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Cellule photo-électrique.
La présente invention est relative à une cellule photo-électrique et notamment à une cellule photo-électrique comportant une photo-cathode sphérique ou presque sphérique et une électrode disposée hors de la trajectoire du faisceau lumineux, cette électrode constituant conjointement avec la cathode sphérique une lentille électronique pour diriger les électrons libérés vers une électrode à émission secondaire.
On connaft déjà des cellules photo-électriques de ce genre. L'électrode constituant conjointement avec la cathode la lentille électronique se compose d'un organe annulaire qui :a le même potentiel que la cathode, ou bien est soumis à une
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tension de polarisation qui est négative par rapport à celle-ci.
L'action convergente de cette électrode est basée sur la con- traction du faisceau électronique par suite du champ électro- statique. Il est exact que le faisceau conduit à l'anode et à la première électrode à émission secondaire est contracté,, mais tous les électrons libérés à la cathode sont conduits à l'amplificateur d'électrons, de sorte qu'il se produit des phénomènes parasites ce qu'une partie de la photo-cathode est éclairée par de la lumière dispersée ou bien indirectement.
La cellule photo-électrique conforme à l'invention est caractérisée par la présence d'une anode du système photo- électrique, qui est adjointe à la cathode et a une forme telle que seul le faisceau électronique provenant de la partie de la cathode qui est éclairée directement à travers la fenêtre d'il- lumination de la cathode soit conduit à l'électrode à émission secondaire.
Avec la disposition conforme à l'invention de l'anode par rapport à la cathode, on obtient dansla cathode sphérique un champ électrique d'une forme telle qu'il se pro- duit une concentration particulièrement intense des électrons libérés. Cette disposition permet de réaliser une simplifica- tion de la cellule photo-électrique, du fait qu'on obtient même une concentration plus intense qu'il n'est possible d'ob- tenir avec plusieurs anneaux de concentration, soumis à un potentiel négatif, comme dans les anodes ordinairement employées.
Du fait que, en outre, seul le faisceau électronique provenant de la partie de la cathode qui est éclairée directement est dirigé sur l'électrode à émission secondaire, et non pas les électrons qui proviennent d'autres parties de la cathode, et qui sont libérés soit par éclairage indirect, soit par émis- sion thermique de la cathode, on obtient une diminution du bruit parasite.
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Un autre avantage de l'invention est que le faisceau électronique tombant sur l'électrode à émission secondaire peut avoir une petite section, de sorte qu'on peut utiliser des électrodes de dimensions plus petites que dans les cellules photo-électriques connues comportant un multiplicateur d'éleç- trons. Les dimensions totales de la cellule photo-électrique avec son multiplicateur d'électrons faisant corps avec elle peuvent être plus petites, de sorte que la cellule peut être logée plus facilement dans l'appareiL.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'inven- tion, l'anode, dont 1'emplacement et la forme particulière . permettent de limiter le faisceau frappant l'électrode à ,émission secondaire, est constituée par un organe qui est adjointe à la cathode et est percé d'une ouverture étroite laissant passer seulement le faisceau électronique provenant de là partie de la cathode qui est éclairée directement. Il est aussi possible, cependant, d'agencer cette-anode sous forme de plusieurs plaques ou grilles juxtaposées, qui peuvent partiellement se recouvrir, mais qui sont séparées dans l'es- pace. Les plaques sont disposées de manière à laisser libre un espace tel qu'un faisceau électronique de forme et section fixe puisse passer.
On comprendra mieux l'invention en se référant au dessin annexé qui en représente, à titre d'exemple non limi- tatif, un mode de réalisation pratique, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien ,entendu, partie de l'invention.
La fig.1 est une vue en coupe longitudinale d'une cellule photo-électrique et de son multiplicateur d'électrons.
La fig.2 est une coupe de cette cellule et une vue en plan par-dessus de l'anode du système photo-électrique.
La cellule photo-électrique avec son multiplicateur .
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d'électrons est logée dans une enveloppe en verre constituée par deux parties de forme différente. La partie supérieure 1 est sphérique et sert à supporter la photo-cathode 4. La partie inférieure 2 est cylindrique et comprend le système multiplicateur d'électrons, ainsi que le pied avec pincement 3. L'anode 6 du système photo-électrique se trouve dans l'étranglement entre les parties sphérique et cylindrique.
Cette anode est adjacente dans cet étranglement à ]La cathode.
Dans le but d'obtenir une disposition symétrique des parties constitutives de la cellule photo-électrique, l'anode 6 est généralement plane et l'axe de symétrie 19, qui est normal à sa surface, est perpendiculaire à l'axe de symétrie de la fenêtre d'exposition 5.
Un champ électrique se produit entre la cathode sphérique 4 et l'anode 6. Ce champ exerce une action convergente intense sur les électrons libérés d'une manière bien déterminée. Le trajet d'un électron' partant de la cathode coupe l'axe de symétrie;19 au centre de la cathode sphérique et atteint l'anode 6. Le point d'impact d'un électron sur l'anode dépend exactement du point de la cathode d'où: il est libéré. Plus ce point de la cathode se trouve près de 1'anode, plus le point où l'électron frappe l'anode est loin' du plan de symétrie, comme il est représenté par la courbe 8 en traits pointillés.
Si, maintenant, la surface sensible de la cathode est éclairée indirectement ou directement, les électrons sont libérés en tous les points éclairés de la cathode, ces électrons tombant sur l'anode 6 en un point qui est fixe pour chaque point de la cathode. Si la cathode est éclairée de la façon habituelle à travers la fenêtre 5, d'autres parties de la cathode sont éclairées indirectement par réflexion en plus de la partie éclairée directement 7 qui se trouve généralement -
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exactement opposée à la fenêtre 5. Ces parties émettent éga- lement des électrons qui tomberont sur l'anode 6.
Cette dernière, cependant, a une forme telle que seul le faisceau électronique 8 provenant de la partie éclairée directement 7 puisse psser à travers le trou 9 et tombe sur la première anode à émission secondaire 11. Tous les électrons provenant de parties de la cathode qui sont éclairées indirectement, ou les électrons produits par émission thermique de ces parties, sont empêchés d'atteindre cette électrode 11, de sorte qu'en premier lieu le bruit parasite est réduit, et en second lieu les électrodes à émission secondaire peuvent avoir des dimensions plus petites, le faisceau électronique actif ,étant néanmoins concentré sur les électrodes,.
Les électrons qui ne font pas partie du faisceau 8 et,, par conséquent, frappent l'anode 6 elle-même à côté du trou 9, provoquent un faible courant anodique qui n'est pas utilisé, cependant, pour l'amplification ultérieure.
Comme il a déjà été dit plushaut, la position du trou 9 est déterminée exactement par la grandeur de la cathode sphérique. On a constaté en pratique que la distance entre ce trou 9 et l'axe 19, qui passe par le centre de la cathode sphérique et est perpendiculaire à l'axe de symétrie 16 de la fenètre,est approximativement égale à un quart du rayon de la sphère 4. Du fait que chaque trajet d'électrons croise l'axe 19, le trou 9 et la partie éclairée directement 7 se trouvent de part et d'autre de cet axe.. En conséquence, le trou 9 se trouve du même côté de la cellule que la fenêtre 5.
Par suite de la concentration intense et de la limitation de la section du faisceau 8, la disposition du système photo-électrique décrit plus haut se prête parfaitement au contrôle d'un système multiplicateur d'électrons, dont les électrodes à émission secondaire sont constituées par des pla-
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ques partiellement courbées, dont les côtés à pouvoir émissif secondaire sont adjacents l'un à l'autre de façon telle que les électrons se déplacent en zig-zag dans le système.
Les électrodes de ce genre sont montrées en coupe longitudinale sur la fig. 1 et sont désignées par 11, 12 et 13. Chaque électrode est constituée par une plaque et présente une partie courbée a. et une partie plane b, La partie plane b est inclinée sur la direction d'entrée du faisceau électronique, dans le présent cas vers l'anode 6, et coupe l'axe 17 du système à angle ai gu. La partiecourbée a porte du côté concave, c'est-à-dire du côté intérieur du système, une matière à pouvoir émetteur d'électrons secondaires ; cette partie constitue l'électrode à émission secondaire proprement dite.
La partie b s'étend dans la direction de l'électrode précédente opposée sur une distance telle qu'un champ électrique intense soit produit entre les parties courbées des électrodes et les extrémités planes des électrodes suivantes, de sorte que le courant libéré des électrodes et s'écoulant vers les électrodes suivantes est sensiblement égal au courant de saturation de la surface à émission secondaire. Si des ions sont produits par suite de l'ionisation des gaz résiduels présents dans l'ampoule, ces ions sont interceptés par les parties saillantes planes b qui coupent la ligne de connexion entre les bords des parties courbées a des deux électrodes précédentes. Par conséquent, ils ne peuvent parvenir de nouveau à la cathode du système et produire des courants non susceptibles d'être contrôlés.
La dernière électrode 14, qui constitue l'anode du système entier, a une forme particulière, qui est celle de la surface équipotentielle qui se produirait au centre entre deux électrodes à émission secondaire consécutives, s'il existait une série infinie de telles électrodes. La plaque 10 placée à l'entrée du multiplicateur sert à un but analogue.
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L'en semble du système multiplicateur qui vient d'être décrit peut être construit sous une forme particulièrement rassemblée et, sans utiliser un champ magnétique extérieur, il présente une amplification relativement forte avec un minimum de bruit parasite. Cette propriété résulte probable- ment du fait que, par .suite de la division de champ avanta- geuse entre les électrodes, une trèspetite quantité d'élec- trons seulement s'échappe du système et provoque des charges de la paroi. Par suite des dimensions particulièrement peti- tes des électrodes, un système de ce genre permet moins facilement d'agencer la première électrode sous forme d'une photo-cathode. Dans le système de concentration décrit plus haut, les dimensions de la photo-cathode ne sont pas déter- minantes pour l'action convergente du système.
Pour fixer un profit optimum du faisceau électroni- que entrant 8, l'angle comprisentre l'axe 15 du faisceau au point où le faisceau entre dans le champ du multiplica- teur d'électrons, et l'axe 17 du multiplicateur d'électrons doit se trouver dans des limites déterminées relativement étroites. Cet angle est compris entre 130 et 140 ; dans le mode de réalisation représenté il est de 135 .
Si l'anode 6, dont l'axe de symétrie 19 est perpendiculaire à l'axe de sy- métrie 16 de la fenêtre 5, se trouve dans l'étranglement entre les parties sphérique et cylindrique, l'angle compris entre l'axe du faisceau 15 au point où ce faisceau entre dans la zone du champ du multiplicateur, et l'axe de symétrie
19 est d'environ 17 Cet angle est fixé dans des limites -étroites., une variation de 1 au plus est admissible.
La disposition du multiplicateur d'électrons lui- même dans la partie cylindrique du tube est également déter- minée par les conditions mentionnées plus haut. En effet., l'axe 17 du système doit faire avec l'axe du cylindre un angle
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d'environ 180 - 135 - 17 = 28 . En outre, il est désirable que le bord de la première électrode à émission secondaire qui est voisine de l'anode 6, ainsi que le point de l'ouverture 9 qui est le plus près de la fenêtre d'exposi- tion 5, soient disposés dans un plan qui est normal à l'axe de symétrie 16 de la fenêtre 5. On est alors certain que le faisceau 8 passant par l'ouverture 9 tombe sur la première électrode 11, et ce exactement sur la partie qui est revètue de la matière à pouvoir émissif secondaire, d'une façon qui est correcte pour l'amplification ultérieure.
La fig. 2 montre une section du tube de la fig.l suivant la ligne II-II. Cette section montre que l'anode 6 en forme de plaque remplit sensiblement l'étranglement dans le tube et ferme l'espace embrassé par la cathode. L'ouverture 9 est le seul passage qui permet aux électrons de sortir de cet espace. Les dimensions de cette ouverture sont telles que seul le faisceau provenant de la partie directement expo- sée 7 puisse passer. Il est vrai que l'anode 6 présente plusieurs trous 18 d'un diamètre relativement petit, mais ces trous ne servent qu'à permettre le passage de la vapeur de métal au cours de la formation de la cathode. Ils se trou- vent dans une partie de l'anode telle que les électrons qui traversent sont empêchés par la plaque de déviation 10 d'at- teindre le système multiplicateur, ou bien ils tombent sur le côté insensible de l'électrode 12.
En outre, leur diamètre peut être assez petit, c'est-à-dire de l'ordre de grandeur de
1 mm. au moins, pour qu'ils ne laissent passer que peu d'é- lectrons.
Dans le mode de réalisation décrit plus haut, l'ano- de est constituée par une plaque plane percée d'un trou pour le passage du faisceau électronique. Toutefois, il est aussi ,,Possible d'utiliser au lieu d'une seule plaque, plusieurs pla-
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ques anodiques qui sont électriquement au même potentiel et entre lesquelles existe une ouverture pour le passage de ce faisceau. Il n'est pas nécessaire que ces plaques se trouvent dans un seul plan., pourvu qu'elles ferment l'espace de cathode à l'exception de l'ouverture pour les électrons.
On peut aussi réaliser l'anode sous forme d'une grille percée d'une ouverture, pourvu que ses orifices soient suffisamment petits pour ne pas laisser passer les électrons qui sont à côté du faisceau à transmettre. Dans ce cas, on peut se dispenser d'ouvertures distinctes pour le passage de la vapeur de métal.