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TUBE A DECHARGE ELECTRONIQUE.
La présente invention se rapporte aux tubes à décharge électro- nique et plus spécialement aux tubes à cathode liquide, en mercure par exem- pleo
Il est d'usage d'intercaler, entre 1?anode et la cathode liqui- de de ces tubes, des électrodes de commande ou grilles, pour contrôler élec- trostatiquement l'amorçage du courant cathodique à chaque périodeo L'utili- sation de ces tubes comme redresseurs a pris une grande extension dans l'in- dustrie, par suite des courants très intenses qu'ils peuvent fournir pen- dant des temps très courts, grâce au pouvoir émissif élevé des cathodes li- quideso Cependant,
Inexistence d'arcs en retour limite l'emploi de tels tubes et il faut prévoir un dispositif de désionisation rapide de l'atmos- phere au moment du changement de polarité de la tension anodique.
La grille est percée d'ouvertures dont la taille est détermi- née par deux facteurs. La grille, jouant le rôle d'électrode de commande., ne peut avoir des ouvertures dépassant une certaine taille sous peine de ne pouvoir définir l'amorçage du courant d'anode. Mais cette taille ne peut être trop petite sans limiter le courant maximum disponible sur l'anode, surtout si la grille est portée à haute température. Il est nécessaire dans ces tubes de prévoir un dispositif de désionisation par refroidissement pour condenser la vapeur de mercure. Il consiste en une chemise d'eau métallique, servant de paroi au tube, et maintenue au potentiel de la cathode.
Par ailleurs, l'amorgage de l'arc à basse température, sans préchauffage de la cathode., ni surtension anodique, est difficile dans ces tubes. En effet, par suite de la faible pression de vapeur, l'ionisation
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est insuffisante aux basses températureso Lorsque la température ambiante est basse, avant fonctionnement, la pression de vapeur està peu près celle qui règne dans un tube à vide et le libre parcours moyen des ions est grand.
Si les ouvertures des grilles sont trop petites, la vapeur diffuse trop len- tement et il ne peut y avoir un renouvellement suffisant des ions, donc amorçage de l'arc; l'arc étant amorcé, peu d'électrons atteignent l'anode, même si elle est portée à un potentiel élevéo
Ces difficultés sont encore accrues quand le courant demandé et la taille du tube sont plus grands,la longueur de l'arc et la durée de désionisation augmentanto
La présente invention concerne les moyens de réaliser des tubes à décharge à cathode liquide, dans lesquels l'arc s'amorce à basse tempéra- ture, et qui sont susceptibles de fonctionner dans une large gamme de pres- sions de vapeur.
Elle est essentiellement caractérisée en ce que la grille pos- sède un fond circulaire percé d'une première série de trous., relativement grands, situés vers la périphérie, en plus d'une série de trous centraux plus petits, en nombre suffisant pour permettre le passage-du courant maxi- mum d'anodeo Les trous de plus grand diamètre permettent l'amorçage de l'arc à des pressions de vapeur correspondant à des températures basses, sans toutefois que la grille perde la commande de l'amorçage aux plus hau- tes températureso Cette propriété est due à la proximité de la paroi con- ductrice et de l'arc passant à travers les ouvertures périphériques, la paroi désionisant rapidement l'atmosphère d'ions, à la fin de la période de conductiono Une telle structure ne modifie pas toutefois la température maximum de fonctionnement, ni le débit du tube.
L'objet et les avantages de la présente invention seront com- pris plus clairement si l'on se reporte aux figures ci-jointes données à titre d'exemple non limitatif et dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale du tube.
- les figures 2 & 3, sont une vue agrandie du fond de la grille représentée sur la figure 1, et d'une de ses variantes.
- la figure 4 est une coupe longitudinale d'une structure de tube à décharge multigrille.
Plus précisément, la figure 1 représente un tube à décharge 1.
Deux cylindres métalliques coaxiaux 2 & 3 définissent entre eux une chemise d'eau et constituent l'enveloppe du tube. L'entrée d'eau se trouve en 4 et la sortie en 5. La chemise d'eau est fermée par deux bagues 6, alors que l'enveloppe est délimitée par deux disques terminaux 7 & 8 dont les bords sont hermétiquement soudés au cylindre 20
Une cathode liquide 9, soit en mercure, soit en tout autre pro- duit convenable, se trouve à la partie inférieure du tube en contact avec le fond 8 qui est soudé, sur sa face externe, à un bloc 10 qui forme la bor- ne d'entrée du courant d'alimentation de la cathode; il supporte, d'autre part, une électrode d'amorçage 11 du type ignitor, et une anode d'entretien 13, dont la sortie est en 14; elles sont toutes deux isolées de la cathode.
A la partie supérieure du tube, se trouve l'anode 15,consti- tuée par un cylindre de graphite monté sur une tige conductrice 16; elle est isolée du disque supérieur 7 par un passage isolant comprenant une colle- rette métallique 17, un manchon de verre 18 et une partie supérieure métal- lique 19. Un bloc de métal 20 est soudé à 19 et à une connexion de cuivre flexible 21 servant de sortie de courant d'anodeo
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Une grille perforée, en graphite, entoure l'anode 15 et se trou- ve ainsi sur le passage de tout arc allant de la cathode 9 à l'anode 15.
Cette grille a la forme d'une nacelle à fond plat 23. Elle est isolée de l'anode et la distance entre la périphérie de la grille et la paroi est re- lativement faible ; se trouve donc dans la région de désionisation rapi- deo La partie latérale cylindrique pleine 24, ou collet de la grillefor- mant une seule pièce avec le fond 23, est reliée à la paroi supérieure par plusieurs pièces isolantes élastiques, et une sortie isolée de grille 26 est assurée à travers 70
Un écran de protection 27 se trouve entre la cathode et l'ano- de afin d'empêcher les gouttelettes de mercure cathodique d'atteindre l'ano- deo Il a la forme d'un disque se trouvant sur le trajet de tous les arcs rectilignes allant de la cathode à l'anodeo
Comme le montrent les figures 1 & 2,
la grille est perforée de façon à assurer la commande de l'amorçage de 1-'arc. De plus, selon la pré- sente invention, le diamètre des trous périphériques est plus grand que celui des ouvertures centraleso Ces trous peuvent être circulaires pour faciliter la fabrication des grilles. L'écran de protection 27 coupe tous les trajets des arcs en ligne droite, le plus court trajet de l'arc vers l'anode passe donc autour de 1-'écran puis à travers les trous périphériques de la grille.
Malgré la taille relativement grande de ces trous,, le danger de nombreux arcs en retour est atténué par l'effet de désionisation rapide due à la pa- roi métallique froide. Le processus de désionisation est connu; la paroi est au potentiel de la cathode de façon à décharger les ions et, par sa bas- se température, elle condense la vapeur.
L'avantage des trous de grand diamètre 28 joue surtout aux basses pressions de vapeur, quand le libre parcours moyen des ions est re- lativement'grand et que l'ionisation requise nécessite des tensions élevées.
La grille ainsi perforée fait subir à l'arc la plus faible déformation pos- ' sible et, par conséquente le flux d'électrons vers l'anode augmente. De mêmes la vapeur diffuse plus facilement vers l'anode et assure l'entretien de la concentration d'ions dans l'espace grille-anode.
Cet avantage est important surtout dans les tubes de grand dé- bit et de volume important ayant des arcs longs. On a pu observer,que, sans les modifications dues à la présente invention, il arrive qu'il y ait aux basses pressions, par suite des déformations de l'arc insuffisance d'ion pour neutraliser la charge d'espace entraînant une réduction de courant, le fonctionnement devenant analogue à celui d'un tube à vide, ce qui occa- sionne des variations brusques de tension dans les circuits associés.
Dans les tubes de plus grand volume et de plus grands trajets d'arc, il est important d'éviter le resserrement de l'arc; la grille doit être d'épaisseur suffisante, pour avoir la résistance mécanique nécessaire.
Le diamètre des trous périphériques doit être grand par rapport à l'épais- seur de la grille, ces deux dimensions étant dans un rapport de 4 à 1 en- viron, afin que le passage des électrons à travers les trous se fasse sans risque de capture par les bordso
Pour permettre le passage du courant maximum, la grille est per- cée de trous circulaires 29 au centre du disque 23. Quand la demande de¯cou- rant dépasse la quantité fournie par le passage de l'arc dans les trous 28, l'arc suit un trajet plus long et passe par les trous centraux.
La petite taille des trous centraux aide à limiter la fréquen- ce des arcs en retour se produisant à haute température, d'autant plus faci- lement que, dans la partie centrale du tube, le temps de désionisation est plus long.
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Selon la présente invention, et comme le montrent les-figures 1 & 2, le fond de grille est perforé d'une autre série de trous 30, placés en- tre les trous 29 & 28 et de taille intermédiaireo L'augmentation du diamè- tre des trous du centre vers la périphérie compense la différence des vites- ses de désionisation en différents points de l'enceinte du tube; les carac- téristiques de fonctionnement dudit tube en sont amélioréeso
La paroi cylindrique de la grille est également percée de trous, de taille uniforme, ces trous permettant le passage direct des ions vers la paroi., et augmente la dissipation de la chaleur rayonnée par l'ano- deo
La figure 3 représente une variante du fond 32 de la grille.
Il est percé d'une seule série d'ouvertures périphériques 33 qui permettent l'amorçage de l'arc à basse température. La partie centrale du fond est pleine ; la forme de ces ouvertures est approximativement triangulaire, le sommet du triangle se trouvant dirigé vers le centre, ce qui assure une désionisation uniformeo On voit que, sans se départir de l'esprit de l'in- vention, on peut fabriquer des grilles à fond perforé de trous de formes différentes et de dispositions variées selon les conditions de fonctionnement (courant et température d'amorçage).
La figure 4 montre un tube multigrille à cathode liquide. L'ano- de 35 est entourée de plusieurs grilles, la grille intérieure 36, la grille intermédiaire 37 et la grille extérieure 38. La chemise d'eau 39 est un cylindre métallique à double paroi, du même type que celle de la figure 1, et jouant le même rôle dans la désionisation. Chaque grille est perforée d'ouvertures centrales 40 puis, comme dans le tube de la figure 1, d'une série 41 de trous périphériques de plus grand diamètre.
Comme la vitesse de désionisation à la périphérie des grilles intermédiaire et interne est moins grande que cette vitesse à la périphérie de la grille externe, les tailles des trous périphériques de ces grilles intérieure et intermédiaire doivent être plus grandes relativement, afin qu'il n'y ait pas déformation de l'arc, ni suppression de l'avantage résultant du diamètre important des trous périphériques de la grille externe.
Les trous périphériques des dif- férentes grilles sont, de préférence, alignés afin de permettre aux électrons d'atteindre l'anode et d'amorcer l'arco
On voit donc que la présente invention est particulièrement utile dans le cas d'un tube multigrille car la difficulté accrue de passage de l'arc à travers les différentes grilles et, par suite, la plus haute ten- sion de vapeur requise pour l'amorçage, rendent nécessaire la présence d'ou- vertures de plus grande taille.