceinte à vide, à travers un petit orifice à partir duquel se produit un premier écoulement ordonné. On obtient ainsi soit une effusion thermique où les molécules se déplacent isolément sans collisions, soit un jet supersonique où elles suivent un mouvement d'ensemble accompagné de très nombreuses collisions. Cela dépend des dimensions relatives du diamètre D de l'orifice et du libre parcours moyen λ0 des molécules dans le réservoir, qui est la distance moyenne parcourue entre deux collisions successives. Dans les deux cas, à l'aide de diaphragmes appropriés, on peut ensuite former un faisceau moléculaire que l'on peut définir comme un gaz monodimensionnel sans parois, se propageant optiquement dans le vide.

Si λ0 est plus grand que D (à faible pression P0 dans le réservoir, par exemple 10–2 mbar à température ambiante, pour D = 1 mm), les molécules s'échappent isolément et sans collisions par effusion thermique à travers l'orifi [...]


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Dispositif pour des faisceaux d'énergie inférieure à 0,5 eV

Dispositif pour des faisceaux d'énergie inférieure à 0,5 eV
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Dispositif pour des jets faisceaux d'énergie comprise entre 0,01 et 40 eV

Dispositif pour des jets faisceaux d'énergie comprise entre 0,01 et 40 eV
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Faisceaux thermiques et supersoniques

Faisceaux thermiques et supersoniques
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Écrit par :

  • : Ingénieur, École nationale supérieure de chimie de Paris, docteur ès sciences, chef de laboratoire au Commissariat à l'énergie atomique, directeur de recherche et thèses

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Pour citer l’article

Roger CAMPARGUE, « MOLÉCULAIRES JETS & FAISCEAUX », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 12 janvier 2020. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/jets-et-faisceaux-moleculaires/