Tube à faisceau électronique. La présente invention se rapporte à un tube à faisceau électronique, et plus particu lièrement à un tube dans lequel le faisceau électronique traverse, sur une distance rela tivement grande un espace où n'existe aucun champ, tel que, par exemple, un tube à modu lation de vitesse.
Dans les tubes de ce ty pe, il est à désirer de produire un faisceau électronique à densité élevée, c'est-à-dire un faisceau s'évasant le moins possible, analogue, à un faisceau lumi neux à grande concentration. De tels tubes sont, de grande utilité dans la technique élec tronique, par exemple, les tubes à modulation de vitesse, les tubes émetteurs et récepteurs à faisceau électronique de puissance, les tubes de projection de télévision, les tubes à rayons X à grande intensité, et autres dispo sitifs analogues.
Dans les tubes des types qu'on vient. de mentionner, le rendement et la commande les meilleurs dépendent, entre autres, de la. pro duction d'un faisceau électronique de section relativement faible, portant un courant aussi grand que possible à une tension aussi peu élevée que possible, c'est-à-dire un faisceau électronique d'impédance relativement faible. Dans de tels tubes, la. production d'un fais ceau de ce type se heurte à plusieurs diffi cultés, un facteur particulièrement désavan tageux étant la. tendance du faisceau, une fois produit., à s'évaser à mesure qu'il pro gresse le long de sa trajectoire à. cause de l'action de répulsion mutuelle causée par l'effet de charge d'espace des électrons dans le faisceau.
La technique a adopté, comme un moyen d'éviter cet évasement. du faisceau électroni- que, de molécules de gaz résiduels à l'intérieur du tube, les ions positifs résul tant de l'impact des électrons du faisceau sur ces molécules de gaz tendant à neutraliser les charges négatives des électrons dudit faisceau et, de la sorte, à réduire leur répulsion mu tuelle. Le problème a été compliqué par la question du degré de vide existant. à l'inté rieur du tube, le nombre d'ions positifs pro duits dépendant du nombre de molécules de gaz résiduels existantes.
Plusieurs facteurs ont contribué à la production de tubes à vide de plus en plus poussé et, pour ces vides pous sés, il est produit un moins grand nombre d'ions positifs, de sorte que le remède ci-des sus indiqué à l'évasement. du faisceau est de venu de moins en moins efficace.
A l'apparition des tubes comportant une région exempte de champ, telle que réalisé par un tube à dérive, on a. supposé que le fait d'enfermer, comme on le fait généralement, ledit espace exempt de champ dans un tube conducteur, permettrait aux ions positifs pro duits par les gaz résiduels de se rassembler à l'intérieur du faisceau et, par suite, d'exer cer une action restrictive plus puissante et plus continue sur l'évasement. indésirable du faisceau électronique.
Toutefois, les expériences effectuées avec des tubes cathodiques compor tant des tubes à dérive de longueur appré ciable a montré que l'évasement du faisceau continuait à se produire de faon indésirable et que les ions positifs n'exercent pas sur le faisc.eau électronique l'action restrictive dési rée de façon aussi prononcée qu'ils le de vraient, suivant la théorie ci-dessus esquissée.
L'existence d'un évasement indésirable du faisceau dans les tubes de ce type est devenu -Lui élément nuisible dont l'importance a aug menté avec l'utilisation .des vides poussés et l'augmentation des courants. Plus particuliè rement, des formules bien connues relatives au degré d'ionisation qui a lieu dans les con ditions existant à l'intérieur d'un tube à mo dulation de vitesse de puissance moyenne, montrent qu'il devrait être produit suffisam ment d'ions positifs pour neutraliser les char ges à l'intérieur du faisceau électronique, pourvL1 que la pression du gaz ne soit pas ré duite à une valeur très inférieure à 10-7 mm de mercure, degré de vide voisin de celui au quel les tubes commerciaux sont destinés à fonctionner.
La divergence entre l'effet correctif de l'ionisation -du gaz indiquée par la théorie et l'effet réel insuffisant produit en pratique est resté jusqu'à présent sans explication sa tisfaisante, bien qu'on ait suggéré plusieurs raisons de cette divergence. En l'absence d'une explication satisfaisante de ce phéno, mène indésirable, il n'a été jusqu'à présent trouvé aucun moyen de l'éliminer de façon purement électrostatique et l'on a trouvé né cessaire de recourir à des dispositifs de con centration électromagnétiques.
Le problème de déterminer la cause de l'insuffisance de résultat obtenu à la pression normale et d'y remédier a été examiné dans le brevet suisse N 270142. Dans ledit brevet, on a proposé une explication de la divergence ci-dessus mentionnée et, ensuite, on a donné des raisons théoriques -et expérimentales à l'appui. Conformément aux conclusions obte nues, la non-efficacité des ions positifs pro duits suivant la théorie pour neutraliser l'effet de charge d'espace est chie à une fuite de ces ions à partir du faisceau, vers les ex trémités du tube de dérive qui entourent la région exempte de champ.
Cette fuite est pro duite par certaines conditions de champ exis tant généralement dans les tubes à la région mentionnée. L'explication ajoutait que, par suite de cette fuite, d'autres ions positifs exis tant dans le faisceau, par suite d'un mouve ment vers l'extrémité résultant des conditions électrostatiques présentes dans le faisceau, sont entraînés comme les ions ci-dessus men tionnés, de telle sorte qu'à l'intérieur du fais ceatï" il ne reste plus un nombre suffisant d'ions positifs pour éviter l'évasement dudit. faisceau. En conséquence, il paraît raisonna ble de s'attendre à ce que, si l'on établissait. de nouvelles conditions convenables, ces der nières pourraient suffire à éviter la fuite.
Lors d'essais, on a constaté que, comme le po tentiel du tube à dérive était légèrement infé rieur au potentiel de la région située juste au- delà de chacune des extrémités du tube à. dérive, on pouvait empêcher l'évasement du faisceau dans ledit tube soit en utilisant di rectement une nouvelle source à basse tension, soit en utilisant la chute de potentiel à tra vers une résistance connectée entre le tube à dérive et les électrodes adjacentes. Au cas où on utilise la résistance, on s'en remet ai. flux de courant résultant du rassemblement. sur le tube de dérive des électrons de fuite.
En examinant plus avant le problème, on a constaté que certaines modifications pou vaient être utilisées aussi bien dans la cons truction que dans le circuit et que, dans cer taines circonstances de la pratique, lesdites modifications apportent des avantages en ce ce qui concerne la souplesse des moyens et de la méthode -utilisés, la possibilité d'une adap tation perfectionnée au mode de construction général des tubes de ce type et la. netteté gé nérale avec laquelle lesdits avantages appa raissent.
Le but de l'invention est de fournir un tube à faisceau électronique dans lequel l'éva sement du faisceau est évité.
Le tube faisant l'objet de l'invention et qui comprend une électrode tubulaire allon- gée définissant un espace pratiquement exempt de champ, une source d'électrons pour émettre un faisceau d'électrons à travers la dite électrode tubulaire et. au moins une élec trode additionnelle placée dans la région de l'une des extrémités de ladite électrode tubu laire est caractérisé en ce que ladite électrode additionnelle est disposée pour créer un champ confinant les ions positifs à l'intérieur de ladite électrode tubulaire, et en ce que la dite électrode additionnelle est maintenue à un potentiel positif par rapport à ladite élec trode tubulaire.
Le but recherché est donc obtenu grâce à la disposition constructive du tube lorsque l'électrode additionnelle est positive par rap port à l'électrode tubulaire.
Grâce à la disposition générale choisie, le champ empêchant l'évasement du faisceau est indépendant du champ de fuite se produisant à travers une électrode d'accélération asso ciée munie d'une ouverture.
Cette disposition permet encore d'améliorer la construction et la. disposition générale des circuits des tubes à faisceau cathodique, en particulier de ceux à vide très poussé et dans lesquels, également, le faisceau doit être de faible impédance et. de grande densité.
Le dessin annexé représente schématique ment, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de ]',objet de la présente inven tion.
La fig: 1 représente -Lui premier tube, en partie schématiquement. et en partie en coupe. La fig. 2 se rapporte à une variante par tielle du système de la fig. 1.
Les fig. 3 et. 4 sont des caractéristiques représentant comment la tension se répartit le long du tube.
La fig. 5 est analogue à la fig. 1, mais elle se rapporte à une variante comportant un cylindre court.
lia fig. 6 est une variante de la fig. 5. lies fig. 7 et 8 sont analogues aux fig. 3 et 4. , La fige. 9 représente une deuxième variante de la fig. 1, comportant utilisation d'une électrode en toile métallique. La fig. 7 0 est relative à une variante de la fig. 9.
La fig. 11 représente une autre variante de la, fig. 1.
La fig. 12 est une variante partielle de la fig. 11.
La fig. 7.3 est la courbe de tension du tube de la fig. 11, relevée le long du tube. La, fig. 14 représente une nouvelle variante de la. fig. 1 avec modification de l'électrode tubulaire et des organes pourvus d'ouver tures.
La fig. 15 se rapporte à. une variante de la fig. 1:1.
On n'a. représenté à. la fig. 1. que les par ties du tube à faisceau cathodique qui sont nécessaires à la compréhension de l'invention. On trouve dans ce tube la. cathode usuelle 1, des électrodes d'accélération et de concentra tion comportant les organes à ouverture 2 et la plaque 3, ainsi que les sources de tension nécessaires. En outre, il a été représenté un tube à dérive sous forme d'électrode tubulaire 4 servant de frontière à l'espace exempt de champ et, au voisinage des extrémités dudit tube, les éléments ou électrodes munis d'une ouverture.
Dans le premier système, il existe une électrode servant à l'établissement. du champ constituée sous forme d'un cylindre intérieur 5; à l'intérieur et au voisinage de chaque extrémité du tube à, dérive. Une source de tension 6 est reliée de manière convenable à ladite électrode, par exemple, à. travers une ouverture 7, dans la paroi du tube à dérive. Cette source sert à appliquer, sur le cylindre intérieur, un potentiel de quelques volts positifs, par rapport à celui appliqué au tube à dérive. La gamme des valeurs qu'on peut assigner aux différents degrés de potentiel positif peut ne pas varier beaucoup, dans le cas où un gra dient de potentiel négatif à été introduit.
En ce qui concerne les formes du tube suivant la. présente invention, il suffit. de déclarer que, dans un cas pratique, cette valeur de poten tiel peut. varier de 15 à 30 volts, pour une tension de l'ordre de 6500 à 7000 volts appli quée au tube à dérive. Dans un tel, cas pra tique. le vide du tube à faisceau électronique peut être de l'ordre de l0-7 mm de mercure. Grâce à la disposition d'un piège à ions, tel que ci-dessus décrit, on comprendra que la relation de potentiel entre le tube à dérive et la pla que munie d'une ouverture n'a pas besoin d'être déterminée avec précision, c'est-à-dire que le tube à dérive peut être à un potentiel, soit plus élevé, soit plus bas.
Comme exemple de telles conditions, une source de tension 8 peut être introduite dans la connexion entre l'élément pourvu d'une ouverture et le tube à dérive et être polarisée de manière à indi quer que, si on le désire, le tube à dérive peut être actionné à un potentiel plus élevé ou phis bas que l'élément à ouverture. Cette disposi tion est représentée à la fig. \'. Les relations de tension existant entre les différents points le long du trajet du faisceau sont représen tées et indiquées de façon à ne nécessiter au cune autre explication aux fig. 3 et 4.
On voit d'après ce qui précède que l'on prévoit un système dans lequel un champ électrostatique de faible valeur est appliqué au faisceau, ledit champ étant indépendant du champ de fuites à travers la. plaque pour vue d'une ouverture et du potentiel de l'élec trode accélératrice par rapport à la cathode, ou de celui du tube à dérive par rapport à la cathode, de manière à constituer un piège à ions effectif, empêchant les ions de s'échapper dans l'intérieur du faisceau par soli extrémité et fournissant les ions nécessaires pour obte nir la neutralisation de la charge d'espace dans le faisceau.
Dans l'exemple représenté aux fig. 5 à 8, il s'agit d'une variante suivant laquelle l'élec trode d'établissement du champ est toujours de forme cylindrique, mais est située en ali gnement avec l'extrémité du tube à. dérive et entre celui-ci et l'élément à ouverture.
Dans ce cas, il est prévu un potentiel positif .en excès, comme dans le premier cas et, de façon analogue, il petit se produire deux cas partiels, dans l'un desquels le tube à dérive et les été ; menu à ouverture sont au même potentiel qu'à la fig. 5 et dans l'autre desquels il existe une différence de potentiel, en plus ou en moins, -par rapport au tube à dérive, comme représenté à la fig. 6. Ces relations de voltage sont représentées aux fig. 7 et 8.
Une nouvelle variante est représentée aux fig. 9 et 10 qui, ensemble, constituent un troi sième système. Dans ce système, l'électrode additionnelle prend la forme d'une grille en treillis métallique 9, située sur le trajet du faisceau, entre une extrémité du tube à dérive et la plaque à ouverture correspondante.
Ici également, il y a deux cas, l'un représenté à la fig. 9, suivant lequel le tube à dérive et. la plaque à ouverture sont au même potentiel., alors que, selon la modification de détail de la fig. 10, une batterie 8 est. intercalée entre ces deux éléments, de manière à. faire fonc tionner le tube à dérive à un potentiel diffé rent de celui de la plaque à, ouverture.
Dans un quatrième système, représenté aux fig. 11, 12 et 13, le mode de construc tion de la grille est différent des précédents, en ce que ladite grille est constituée par un certain nombre de grilles élémentaires 10, dont l'tu@.e est à taie tension plus élevée que celles qui l'entourent de part et d'autre. Ici encore, il y a deux cas, selon lesquels le tube à dérive est, soit à un potentiel différent. de celui de la plaque à ouverture, comme repré senté à la fig. 12, soit au même potentiel, comme représenté à la fig. 11.. De même, la.
fig. 13 représente la caractéristique de ten sion, de façon analogue à la fig. 8.
Il est à noter que, dans ce quatrième système, l'organe en treillis combinés constitue en lui même un piège à ions. Au cas où un- tel organe combiné est appliqué à chaque extré mité du tube à dérive, les treillis extérieurs, aux deux extrémités, peuvent être intercon nectés et il @en est de même des treillis inté rieurs.
Dans un cinquième système, tel que repré senté à la fig. 14, les éléments originaux, tube à dérive et plaques à ouverture sont cons truits en un seul bloc et l'électrode addition nelle peut, comme représenté, prendre la. forme d'un cylindre, comme dans le premier sy s tère, ou d'un anneau 11. De même, son ame née de courant petit. être introduite à travers une ouverture de la paroi tubulaire de l'en- semble. Les connexions de l'électrode, ou des électrodes supplémentaires sont les mêmes que dans le premier système. Ici également., une grille en treillis peut être substituée à l'an neau.
Dans le sixième système qui fait l'objet de la fig. 15, les plaques à ouverture et le tube à dérive sont construits en un seul bloc, comme précédemment. au cinquième système. Toutefois, la connexion électrique à l'élec trode, ou aux électrodes additionnelles, est. telle que lesdites électrodes sont reliées direc tement au pôle positif de la source i3, alors que l'ensemble du tube est. excité au moyen d'un prolongement de la même connexion, avec chute de tension dans une résistance. Dans un cas particulier, cette résistance peut avoir une valeur de l'ordre de 1.00 à. 100 000 ohms.