L'hélium polarisé : méthodes et applications

Laboratoire de Physique de l'E.N.S., 24, rue Lhomond, 75231 Paris Cedex 05, France

Résumé

Le pompage optique est une méthode qui permet d'atteindre de fortes polarisations de spin électronique et nucléaire dans un gaz d'hélium 4 ou d'hélium 3. Récemment des progrès ont été réalisés dans ce domaine grâce aux lasers infrarouges accordables. Des polarisations nucléaires de 50 % et plus ont ainsi été observées dans l'hélium 3 à température ambiante. Ces techniques, combinées avec celle des basses températures, permettent d'obtenir des polarisations d'environ 50 % dans un gaz d'hélium 3 relativement dense (n ∼ 10^18 cm-3) à 4 K. Ces résultats ouvrent des perspectives en ce qui concerne les applications de l'hélium polarisé, dont plusieurs sont discutées dans cet article : magnétomètres à hélium, gyroscopes à RMN, faisceaux de particules polarisées extraits de l'hélium pompé (ions, électrons, métastables, etc...), cibles d'hélium 3 polarisé pour la physique nucléaire, combustible d'hélium 3 pour les réacteurs de fusion contrôlée et enfin utilisation éventuelle de l'hélium solide métastable pour le stockage de l'énergie.

Abstract

Optical pumping is a method for creating large polarizations of electronic and nuclear spins in a gas of helium 4 and of helium 3. Recently some progress was made in this field with tunable infrared lasers. Nuclear polarizations over 50 % were thus obtained in helium 3 at room temperature. These techniques, combined with low temperature ones, allow polarizing to 50 % a relatively dense gas of helium 3 (n ∼ 10^18 cm-3) at 4 K. These results give a renewed interest to the applications of polarized helium, several of which are discussed in this article : helium magnetometers, NMR gyroscopes, beams of polarized particles extracted from the helium discharges (ions, electrons, metastable atoms, etc...), targets of polarized helium 3 for nuclear physics, helium 3 fuel for controlled fusion reactors and at last potential use of solid metastable helium for energy storage.