Le laser de ChemCam: Bac S Nlle Calédonie 2014.

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Donner deux propriétés du laser.
Le faisceau laser est très directf ; la lumière émise est quasi-monochromatique ; la puissance délivrée par unité de surface est très grande.
Le laser de ChemCam émet-il de la lumière visible ? Justifier.
Le laser émet un rayonnement à 1067 nm. Le domaine visible s'étend de 400 nm à 800 nm. Le laser de ChemCam émet donc dans le proche infrarouge.
Montrer que les caractéristiques du faisceau laser utilisé par ChemCam permettent bien d'obtenir une irradiance suffisante pour créer un plasma.
Un plasma est obtenu si l'irradiance ( puissance par unité de surface ) est supérieure à 1,0 GW cm-2.
Surface du faisceau au niveau de la cible : pD2/4 =3,14 ( 350 10-6)2/4 =9,62 10-8 m2 = 9,62 10-4 cm2.
Puissance du laser = énergie / durée = 15 10-3 / (5 10-9) =3 106 W.
Irradiance :
3 106 /(9,62 10-4) =3,1 109 W cm-2 = 3,1 GW cm-2.
Afin de vérifier que l'analyseur spectral de ChemCam fonctionne bien, on réalise au laboratoire le spectre atomique d'une roche témoin contenant l'élément calcium.
Justifier pourquoi deux atomes ( ou ions ) différents ne donnent pas le même spectre d'émission.

L'énergie de l'atome est quantifiée. Un atome possède des niveaux d'énergie bien différents d'un atome de nature différente. Un spectre  d'émission atomique est en quelque sorte la signature d'un élément chimique.

Identifier, pour l'ion calcium Ca+, la transition énergétique correspondant à la raie de longueur d'onde 423 nm.
DE = h c / l = 6,63 10-34 *3,00 108 / (423 10-9)=4,70 10-19 J
ou  4,70 10-19 /(1,602 10-19) =2,94 eV.

le document suivant présente le spectre de la roche témoin. L'analyseur spectral de ChemCam fonctionne-t-il correctement ? Justifier.
On donne les longueurs d'onde ( en nm ) des raies d'émission entre 380 nm et 460 nm de l'élément calcium sous forme d'ion Ca+. 394 ; 397 ; 423 ; 443 ; 444 ; 446.





On identifie sur le spectre les six raies caractéristiques de l'élément calcium. L'analyseur fonctionne correctement.

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