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PEEFECTIONNEMEI#S AUX TUB3S à D3JCHARGBS .31CTRIQU:s--
La présente invention vise les appareils à décharge électronique, et plus particulièrement les dispositifs dans lesquels la décharge se fait par électrons, mais à travers une quantité relativement faible de vapeur ionisante destinée à réduire la charge spatiale.
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Dans les dispositifs thermioniques qui utilisent, entre autres moyens, une cathode émettrice, une anode et du mercure, ou une autre source de vapeur, dans le but indiqué ci-dessus, on a jusqu'ici introduit le mercure dans l'enveloppe sous la forme liquide, ce liquide se réunissant sous forme d'une pe- tite masse ou d'un globule, à la partie inférieure du récipient.
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La réduction de la charge spatiale au moyen d'une vapeur produi- sant des ions, doit se distinguer nettement du cas des appareils utilisant ces vapeurs comme milieu conducteur principal entre les électrodes, cas qui est celui des redresseurs à arc au mercure, par exemple.
Dans los tubes à décharge électronique, dont la courant est re- présenté principalement par des électrons partant d'un corps chauffé (filament par exemple,) la valeur du flux, et par conséquent la capacité de courant du dis- positif, se trouvent limitées nettement à la puissance d'émission électronique de la on thoda ou filament chaud.
Dans cas dispositifs, la charge spatiale a pour effet de réduire le flux électronique parfois si fortement, dans certaines conditions d'émission, qu'elle s' oppose pratiquement à la continuation du passage du courant- L'intro- duction de mercure, ou d'autres éléments fournissant des vapeuxs ionisées dans l'ampoule, a simplemnt pour but d'obvier à l'effet ci-dessus, de manière à per- mettre aux élections émanant du filament de traverser plus librement l'ampoule.
D'autre part, les dispositifs à arc au mercure n'utilisent pas les émetteurs électroniques du typo à corps chauds solides, et le courant n'est pas aussi étroitement limité, parce que, à mesura que les électrons se formant, se manifestent, de façon cumulative et am nombre indéfini, des collisions antre les molécules de vapeur mercurielle et les électrons déjà émis. La charge spatia- le ne soulevé donc aucun problème dans les dispositifs de ce genre utilisant une grande quantité de vapeur ionisée ou remédiant d'autre manière à la charge spé- tiale.
On a remarqué que, dans le cas des phénomènes de charge spatiale, si la source de vapeur est sous forme condensée, liquide ou solide, il s'écoule normalement un temps appréciable à partir du moment où la tension initiale est appliquée aux électrodes. jusqu'à ce qu'il y ait production de vapeur et que cet- te vapeur ait une pression constante* Dans ces conditions, on a reconnu que, mule après un fonctionnement prolongé, la pression tend encore à varier très largement pour des variations relativement faibles de la température du tube, et qu'il de- vient extrêmement difficile d'effectuer le réglage* La pression de vapeur est un facteur critique très important dansun tube de ce genrew et on doit la limiter étroitement,
parce que des pressions trop élevées entraînent une inversion de courant'
D' autre part, des pressions trop faibles auraient pour effet
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des chutes de tension produisant une vitesse ionique relativement élevée en- traînant la désintégration de la cathode et ayant encore d'autres effets fâcheux-
En outre, pendant le transport et le fonctionnement d'un tube de cette sorte, il faut prendre un très grand soin pour empêcher le mercure, ou autre matière liqui- de, de rebondir dans l'enveloppe et d'établir des court-circuits*
Ceci posé, suivant la présente invention, on a trouvé que si le mercure, ou un autre élément réducteur de charge spatiale, est répandu ou dis- tribué sur la ou les surfaces des éléments le mieux disposés pour le recevoir à l'intérieur du tube (en général l'anode,
qui peut être disposée de façon à ré- pondre parfaitement au réglage des tenpératures), la dérivation de la vapeur et la facilité avec laquelle la pression se maintient, sont tout à fait remarquables*
Comme la forme préférée de réalisation ne comporte pas de substance émettrice de vapeur sous forme liquide dans l'enveloppe, il est évident que le fonctionnement et le transport du tube peuvent se faire sans réserve et sans dan- ger d'accidents-
Parmi les caractéristiques de la présente invention sont à signaler les suivantes * pression de la vapeur réductrice de la charge spatiale promptement atteinte et réglée avec précision, c'est-à-dire dans d'étroites limites; état solide des vapeurs condensées, mettant la construction, le fonctionnemnt et le transport des appareils au-dessus de tous reproches.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et avantages de l'invention en se référant à la description suivante et au dessin qui l'accom- pagne, donné simplement à titre d'exemple et sans aucune limitation.
Au dessin, 1 désigne une anode cylindrique fermée à sa partie in- férieure, et ouverte à son sommet, établie en un métal tel que le cuivre, se prê- tant bien à l'établissement d'un amalgame. La matière de l'anode peut aussi être de l'argent massif ou du plaqué, une plaque de cuivre, ou tout autre métal, sur lequel peut se déposer un analgrame ou un alliage, dont par exemple les amalgames au mercure sont un des types préférés, la vapeur pouvant s'en dégager pour agir comme agent réducteur de charge spatiale-
L'anode est disposée extérieurement pour faciliter le refroidisse- ment et maintenir la température et la tension de la vapeur, soit par soufflage d'air, ou par un courant d'eau passant dans une chemise,
ou bien par tout autre fluide approprié, la chaleur rayonnée ou conservée pouvant se régler très exacte- ment en vue d'un réglage de la température de l'anode. 1'ampoule est complétée
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par une partie supérieure cylindrique 2. ordinairement en verre Pyrex, ayant son extrémité inférieure scellée à l'anode ou plaque.
Pour établir un jointparfait entre le verre et les surfaces mé- talliques, on termine en biseau l'extrémité supérieure du cylindre anodique, et on donne une arête bien aigüe au métal qu' on fixe par fusion dans la partie in- férieure de l'enveloppe de verre, avec égalité d'angle pour coin ci der avec la partie en biseau de l'anode. pour source d'électrons, la figure prévoit un filament 3, que peut replacer tout autre corps émetteur, et qui sert aussi de sathode. Deux torons en forme de V sont reliés en séria, de façon à constituer la cathode, le dernier étant convenablement porté au moyen d'un support triple 4,
dont les deux éléments extérieurs servent de conducteurs d'amenée'
Pour protéger le joint anodique contre un échauffement excessif, par suite du rayonnement de la source électronique et d'autres organes, ainsi que des effets électrostatiques de la chaleur, on a prévu un bouclier métallique 5 en forme da cône syant un bord supérieur conformé et rebattu intérieurement de ma, nière appropriée. Ce bouclier est aligné centralement à l'ampoule et maintenu à l'intérieur de la plaque par frottement ou par indentation ou dentelure. Le con- ducteur d'anode peut avantageusement être tiré de la chemise livrant passage au fluide régulateur de tompéature.
Il est bien connu que la charge spatiale limite l'intensité maxi- mum de courant réalisable dois un tel tube, sans la présence d'une vapeur ioni- sente. Il est également connu que cet effet limiteur de courant peut 'être réduit par l'audition d'une petite quantité de vapeur, mercure par exemple, quantité suffisante pour neutraliser les charges négatives qui s'établissent dans l'inter- valle des électrodes.
Quand on introduit du mercure dans l'enveloppe, suivant les métho- des connues jusqu'ici, ce mercure se réunit généralement sous forme d'un petit globule, ou d'une petite masse, à la partie inférieure de cette enveloppe. Au cours du fonctionnement, les vapeurs ne quittent le mercure qu'à une vitesse re- lativement faible, par suite de la faiole surface absorbante de chaleur, et quand la vapeur a été produite en quantité suffisante, sa pression peut varier pratique- ment, de maniera assez sensible, sous l'effet de petits changements do température,
étant donné que la source de chaleur qui maintient la pression est plus ou moins localisée au bas de 1'ampoule'
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La formation lente de la vapeur et les variations de sa pression dans les conditions indiquées, entraînent des effets indésirables au point de vue du phénomène de la charge spatiale, dans tous les tubes à décharte électronique, et plus dans les tubes à grande puissance à tension élevée.
En outre, quand le mercure est introduit directement dans l'enveloppe sous forme condensée, il y a des possibilités qu'on y introduise aussi des impuretés qui compromettent l'uniformité des caractéristiques du tube-
Suivant la présente invention, on place le mercure, ou autre subs tance condensée, dans une position et dans un état tels que sa surface absorban- te de chaleur est beaucoup plus développée que celle d'un globule, et par consé- quent on facilite la production des vapeurs ionisantes, et grâce à la surface as- sez grande utilisée, on assure un réglage de la pression à une valeur relative- ment constante.
En outre, l'introduction du mercure dans la région active des électrodes se fait, suivant l'invention, de manière à assurer à l'élément un état d'extrême pureté, du fait qu'on utilise seulement celui-ci à l'état non liquide,
De préférence, la surface ionisatnte a la forme d'une surface amalgamée ou allièe.
intérieure à l'anode ou à tout autre organe intérieur de l'ampoule, dont la tem- pérature peut être réglée avec précision et sûreté'
On obtient de préférence cet amalgame par un procédé de distillation, et dans ce but a été prévu un bras coudé 6 faisant projection sur l'enveloppe de verre, et se terminant sous forme d'un comartiement fermé relativement grand 7.
A l'intérieur de ce compartiment se voit un rebord cylindrique 8 ayant à peu près le même diamètre que le bras de verre et offrant un bord vif s'étandant le long de la surface inférieure, dans le but qui sera indiqué plus loins Au cours de la fa- brication, on peut de préférence, établir le rebord sous forme d'une extension du bras latéral qu'on coupe aux dimensions voulues pour correspondre au diamètre ex- térieur du tube latéral, après quoi on glisse le récipient sur le tube à une dis- tance suffisante pour former le rebord, et on joint ensemble le tube et le réci- pient, après avoir introduit le mercure, ou autre matière équivalente destinée à produire les vapeurs.
Eien que le mercure puisse être conduit directement au récipient 7, sous la forme liquide par exemple, par envoi à travers le tube 6, avant fixation de ce dernier à l'ampoule 2, il est préférable d'introduire la i;iatière sous forme d'une capsule de verre fermée 9, qu'on peut maintenir en position droite verticale
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au moyen du rebord 8, au marnant où on assujettit le tube 7 au bras latéral, La capsule, avant son insertion dans le récipient 7, est remplie'de mercure par distillation, c'est-à-dire de mercure à l'état pur.
Les organes étant placés dans les positions représentées, et le tube latéral une fois scellé à l'enveloppe 2, qu'on peut vider complètement suivant la pratique habituelle, on donne à la totalité de l'enveloppe, un ou deux chocs d'intensité suffisante pour projeter la capsule contre le bord vif du fond du récipient, et permettre au mercure d'échapper' Le mercure libéré de cette façon est alors chauffé, soit par les courants de fonctionnement du dispositif, soit plus rapidement, si- on la désire, par une source extérieure de chaleur qui fait distiller la vapeur de mercure à travers le tube 6 dans l'enveloppe principale.
Dans tous les cas, le procédé de distillation ne doit pas être appliqué trop ra- pidement car il tond à se produire une amalgamation, incomplète, et la chaleur résultant de la température ambiante est particulièrement efficace, au bout d'un temps suffisant, pour assurer la formation d'un revêtement ou d'un alliage bien uniforme.
..La vapeur ainsi produite se condense ou s'amalgame avec la surface intérieure de l'anode qui est maintenue, dans ce but, à la température voulue, par le fluide de refroidissement circulant au cours du fonctionnement du tube, de sorte qu'une fine couche de mercure se distribue sur toute la surface, Apres que l'anode a été complètement amalgamée, le tube latéral 6 peut être ou non détaché de l'enveloppe, suivant qu'on le désire.
En utilisant d'abord une quanti- té de mercure distillé contenue dans la capsule, et en redistillant ensuite la matière dans l'enveloppe, on assure l'application d'un procédé de double distil- lation qui met le mercure à l'état de pureté parfaite*
Il convient de remarquer que la seconde distillation est obtenue du fait qu'on a fait faire aux capsules un coude à peu près à angle droit, ce qui a pour effet, en liaison avec le dispositif 7, d'empêcher tout mouvement accidentel du liquide Dans l'enveloppe principale, sous l'effet de la gravité, auquel cas, l'amalgamation ne se ferait pas complètement, et s'il y avait excès de liquide, on tomberait dans les inconvénients signalés plus haut pour ce liquide.
cependent, on doit bien comprendre qu'il est possible d'omettre la seconde phase de distil- lation, sans sortir du domaine du'brevet, poure que la surface amalgamée soit assez étendue pour fournir la vapeur réductrice de charge spatiale en quantité suffisante'
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Aux essais, un redresseur du modèle ci-dessus 1;anii'es%e des carac-. téristiques parfaitement constantes et régulières, et son amalgame est suffi-
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sant pour fournir assez de vapeur pour assurer le fonctiounament indéfini d'un. tube de longue durée.
Il est évident que la vapeur de mercure, dans le téservoir 7, est toujours disponible pour renouveler l'amalgame, s'il est nécessaire, mais on a trouvé que ce n'était nullement indispensable d'y recourir, même après un
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fonctionnement ininterrompu, et par conséquent, on peut psrfaitcfNent couper le tube latéral 6, avant mise en service.
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La vapeur peut être formée parfaitersont à, l'intérieur du tube, par application d'une tension appropriée, du fait que la surface amalgamée sur la- quelle le champ électrostatique agit, a un. développement assez granx, de sarte
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que le tube atteint sa caractéristique normale de fonctionnement presqlJ.' i:',11lé- diatemant.
Si on le désire, la température de la plaque peut être réglée llldé- pendamrnent du fonctionnement du tube, par exemple per chauffage ou rofioidisse- ment d'un fluide en circulation dans la chemisé do 1yparail, de sorte que la pression de vapeur s'obtient à l'instant marna où on applique la tension de fonc-
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ti#lnament. On a reconnu que la pression de vapeur conserve la valeur désirée parfaitement réglable, sous l'effet du réglage de la température de la plaque, suivant les principes indiqués ci-dessus-
La température anodique désirable peut varier dans les limites con- sidérables qui dépendent des conditions de fonctionnement du tube.
Dans un des
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types de redresseur fonctionnant avec z0 000 volts entre ca thode et anode et ayant un débit voisin de 45 1±'l'J, la température de fonctionnement la plus effi- caca est au voisinage de 60 .
Un dispositif du genre décrit se prête particulièrement bien à réta- blissement de toutes sortes de tubes à décharge électronique, c'est-à-dire d'ap- pareils dans lesquels le courant est porté principalement par les électrodes, plusieurs éléments étant utilisés, et parmi eux, une source émettrice et une substance sous forme de vapeur destinée à réduire la charge spatiale. Il se prête particulièrement bien à l'établissement des tubes à décharge électronique à haute tension et grande puissance, par exemple à la construction des redres- seurs, et on peut l'appliquer aux appareils du genre thyratron dont le réglage se fait par commando électrostatique.
Bien qu'on ait, dans la description, considéré particulièrement
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l'utilisation du mercure comme élément d'alliage, il est évident qu'on peut utiliser avantageusement d'autres matières, par exemple les métaux alcalins, tels que le césium, ou le rubidium, dont la pression de vapeur est suffisaient élevée à la température de fonctionnement, qui peuvent se condenser et se prê- ter parfaitement à l'établissement d'alliages. Il est également possible d'uti- liser l'iode dans le but indiqué, en l'appliquant à la surface Intérieure de l'anode par peinture, ou tout autre procédé.
La présenta invention vise donc l'utilisation de toute surface li- quide ou solide, qui, aux températures facilement atteintes en fonctionnement, fournit la vapeur en quantité suffisante pour éliminer la charge spatiale, et dont la nature lui permet d'adhérer aux organes intérieurs et d'y former une couche ou un alliage susceptible d'émettre instantanément des vapeurs.
Il est évidemment nécessaire do choisir le métal de l'anode ou de la surface utilisée comme surface active, en vue du fonctionnement le plus efficace de cette surface'
Au cas ou les matériaux utilisés donnent la pression de vapeur dési- rée à des températures dépassant seulement la température normalement imposée pondant la fonctionnent à la surface de verre 2, il peut être nécessaire de main- -tenir cette partie de l'ampouleà une température plus élevée que les autres, au moyen d'un dispositif (par exemple un compartiement approprié) absorbant de la chaleur,
afin de s'assurer que la condensation de la matière productrice de vapeur se produise dans le dispositif à un endroit (extrémité soumise à l'action de la chaise d'aau) ou il y ait des facilités de hanen régler la température des vapeurs condensées. Dans la cas du mercure, la partie de verre est normalement portée à une température assez élevée do fonctionnement, même si elle est expo- sée directement à l'air, suffisante pour empêcher la mercure de se réunir dans la partie supérieure du récipient* Pour cette raison et pour d'autres, le mercure est une des soubstaces les meilleures pour constituer les réducteurs de charge spatiale désirés* D'après ce qui précède,
il est évident que l'invention n' est pas li- mitée aux tubes à décharge électronique à doux électrodes, ni Même aux redresseurs et que, suivant les principes indiqués sur des exemples non limitatifs destinés seulement à mieux fixer les idées, on peut établir également des appareils à dé- charge électronique de toutes natures, amplificateurs, oscillateurs, ets. fonc- tionnant sans charge spatiale et sans ionisation cumulative très fortement mar- quée.