Étude par pompage optique de la résonance magnétique de l'ion 3He+ dans l'état fondamental

Abstract
We study the magnetic resonance of the 1 2S1/2 ground state for 3He+ ions in an optical pumping experiment performed on a 3He discharge. We theoretically investigate the effect of charge exchange collisions on the internal variables of 3He+ ions and neutral 3He atoms, and thus derive the saturation behaviour of the ion resonance. Experimental verifications are then presented, from which we evaluate the mean density of the 3 He+ ions in the discharge. Furthermore we discuss the origin of the observed linewidth for the ion resonance curve by considering the movement of ions through the cell, which obeys an ambipolar diffusion law. We evaluate the order of magnitude of the mean ion velocity at low pressure, where it differs substantially from the thermal velocity. Finally we propose a value for the cross-section of charge-exchange collisions in 3He when the 3He+ ions thermalize.

Résumé
On étudie la résonance magnétique de l'ion 3He+ dans l'état fondamental 1 2S1/2 dans une expérience de pompage optique de 3He dans une décharge. On calcule théoriquement l'effet des collisions d'échange de charge sur les variables angulaires associées aux ions 3He+ et aux atomes neutres 3He. On prévoit ainsi le comportement de saturation de la résonance de l'ion. Des vérifications expérimentales sont ensuite présentées, d'où l'on déduit une évaluation de la densité moyenne des ions 3He+ dans la décharge. De plus on discute l'origine physique de la largeur observée pour la courbe de résonance ionique. Pour cela on s'intéresse au mouvement des ions dans la cellule, qui est régi par la diffusion ambipolaire. On évalue un bon ordre de grandeur pour leur vitesse moyenne aux basses pressions, où elle diffère de la vitesse thermique. Enfin on donne une valeur pour la section efficace des collisions d'échange de charge dans 3He lorsque les ions 3He+ sont thermalisés.