<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS A LA CONSTRUCTION DES THYRATRONS.
La présente invention concerne les tubes électroniques à gaz io- nisable comportant une grille de commande et connus généralement sous le nom de thyratrons; elle vise plus particulièrement un mode'de réalisation dans lequel toutes les électrodes sont reliées à des broches disposées d'un même côté du tube et sur le culot de celui-ci.
Dans les thyratrons des modèles fabriqués jusqu'alors, l'anode était sortie à l'extrémité supérieure de l'enveloppe, tandis que les autres électrodes étaient réunies aux broches du culot. Pour réduire la hauteur du tube et faciliter sa mise en place, on fabrique maintenant des thyratrons dont toutes les sorties des électrodes sont ramenées à la même extrémité de l'enveloppe c'est-à-dire sur le culot. Cette disposition exige que les sup- ports et conducteurs d'anode passent très près de la cathode et de la gril- le de commande. Dans ces conditions, des courants de fuite entre grille et anode sont toujours à craindre, quelles que soient les précautions qui aient été prises pour assurer un bon isolement entre ces deux électrodes.
On a, d'autre part, trouvé qu'avec ce mode de construction, la grille ne commande pas d'une façon certaine l'amorçage de la décharge et ceci est probablement dû au fait qu'il existe entre la cathode et l'anode un'trajet ionisé qui ne traverse pas le réseau des fils de grille, si bien que le potentiel appliqué à cette électrode est sans action sur les ions. L'existence de ces trajets ionisés indésirables., entre anode et cathode, peut résulter de l'espace né- cessaire entre les suppor-ts d'anode et la grille de commande, ou encore d'un dépôt de matières émissives ou conductrices vaporisées par la cathode et ve- nant sur les isolateurs, à proximité de la cathode et en contact avec les supports d'anode qui sont évidemment au potentiel de cette électrode.
On a également trouvé que les isolateurs à grande surface, uti- lisés dans le type de thyratron dont il est question, peuvent provoquer une
<Desc/Clms Page number 2>
ionisation parasite en des points éloignés de l'espace cathode-anode, si l'on n'a pas le soin de prévoir des moyens pour éviter l'accumulation, à la surface des dits isolateurs, d'ions positifs issus du milieu gazeux ; ceux-ci ayant été portés au potentiel danode, peuvent être transférés en une région du tube dont le potentiel est celui de la cathode, ce qui ris- que de provoquer l'amorçage d'une décharge.
La présente invention a pour objet un mode de construction per- fectionné des thyratrons qui pallie les défauts de commande de grille, dont il vient d'être question, en réduisant la condensation des substances émis- sives à la surface des isolateurs et l'amorçage subséquent d'une décharge parasite.
Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, le thyra- tron à gaz ou vapeur ionisable est du type dans lequel toutes les électrodes sont sorties à l'une des extrémités du tube ; ilcomprend essentiellement les éléments suivants une cathode émissive entourée d'un écran calorifique, comportant une seule ouverture à l'une de ses extrémités, une grille de com- mande et une anode. Ces deux dernières électrodes sont disposées l'une par rapport à l'autre, vis-à-vis de l'écran calorifique, de façon à assurer le contrôle de l'amorçage de la décharge et à capter les électrons émis par la cathode.
La grille de commande et l'anode sont chacune portées par des sup- ports disposés le long de l'écran calorifique dont ils sont isolés au moyen d'isolateurs tubulaires, ces supports servant, en outre, à réunir la¯grille et l'anode à leurs broches respectives sur le culot.
Les isolateurs tubulaires sont maintenus en place et protégés par des bandes métalliques conformées sur eux ; sont fixées sur le côté opposé à l'écran calorifique et sur toute sa longueur. Comme les sup- ports isolés d'anode s'étendent évidemment au-delà du plan médian de la grille et qu'il faut éviter l'éventualité d'un courant de fuite entre celle- ci et l'anode, la partie périphérique de la monture de grille porte deux é- videments, dans lesquels passent sans contact, les supports anodiques iso- lés.
D'autre part, pour éviter que, par ces évidements, puisse s'établir en- tre la cathode et l'anode un trajet conducteur, soit par ionisation, soit par mauvais isolement, même lorsque le potentiel de grille est très négatif, on a prévu autour de chacun de ces évidements une sorte d'écran de grille ou de gousset, dont le bord est tourné vers la cathode et l'écran calorifi- que. Pour compléter cette protection, on a également prévu sur le corps ca- thodique deux -petits écrans fixés sur l'écran calorifique, s'étendant entre l'ouverture centrale de celui-ci et le gousset; de la monture de grille et tournés vers celleci.
Tout posessu de décharge se trouve ainsi confiné à une région qui comprend la partie centrale de la grille, si bien qu'aucun amorçage à travers les évidements de la monture de grille, ne peut avoir lieu, lorsque le potentiel de grille est suffisamment négatif, du fait des chicanes que créent les dits goussets et l'écran cathodique. De plus, du fait que les goussets et les écrans de cathode restreignent la décharge dans la région axiale du tube, il s'ensuit que les isolateurs des montants d'ano- de ne reçoivent pas ou très peu de matières conductrices ou semi-conductri- ces provenant de la condensation de la matière active ou de la matière con- ductrice de la cathode.
Se trouve aussi éliminée toute cause de localisa- tion de potentiel à la surface des isolateurs, à proximité de la cathode, pouvant provoquer des phénomènes d'ionisation générateurs d'amorçage entre ces points et la cathodeo
Pour mieux faire comprendre les caractéristiques et avantages de l'invention, on va maintenant en décrire un exemple de réalisation, étant en- tendu que celui-ci n'a aucun caractère limitatif quant aux formes de mises en oeuvre de l'invention ou aux applications que l'on en peut faire.
La figure 1 est une élévation latérale en coupe d'un thyratron selon l'invention.
La figure 2 est une vue en coupe selon la droite 2-2 de la figure' 1 et la figure 3 une vue en coupe selon la droite 3-3 de la figure 1.
<Desc/Clms Page number 3>
Le thyratron qui est représenté sur les figures est d'un typeà enveloppe étanche contenant un milieu ionisable tel que la vapeur de mercu- re, du xénon, de l'argon ou autre élément à basse pression, de l'ordre'de 70 à 150 microns. Un ensemble de conducteurs 2 à 7, scellés à la base dé l'enveloppe, constituent les broches extérieures et servent de support 'mé- canique aux électrodes du tube.
La cathode 8 est constituée par un cylindre métallique mince mu- ni de fentes disposées en quinconce et recouvert d'une substance émissive connue -un mélange d'oxyde de nickel et de baryum, par exemple-. Elle est fixée à sa partie supérieure à un écran calorifique à double paroi 9 au moyen d'un collier 10. La cathode 8 est, par exemple, une cathode à chauf- fage direct en'forme de grille telle qu'on en voit une partie sur la fi- gure 1.
,L'écran calorifique qui entoure la cathode est constitué par deux cylindres concentriques 11 & 12, formant deux surfaces réfléchissantes. Les cylindres sont en nickel, par exemple; leur épaisseur est, de préférence, très faible, de l'ordre de 0,08 à 0,1 mm., pour réduire leur masse thermique et réaliser une structure qui atteint rapidement l'équilibre calorifique à la température de fonctionnement propre de la cathode.
Le bas de l'écran 9 est fermé par une double paroi (qui n'appa- rait pas sur la figure) et le haut est muni de deux pièces annulaires 13 & 14, définissant une ouverture 15 à travers laquelle passe la décharge. La cathode 8 est connectée, en sa partie inférieure,à un conducteur 16 entou- ré, au bas de l'écran 9, d'un isolateur 17. Le conducteur 16 est relié à un fil extérieur 5 à l'aide d'une large patte en métal 18 présentant une surface rayonnante assez grande pour éviter une surchauffe de l'extrémité -inférieure de 16, ce qui risquerait de la rendre émissive, d'où danger d'a- morçage de décharges indésirables entre elle et les conducteurs portés au potentiel anodique. L'écran calorifique 9 est connecté au fil extérieur 7 par un conducteur 19 soudé à ces deux éléments.
Le circuit parcouru par le courant de chauffage de la cathode est ainsi constitué par le fil extérieur 5, le conducteur 16, la cathode 8, l'écran 9, le conducteur 19 et la broche 7.
Au-dessus de l'écran 9 et concentrique à 1,'ouverture 15, on dis- pose une anode 22, portée par deux conducteurs 20 & 21. L'anode est un dis- que de tantale ou de nickel, dont la rigidité est augmentée à l'aide de bords relevés 23 et d'une dépression centrale 24. Ce montage est réalisé à l'aide de deux pattes 25, soudées, d'une part, aux bords 23 et, d'autre part, aux conducteurs 20 & 21 respectivement. Ces derniers sont reliés, au bas, de l'enveloppe aux bords extérieurs 2 & 6. Ils sont entourés, dans la partie longeant l'écran 9, d'isolateurs tubulaires 26& 27, en céramique de préfé- rence, oxyde d'aluminium, par exemple. Ainsi l'espace est faible entre les conducteurs 20 & 21 et la paroi externe de l'écran calorifique 9, et le dia- mètre total du tube est réduit au minimum.
Des bandes protectrices 28 & 29 entourent les isolateurs, sur toute la longueur de l'écran, et sont.fixées par soudure à la face externe de ce dernier. Elles évitent que des charges ne s'amassent à la surface des isolateurs et qu'il s'amorce une décharge parasite, ainsi qu'il est expliqué plus loin.
La grille de commande, placée entre l'anode 22 et l'ouverture 15 de l'écran calorifique est formée d'un ensemble de fils 30 soudés à une cer- taine distance les uns des autres en travers d'une ouverture 31 pratiquée au centre d'une pièce annulaire à bords relevés 32; celle-ci'peut être en nickel.et renforcée par des nervures 33 qui augmentent sa rigidité. On peut réaliser les fils de grille en nickel pur, mais on choisit, de préférence, du tungstène qui,en s'oxydant;, donne-naissance à une couche d'oxyde 34; celle-ci évite l'émission froide des fils de grille sur lesquels vient se condonseR la substance émissive évaporée de la cathode, pendant le fonction- nement du tube. On nettoie les extrémités des fils 30 pour en éliminer la couche d'oxyde et les souder à la pièce 32.
Cette dernière est maintenue en position et connectée aux broches correspondantes du culot 3 & 4 au moyen
<Desc/Clms Page number 4>
de deux conducteurs 35 & 36, parallèles et situés dans un'plan axial du tube, perpendiculaire au plan contenant les conducteurs 'd'anode. La partie de 35 et de 36 qui longe l'écran calorifique 9 est enfermée 'dans des isola- teurs en matière céramique 37 et 38, sur lesquels s'adaptent des bandes pro- tectrices 39 à 40, fixées à la paroi externe de 9. Les extrémités inférieu- res de 35 et de 36 sont reliées respectivement aux broches 3 & 4.
Il faut que la pièce annulaire 32 ait un diamètre supérieur à ce- lui 'de l'écran-calorifique,, afin de limiter la décharge à la région 'de la grille et assurer ainsi une commande satisfaisante de l'amorçage. Par ail- leurs, il est souhaitable que cette pièce 32 ait à peu près le même diamè- ' tre que l'enveloppe 1; il s'opère alors un transfert de chaleur entre 32-et 1, ce qui permet de réduire la température de la grille; cette disposition a encore l'avantage de réduire l'éventualité d'une décharge incontrôlable entre la cathode et l'anode, au voisinage des bords de la pièce 32.
Les con- ducteurs d'anode doivent donc passer par des ouvertures pratiquées dans la pièce 32 pour atteindre la base de l'enveloppe. 11 faut que'ces ouvertures aient un diamètre supérieur à celui des isolateurs 26 & 27 entourant les conducteurs d'anode, afin d'éviter l'établissement d'un courant de fuite entre grille et anode, et d'un courant de fuite grille-cathode suivant d'au- tres trajets que celui défini par les isolateurs 37 & 38 des conducteurs de grille. A cet effet, les dites ouvertures ont la forme d'encoches 41 & 42, suffisamment larges pour assurer l'espacement voulu entre les isola- teurs 26 & 27 et la pièce 32.
Mais, d'autre part., cet espacement a l'inconvénient de ménager un passage direct entre la cathode et l'anode, dans lequel l'ionisation peut se produire même lorsque la grille est négative. On remédie à cet état de choses en fixant autour des encoches 41 & 42 des petits écrans protecteurs 43 & 44 dirigés vers l'écran calorifique 9. Entre ces petits écrans et l'ou- verture 15, on interpose des cloisons 45 & 46, en forme de L, soudées à la pièce 14.
Ainsi, les passages conduisant de'la cathode 8 à l'anode 22 con- stituent une sorte de labyrinthe, contournant les cloisons 45 & 46, les é- crans 43 & 44 et traversant l'espace défini par les encoches 41, 42; il est donc peu probable sinon impossible, que la décharge puisse s'y amorcer lors- que la grille de commande est au potentiel d'ionisation des fils de grille 30, ou à un potentiel inférieur.
Bien que le fonctionnement du thyratron soit bien connu de l'hom- me de l'art, on en rappellera succintement le fonctionnement dans ce qui suit. Le courant de chauffage circule dans la cathode 8 et porte la substan- ce active à sa température d'émission; ce courant est fourni, par exemple, par le secondaire d'un transformateur à point milieu, relié aux broches ex- térieures 5 & 7;
L'anode 22 est portée à un potentiel positif par rapport à la cathode, au moyen d'une source de tension reliée, d'une part, à la bro- che 5 (ou, de préférence, au point milieu de l'enroulement secondaire men- tionné ci-dessus) et, d'autre part, à l'une des broches 2 & 6, toutes deux réunies à l'anode; ces deux broches sont de préférence, réunies l'une à l'au- tre à la base de l'enveloppe 1 au moyen d'une bande métallique 47 qui répar- tit le courant anodique entre les conducteurs 20 & 21. On porte la grille de commande à un potentiel négatif par rapport à la cathode, en lui appli- quant une tension négative au moyen d'une source réunie d'une part à la bro- che de cathode 5 ou, de préférence, au point milieu précité.
Pour toute va- leur de la tension appliquée entre la cathode et l'anode il existe une va- leur critique du potentiel de grille à laquelle commencent l'ionisation du gaz et le passage du courant anodique. Si le potentiel de grille est infé- rieur à cette valeur, l'ionisation ne peut s'amorcer; s'il est supérieur, l'ionisation du gaz a lieu et le courant anodique persiste tant que le po- tentiel de l'anode est supérieur ou égal au potentiel du plasma R ; a une valeur très faible, tout juste nécessaire pour entretenir l'ionisa- tion et le passage du courant.
En l'absence des écrans 41 & 42 et des cloisons 45 & 46, les é- lectrons émis par la cathode seraient attirés par le potentiel positif de
<Desc/Clms Page number 5>
l'anode 22 ou des conducteurs 20 & 21 même lorsque la grille de commande se trouve à un potentiel inférieur' à la' valeur critique définie plus haut.
Ils suivent le trajet direct indique par la ligne en pointillé 48 à une vi- tesse assez grande pour ioniser le'gaz et provoquer le passage du courant anodique.
Dans ces conditions,les électrons doivent suivre le trajet re- présenté en 49 et leur vitesse n'est pas suffisante pour ioniser le gaz et échapper à la commande par la grille. La décharge est ainsi limitée au pas- sage direct à travers les fils de grille 30, où le potentiel négatif-comman- de efficacement l'amorçage du tubeo
Quand le tube est en fonctionnement, du baryum ou d'autres' sub- stances conductrices vaporisées à la surface par la cathode, ont tendance à se condenser sur les parties supérieures des isolateurs 26 & 27 et à y constituer une couche conductrice. Dans ces conditionsle potentiel d'ano- de est transmis le long-des isolateurs, jusqu'à proximité de la cathode.
La trajectoire imposée aux ions et électrons, grâce aux parois 45 & 46 et aux goussets 43 & 44 disposés en chicane, empechent pratiquement la substance évaporée de se déposer à la surface des isolateurs, dans la région comprise entre la grille de commande et l'écraii calorifique 9. Ainsi,dans le tube' selon l'invention, l'ionisation et la décharge indésirables entre la catho- de et les conducteurs d'anode se trouvent éliminées.
Lors de la décharge, le gaz est ionisé, c'est-à-dire constitue un nuage d'ions gazeux et d'électrons négatifs, concentré sur le trajet di- rect de la cathode 8 à l'anode 22 à travers les fils de grille 30. En l'ab- sence des bandes protectrices 28 & 29.les ions ont tendance à s'amasser à la surface des isolateurs 26 & 27. Cette charge, qui s'accumule tout le long des isolateurs jusqu'au bas de l'enveloppe, provoque une ionisation qui peut entraîner le passage d'un courant tout-à-fait indésirable entre les conducteurs ou isolateurs d'anode et les conducteurs au potentiel de catho- de ; cette décharge est analogue à celle qui se produit dans les tubes à gaz à cathode froide.
On s'est aperçu que cette décharge entre conducteurs d'a- node et conducteurs au potentiel de cathode, provient du fait que les tra- jectoires des particules chargées sont relativement longues et que le libre parcours moyen qui est assez grand, favorise l'ionisation du gaz. Ce genre de décharge ne se produit pas dans les trajets allant des isolateurs 26-27 à l'écran calorifique 9 ces trajets sont si courts en effet qu'il est fort peu probable que, dans le gaz raréfié, les électrons heurtent une molécule gazeuse et Ironisent par choc. Le problème consiste donc à empêcher l'accu mulation de charges électriques sur les parties inférieures des isolateurs 26 & 27 (où de longs passages favorisent la formation de décharges indésira- bles).
Conformément à l'invention, ce problème est résolu de façon sa- tisfaisante par l'emploi des bandes conductrices 28 & 29 qui assurent la neutralisation des ions accumulés au sommet des isolateurs, par écoulement des ions le long desdites bandes. La neutralisation de ces ions par des é- lectrons, provoque une circulation de courant allant de l'anode à la catho- de, ce qui ne présente pas d'inconvénients. En même temps, on empêche la dé- charge ionisante du gaz dans des régions de l'enveloppe autres que l'espace cathode-anode.
Les bandes conductrices 39 & 40, qui recouvrent les isola- teurs 37 & 38 des conducteurs de grille, sont utilisées dans le même but de protection que les bandes 28 & 29, bien que le problème ne soit pas aussi critique, la. tension grille-cathode étant normalement beaucoup plus faible . que la tension anode-cathode. En outre, les bandes protectrices 28, 29, 39 & 40 contribuent à la stabilité mécanique du montage des électrodes dans le tube. Elles entourent les isolateurs et sont soudées à l'écran calorifique et réunissent, en une seule structure rigide, toutes les électrodes, que supportent efficacement les broches du culots-