Production et transport des états excités du projectile en interaction ion-solide

B.TAMAIN, Professeur, CAEN (président) C.COHEN, Directeur de Recherche, PARIS (rapporteur) J.REMILLIEUX, Professeur, LYON (rapporteur)In ion-solid collisions, more excited states of projectile ions with high angular momenta l are populated than in ion-atom collisions. The use of 13.6 MeV/u Ar18+ projectile ions and solid carbon targets allowed us to study Ar17+ excited states initially populated by electron capture. Using various targets with increasing thickness from 3.5 to 200 µg/cm², the evolution of excited states from the single collision condition to the population equilibrium was investigated. We observed the evolution of the Lyman line intensities as a function of the ion transit time inside the target (sensitive to core state population) and as a function of the ion time of flight behind the target (sensitive to Rydberg state population). To explain the experimental results, a complete theorical analysis of the transport of excited states inside the medium was performed. We used two different collisional models. The first one is a rate equation model based on a statistical description of binary collisions of the projectile with target atoms. The second one is a classical transport theory based on an equation describing the motion of the projectile electron on a classical orbit perturbed by a stochastic force. A comparison with experiment shows that a such collisional approach allows to interpret the excited l-state population, but fails in describing the core state population. The observed l mixing in these states is much larger than predicted by the models. The polarization of the medium induced by the projectile ion, with both models do not take into account, could be responsible for this mixing by means of the Stark effect.Dans les collisions ion-solide, les états de l'ion projectile de grand moment angulaire l sont en moyenne beaucoup plus peuplés que lors des collisions ion-atome. L'utilisation d'ions projectiles Ar18+ d'énergie 13,6 MeV/u et de cibles solides de carbone nous a permis d'étudier les états excités de l'ion Ar17+ peuplés par capture. La gamme d'épaisseur de cibles choisie a permis d'effectuer cette étude de la condition de collision unique (3,5 µg/cm²) jusqu'à l'équilibre des populations (200 µg/cm²). Nous avons observé l'évolution des intensités des transitions Lyman en fonction du temps de transit de l'ion dans la cible (évolution sensible à la population des états de coeur) ainsi qu'en fonction du temps de vol de l'ion derrière la cible (évolution sensible à la population des états de Rydberg). Pour expliquer les résultats expérimentaux, une analyse complète du transport des états excités dans la cible a été réalisée. Nous avons utilisé deux modèles de type collisionnel. Le premier est un modèle d'équations d'évolution basé sur une description statistique des collisions binaires du projectile avec les atomes cibles. Le second est un modèle de transport classique basé sur l'équation décrivant le mouvement de l'électron projectile sur une orbite classique perturbé par une force stochastique. Une comparaison avec l'expérience montre que ces approches collisionnelles permettent de refléter assez bien la population en moment angulaire des états très excités mais nettement moins bien celle des états de coeur. Le mélange l observé pour ces états est beaucoup plus important que prévu par ces modèles. La polarisation du milieu induite par l'ion projectile (non prise en compte par les modèles) pourrait être responsable d'un tel mélange par l'intermédiaire de l'effet Stark