Faculté des sciences

Atomic level widths and shake probabilities as inferred from high-resolution measurements of x-ray emission spectra

Raboud, Pierre-Alexandre ; Dousse, Jean-Claude (Dir.) ; Weis, Antoine (Codir.)

Thèse de doctorat : Université de Fribourg, 2001 ; no 1362.

Ce travail de doctorat comprend deux volets appartenant tous deux au domaine de la physique atomique. Le premier concerne la largeur naturelle des couches et sous-couches profondes de l’atome. Le second est une étude des mécanismes conduisant à la création d’états atomiques KL doublement excités dans une cible gazeuse d’argon irradiée par des photons monoénergétiques. Le premier... Plus

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    Résumé
    Ce travail de doctorat comprend deux volets appartenant tous deux au domaine de la physique atomique. Le premier concerne la largeur naturelle des couches et sous-couches profondes de l’atome. Le second est une étude des mécanismes conduisant à la création d’états atomiques KL doublement excités dans une cible gazeuse d’argon irradiée par des photons monoénergétiques. Le premier projet contient lui-même deux parties : la première est une étude expérimentale des largeurs naturelles des sous-couches L1 (2s1/2) à N5 (4d5/2) de deux éléments lourds, l’uranium et le thorium. La seconde partie est une étude similaire portant cependant exclusivement sur la largeur de la sous-couche L1 de divers éléments compris entre le samarium (Z = 62) et le bismuth (Z = 83). Dans les deux parties de ce projet, l'obtention de résultats fiables ne pouvait être obtenue qu'avec un instrument ayant un pouvoir de résolution comparable aux largeurs naturelles étudiées, c'est-à-dire de l'ordre de l’électron-volt pour un domaine d'énergie compris entre 2 et 20 keV. Cette condition restreignait le choix des instruments de mesure aux spectromètres à cristal. Dans le second projet, la méthode expérimentale utilisée a consisté à comparer les énergies et intensités des transitions radiatives 1s12s22p5 → 1s22s22p4 et 1s12s12p6 → 1s22s12p5 à celles de la transition 1s12s22p6 → 1s22s22p5. A cause de la lacune spectatrice 2s ou 2p, les raies X satellites Kα1,2L(1) associées aux deux premières transitions sont déplacées vers les hautes énergies par rapport aux raies X diagrammes Kα1,2L(0) associées à la troisième transition. A partir de l’intensité relative des raies satellites et diagrammes, la probabilité d’excitation double peut être déduite, ceci à condition de pouvoir résoudre les deux groupes de lignes spectrales. Comme la différence d’énergie n’est que d’environ 20 eV dans le cas de l’argon, là aussi le recours au spectromètre à cristal s’est avéré indispensable. La spectroscopie de rayons X de haute-résolution représente donc le dénominateur commun des deux projets constituant cette thèse de doctorat.
    Summary
    Two different projects related to Atomic Physics are contained in the present Ph.D. thesis. The first project concerns the natural widths of atomic core levels whereas the second one deals with the double KL excitation of gaseous argon resulting from impact with monoenergetic photons. The first project itself is divided in two parts: the first one is an experimental study of the L1 to N5 atomic level widths of two heavy elements, namely thorium and uranium. The second one deals with the natural width of the 2s1/2 level in several elements ranging between samarium (Z = 62) and bismuth (Z = 83). In both parts the condition to get reliable results was to use a detecting device whose instrumental broadening was comparable to the investigated widths i.e. in the order of a few eV over the energy domain comprised between 2 keV and 20 keV. This condition could only be satisfied by using crystal spectrometers. In the second project, the experimental method consisted in comparing the energies and intensities of the transitions 1s12s22p5 → 1s22s22p4 and 1s12s12p6 → 1s22s12p5 to those of the transition 1s12s22p6 → 1s22s22p5. Due to the spectator vacancy 2s or 2p, the Kα1,2L(1) satellite x-ray lines corresponding to the two first transitions are shifted to higher energies relative to the Kα1,2L(0) diagram lines corresponding to the third transition. From the satellite-to-diagram line yield ratio the double excitation probability can be deduced, provided that the satellites can be resolved from the parent diagram line. Since in argon this energy difference is only about 20 eV, again the feasibility of this project required the use of a crystal spectrometer. High-resolution x-ray spectroscopy represents thus the common denominator of the two projects.