Numéro
J. Phys. France
Volume 40, Numéro 3, mars 1979
Page(s) 215 - 223
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:01979004003021500
J. Phys. France 40, 215-223 (1979)
DOI: 10.1051/jphys:01979004003021500

Transitions between Rydberg levels of helium induced by electron and neutral collisions

F. Devos, J. Boulmer et J.-F. Delpech

Groupe d'Electronique dans les Gaz, Institut d'Electronique Fondamentale Bât. 220, Université Paris-XI, 91405 Orsay, France


Abstract
An experimental study of electron- and neutral-induced collisional transfer between Rydberg levels of helium has been made for intermediate values (8 to 17) of the principal quantum number. The techniques of time-resolved, laser induced fluorescence spectroscopy were used to follow the collisional depopulation of the laser pumped level as well as transfers between levels of different principal quantum number in a high purity, well diagnosed helium afterglow. Transfers between singlet and triplet subsystems of atomic helium were found to be negligible. Electron-induced collisional transfer follows closely the functional variation of the Mansbach and Keck hydrogenic theory, but experimental values are on the average smaller by a factor of 0.64 than predicted. Transfers induced by collisions with 3He and 4He atoms are in marked disagreement with Flannery's classical binary-encounter theory for the smaller values of the principal quantum number, although disagreement is less pronounced for higher principal quantum numbers. This fact, and the absence of isotopic effect on rate coefficients, indicate that a simple binary-encounter theory is not suitable for intermediate Rydberg levels, and that interatomic potentials should be included in a two-centre, molecular model with an excited electron.


Résumé
Nous donnons les résultats d'une étude expérimentale des transferts induits par collisions atomiques et électroniques entre niveaux de Rydberg de l'hélium ayant des nombres quantiques principaux compris entre 8 et 17. La technique de fluorescence induite par laser a été utilisée pour suivre avec une résolution temporelle suffisante le dépeuplement collisionnel du niveau pompé ainsi que les transferts entre niveaux de nombres quantiques différents dans une post-décharge d'hélium de haute pureté dont les différents paramètres sont mesurés avec précision. Nos observations montrent que les transferts entre sous-systèmes triplet et singulet sont négligeables. Les transferts dus aux collisions avec les électrons suivent étroitement l'allure fonctionnelle prévue par la théorie hydrogénique classique de Mansbach et Keck, mais les valeurs expérimentales sont en moyenne plus petites d'un facteur 0,64. Les transferts induits par les collisions avec des atomes de 3 He et de 4He sont en net désaccord avec la théorie classique de Flannery, qui utilise le modèle de la collision binaire ; cependant, le désaccord s'atténue pour les nombres quantiques principaux les plus élevés. Ce fait, joint à l'absence d'effet isotopique sur les taux, indique qu'un modèle simple de collision binaire décrit mal les niveaux de Rydberg moyennement excités, et qu'il est nécessaire de tenir compte des potentiels interatomiques dans un modèle moléculaire à deux centres, plus un électron excité.

PACS
3450F - Electronic excitation and ionization of atoms (including beam-foil excitation and ionization).

Key words
atom atom collisions -- atomic electron impact excitation -- atomic excited states -- helium atoms