Contributions à l'étude expérimentale de l'hélium-3 liquide polarisé
Résumé
Spin-polarized liquid helium-3 is prepared by laser optical pumping in low magnetic field and at room temperature, prior to fast liquefaction of the polarized sample. The use of a new helium-3 cryostat enabled us to obtain liquid helium-3 with polarization rates up to 25 % at well-stabilized temperatures (around 0.5 K). We could thereby study the effect of nuclear polarization on liquid-vapour equilibrium, and particularly on the saturated vapour pressure. Very sensitive capacitive gauges were developed. We estimated (to first order in M^2) the expected effects when the polarization M is suddenly destroyed. These effects were experimentally observed in helium-3/helium-4 mixtures ; in pure helium-3, only a transient increase in pressure has been recorded. We then describe in a third part a preliminary experiment which aimed at determining the longitudinal relaxation time T1 in mixtures. Relaxation on the walls is efficiently reduced by a cesium coating and T1s of order 20 minutes were observed. A careful determination of the helium-3 concentration in the liquid phase was made. Finally we studied the effects of dipolar field on transverse polarisation decay in our strongly polarized samples. We observed the free precession of polarization after a NMR pulse, and analysed in detail its decay time constant as a fonction of different parameters. This time constant drastically varied with the tipping angle, an effect which could be linked to NMR dynamical instabilities.
L'héhum-3 liquide polarisé est préparé par pompage optique laser de l'hélium-3 pur dans un champ magnétique faible et à température ambiante, suivi d'une liquéfaction rapide de l'échantillon polarisé. La mise en oeuvre d'un nouveau cryostat à hélium-3 nous a permis d'obtenir des échantillons d'hélium-3 liquide dont le taux de polarisation atteint 25 %, à des températures de l'ordre de 0.5 K très bien stabilisées. Cette stabilité nous a permis d'étudier l'influence de la polarisation nucléaire sur l'équilibre liquide-vapeur, et en particulier sur la pression de vapeur saturante. Nous avons développé dans ce but des capteurs capacitifs très sensibles. Une estimation (limitée à l'ordre le plus bas en M^2) des effets attendus suite à une brutale destruction de l'aimantation M est menée. Ces effets sont expérimentalement observés dans les mélanges hélium-3/hélium-4 ; dans l'hélium-3 pur, seule une augmentation transitoire et faible de la pression a pu être observée. Nous décrivons ensuite une expérience préliminaire visant à déterminer le temps de relaxation longitudinale T1 dans les mélanges isotopes. La relaxation sur les parois de la cellule est efficacement réduite par l'utilisation d'un enduit de césium et des temps de l'ordre de 20 minutes sont observés. Nous nous sommes interessés plus particulièrement à la détermination de la concentration en hélium-3 en phase liquide Enfin, nous étudions expérimentalement l'effet du champ dipolaire sur l'évolution de l'aimantation transverse dans nos échantillons liquides fortement aimantés. Nous observons la précession libre de l'aimantation après une impulsion RMN et analysons de façon détaillée son temps d'amortissement en fonction de divers paramètres. Ce temps varie de façon spectaculaire avec l'angle de basculement, effet qui pourrait être lié à des instabilités dynamiques de RMN.
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