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Cette invention a trait aux dispositifs à con- duction gazeuse en général, tels que les redresseurs, les amplificateurs, les oscillateurs, les convertisseurs ou commutatrices (entre courant continu et courant alternatif) etc, et, en ce qui concerne certaines caractéristiques, est en particulier avantageusement applicable en combinaison avec les inventions décrites dans les brevets belges, N 334.384, 334.388, 334. 389 & 334. 390 du 29 Mai 1926,etc..
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Une des caractéristiques de l'invention réside dans la découverte qu'une cathode chaude travaillant en présence de certains gaz facilement ionisables ayant une forte affinité pour la matière cathodique, tels que la: vapeur d'un métal alcalino-terreux (baryum, strontium et calcium) est une source puissante d'électrons. Par exemple, dans une atmosphère de vapeur de calcium à une pression de l'ordre de 10-5 mm,, le tungstène émet un grand courant thermionique à des températures inférieures à 1800 G. et le nickel émet un grand courant thermionique vers 1000 C.
Suivant une autre caractéristique, l'invention comprend des moyens pour maintenir une alimentation en vapeur à la surface active de la cathode. Ceci est préfé- rablement accompli en plaçant un métal alcalino-terreux dans le dispositif et chauffant le métal à la température de vaporisation, ce qui engendre la vapeur dans le tube ou récipient.
La surface émettant des électrons est pré- férablement entourée par une enceinte n'ayant qu'une ou- verture limitée pour la décharge cathodique-anodique, la dite enceinte comprenant, soit les parois d'une cathode creuse, soit une pièce additionnelle entourant la cathode, et la vapeur du métal alcalino-terreux est préférablement confinée en substance à l'intérieur de cette enceinte, ce qui s'obtient par exemple en engendrant la vapeur dans l'enceinte par de la chaleur dérivée de la décharge catho- dique-anodique et (ou) par des moyens de chauffage auxi- liaires.
Quelques-unes des nombreuses applications possi- bles de l'invention ont été représentées à titre d'exemples sur le dessin annexé dont les figures sont schématiques.
Dans la.fig.l, T représente le tube ou enveloppe qui peut être de toute construction convenable, Alet A2
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sont les plaques anodiques, C est un émetteur d'électrons tubulaire, H est un filament de chauffage disposé dans le tube C, K est une boîte formant une enceinte autour de l'émetteur et présentant une ouverture limitée S pour la décharge électrique passant entre l'intérieur de K et les anodes, M est la source de vapeur, par exemple du calcium ou un alliage de calcium disposé dans la partie inférieure d'un appendice tubulaire allongé que comporte K, R est une bande servant à conduire la chaleur du tube C à cet appendice et Hg est une goutte de mercure servant à maintenir de la vapeur de mercure dans toutes les par- ties du tube.
Comme représenté, le dispositif est relié à un circuit redresseur comprenant une charge L, le filament H étant chauffé par une bobine auxiliaire montée en série avec le dit filament et la botte K.
En fonctionnement, le filament H est chauffé suffisamment pour vaporiser le métal M jusqu'à la pression désirée. Lorsqu'il est fait usage de calcium, par exemple, la température du calcium métallique peut être environ 500 C. L'intérieur de la botte K est préférablement porté à une température plus élevée (par exemple 1000 C., quand il est fait usage de calcium), cette différence de tempé- rature à l'intérieur de K étant due en partie à l'appenè dice étroit et long, en partie à l'emplacement du filament et en partie à la décharge électrique qui a lieu à travers la partie supérieure de la boîte.
La vapeur de calcium possède, à l'égard des métaux cathodiques (tels que le tungstène) une affinité si grande que son expulsion hors de C n'est pas rapide à des températures assurant une grande émission thermionique. Par exemple, la pression de vapeur du calcium sur ± peut ne pas être supérieure à 10-5 mm., même lorsque C est suffisamment chaud'pour @
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de grands courants thermioniques, alors que la pression de vapeur du calcium pur à ces températures serait des milliers de fois plus grande. De cette façon, l'émission d'électrons de C est considérablement amplifiées par le calcium.
Lorsqu'une faible pression de vapeur est appli- quée dans K (par exemple de la vapeur de calcium à 10-5 mm), l'échappe,ment de la vapeur par l'ouverture S (dont le diamètre peut être de 1,5 mm) est lent, même lorsqu'il n'est pas entravé. En remplissant l'espace extérieur à la boite K d'un gaz inerte comme décrit dans certains des brevets antérieurs ,la vapeur ne peut s'échapper que par diffusion, ce qui n'a lieu que très lentement. De plus, par Inapplication d'une décharge cathodique anodique considérable (par exemple plusieurs ampères par centimètre carré, la vapeur peut être retenue dans la boite par une action de pompage électrique.
En général, cette action est la. suivante
La vapeur de mercure ( à 0,01 mm de pression par exemple) se comporte à la façon d'un milieu gazeux conduisant le courant à travers l'ouverture S, les ions positifs formés dans la vapeur de mercure permettant d'obtenir à travers ±3 une grande décharge électronique en n'appliquant que quelques volts (par exemple 10 volts).
Comme le voltage ionisant de la vapeur de calcium est de 6 volts alors que celui de la vapeur de mercure est de 10,4 volts, la vapeur de calcium est ionisée d'une façon intense par la décharge élevée qui a lieu à travers l'ouverture limitée ±3, et les ions de calcium sont ramenés à l'intérieur
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de la botte ou enceinte. Quand la décharge passe dans ces conditions, le spectre du calcium est prononcé à l'intérieur de K et absent à l'extérieur.
Il ressort de ce qui précède que la matière M est chauffée indépendamment de la décharge cathodique- anodique (quoiqu'elle puisse aussi dériver un peu de chaleur de la décharge), l'appendice étant trop long et trop étroit pour permettre à la décharge d'atteindre directement la matière. Par conséquent, la pression de vapeur du calcium'peut être maintenue suffisamment brasse pour empêcher une perte sensible par l'ouverture S en tous les points compris entre les limites d'une gamme étendue de courants de travail. Il est aussi évident qu'en confinant la vapeur de calcium dans l'enceinte K, on maintient une différence de pression entre la cathode et l'anode, la vapeur active ayant une pression plus élevée près de la surface émettrice d'électrons, c'est-à-dire dans l'enceinte.
La forme de réalisation représentée fig.2 diffère de celle de fig.l en ce que la cathode C' est constituée par une barre de nickel, de tungstène ou d'une autre matière convenable et est espacée de l'enceinte K' de telle sorte que la décharge principale qui a lieu à tra- vers l'ouverture S' entre la cathode C' et l'anode A peut être amorcée en produisant d'abord une décharge auxiliaire entre Ç3* et K' à un voltage de l'ordre de- 110 volts (courant alternatif). Cette décharge auxiliaire chauffe K' et Ç'jusqu'au moment où le calcium M' commence.. à se vaporiser, le mode d'action étant ensuite le même que celui décrit relativement à fig.l.
La régulation du circuit assurant la décharge entre K' et C' est telle que le voltage du dit circuit tombe rapidement à mesure/ @
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que le courant passant entre K' et C' augmente. De cette façon, K' s'échauffe, jusqu'au moment où il devient un émetteur appréciable d'électrons, après quoi la tempéra- ture ne s'élève plus, puisque le voltage entre C' et K* est tombé à une valeur faible et que la régulation du circuit empêche un nouvel accroissement de température, la température de K' étant ainsi maintenue sensiblement constante et automatiquement réglée. Par conséquent, l'appen- dice contenant la matière M' est destiné à être porté à une température prédéterminée (500 C. environ quand M' est du calcium) par une botte K' de température constante.
Ainsi qu'il a été dit plus haut, l'application d'un gaz inerte dans le tube limite l'échappement de la vapeur de calcium par l'ouverture S' en raison du phé- nomène de diffusion et, dans un dispositif tel que celui représenté fig.2, le gaz peut par exemple être de l'argon ou du néon à une pression de deux centimètres environ.
Le dispositif de fig.3 comprend une botte ou enceinte cylindrique D dont les extrémités sont fermées à l'exception de petites ouvertures axiales, un filament F dont les conducteurs passent à travers les dites ouver- tures, des disques isolants X et Y montés sur ces conduc- teurs pour obstruer la décharge partant du filament et traversant les ouvertures, un appendice contenant la ma- tière à vapeur E (par exemple du calcium) et un aimant G produisant un champ suivant l'axe de D. Quand le filament est chauffé par du courant le traversant, il chauffe D et vaporise E. La. sapeur transforme F en un excellent émetteur d'électrons et fournit des ions positifs pour neutraliser la charge d'espace entre! et D,la décharge passant entre F et D.
En employant une pression excessivement fai- @
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ble (par exemple 0,001 mm.) la décharge peut être réglée par le champ magnétique dont l'intensité détermine la chute de voltage dans le dispositif. Ce tube peut être employé pour redresser un courant alternatif en imprimant sur le champ constant un champ alternatif en synchronisme avec le courant à redresser, le tube étant ainsi rendu conducteur pendant un demi-cycle et non conducteur pendant l'autre demi-cycle. De cette façon, bien que les pièces terminales F et D soient toutes deux de bons émetteurs d'électrons, le dispositif redressera les courants.
Dans la fig. 4, qui représente une application de l'invention à un triode, B est un filament formant cathode, 1 une grille cylindrique et ± une anode en forme de coupe servant d'enceinte pour la vapeur, chacune de ces électrodes étant supportée par son ou ses conduc- teurs respectifs, le filament comportant deux conducteurs comme d'ordinaire. L'extrémité inférieure de l'anode en forme de coupe est munie d'un obturateur présentant trois ouvertures tubulaires pour le passage des conducteurs re- liée au filament et à la grille. La matière donnant de la vapeur (par exemple du calcium) peut être placée en N, endroit où elle est vaporisée principalement par le rayon- nement du filament B.
En faisant étroites les ouvertures tubulaires, on réduit au minimum l'échappement de vapeur de calcium et en prolongeant les dites ouvertures d'une distance considérable à l'intérieur de l'enceinte J, elles sont chauffées suffisamment pour empêcher le calcium de s'y condenser intérieurement. Des chicanes discoïdes- peuvent être montées sur les conducteurs juste à,l'extérieur des ouvertures pour empêcher la condensation sur la tige, la
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petite quantité de calcium qui s'échappe par les ouvertures se condensant sur les chicanes froides. Si on le désire, un gaz inerte peut être introduit dans le tube comme il a été décrit plus haut. Ce dispositif peut être employé de l'une quelconque des nombreuses manières auxquelles se prêtent les tubes du type triode ou à grille.
Dans les fig.5 et 6, l'enceinte 0 est tubulaire et en forme de T. L'extrémité inférieure de l'enceinte est fermée et contient le calcium ou autre matière productrice de vapeur P. Les extrémités horizontales de l'enceinte sont ouvertes et traversées par un filament (4 qui chauffe l'enceinte et vaporise le calcium . Le filament peut être fait de tungstène, et lorsqu'on fait usage de vapeur de calcium à une pression de l'ordre de 10-5 mm. par exemple , ce filament peut être chauffé à 1300 C. environ. Les anodes en forme de plaques U et V sont placées de part et d*autre de l'enceinte. Une goutte de mercure W peut être disposée dans le tube comme il a été décrit précédem- ment .
Bans le fonctionnement d'un dispositif du type des fig. 5 et 6, on peut employer comme cathode soit le filament Q, soit l'enceinte O.uand le filament % est monté comme cathode, il émet une quantité suffisante d'élec- trons dans les conditions spécifiées et la décharge passe aux anodes à travers les extrémités ouvertes de l'enceinte O. Quand l'enceinte est montée comme cathode, elle émetprincipalement par sa suriace interne en raison de la chaleur dérivée du filament ,de la présence du calcium sur sa surface interne et de la présence de la vapeur de calcium ionisée à l'intérieur de l'enceinte.
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Les applications de la présente invention sont si étendues et variées qu'on n'a choisi à titre d'exem- ples qu'un petit nombre de formes de réalisation typiques.
L'invention réside essentiellement dans l'application d'une vapeur de métal alcalino-terreux dans un dispositif à conduction gazeuse, ce qui procure divers avantages dont le. principal est que le métal qui s'unit à la ca- thode peut être porté à une température beaucoup plus élevée que des matières telles que des métaux alcalins sans que ce métal soit chassé à l'écart de la cathode.
Une autre caractéristique de l'invention réside dans le fait de prévoir un tube dans lequel une pression importante de vapeur de métal alcalino-terreux peut être maintenue dans la zone de la surface active de la cathode ; dans les tubes employés jusqu'à ce jour, cette vapeur se serait condensée sur les surfaces internes relativement froides du récipient, etc. aux températures de travail normales des dispositifs et aurait empêché le maintien d'une pression de vapeur suffisante.