La présente invention a pour objet un tube à cathode thermionique rempli de gaz. appelé thyratron, ainsi qu'un procédé pour sa mise en action.
Les thyratrons à hydrogène actuellement connus ne conduisent normalement que dans une seule direction et, si un tel tube est polarisé en sens inverse, il y a de fortes chances que les électrodes soient endommagées par pulvérisation. Cet inconvénient limite les types de circuit dans lesquels on peut utiliser des thyratrons à hydrogéne conventionnels. Ainsi, par exemple, on ne peut pas constituer un interrupteur avec un thyratron à hydrogéne conventionnel unique lorsque l'interrupteur doit pouvoir agir rapidement dans un circuit oscillant, doit pouvoir supporter des tensions positives et doit être en mesure de faire passer le courant dans les deux directions, lorsqu'il est enclenché.
Pour diminuer les difficultés soulevées par les thyratrons connus. le thyratron selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une cathode. une électrode de commande et une anode disposées dans une enveloppe remplie d'un gaz, I'anode comprenant des moyens pour former un plasma qui sont pourvus d'une électrode thermionique et d'au moins une électrode à décharge adjacente, le plasma formé durant le fonctionnement servant de source de particules chargées. Il résulte de cette disposition que, immédiatement après l'inversion de la polarité anode-cathode survenant après l'enclenchement du tube, un courant peut être obtenu avec un bombardement minimal de la cathode par des ions à haute énergie.
L'invention a aussi pour objet un procédé de mise en action du thyratron qui est caractérisé en ce qu'on utilise un circuit de commande qui comprend des moyens pour appliquer un potentiel continu à l'électrode thermionique et à l'électrode de décharge de la cathode et ou de l'anode afin de maintenir un plasma entre celles-ci. des moyens pour appliquer un potentiel de blocage à l'électrode de commande. et des moyens pour permettre à des impulsions d'enclenchement d'être superposées audit potentiel de blocage.
Ainsi. dans le thyratron selon l'invention, au moins l'anode est protégée par un plasma qui est produit par une décharge et qui est capable d'émettre des particules chargées et de neutraliser des particules incidentes chargées. Grâce à cette diminution des collisions entre les particules chargées à haute énergie et l'anode, on réduit considérablement l'endommagement de cette électrode par effet de crépitement.
Dans une forme d'exécution préférée, la cathode peut aussi comprendre des moyens pour former un plasma, moyens qui comprennent une seconde électrode thermionique et au moins une électrode de décharge adjacente. Cette caractéristique évite que la cathode soit soumise à un crépitement bien que celui-ci soit beaucoup moins nocif que pour l'anode. Ce qui est plus important, cette caractéristique permet de prévoir une cathode et une anode construites de la même façon, ce qui simplifie considérablement la fabrication.
De préférence. on peut disposer entre l'électrode de commande et l'anode une ou plusieurs électrodes intermédiaires qui, lors du fonctionnement, sont maintenues à un potentiel intermédiaire entre les potentiels de l'anode et de la cathode, de manière que la tension entre aucune paire d'électrodes adjacentes du tube ne soit suffisante pour provoquer la décharge avant l'enclenchement du tube.
De préférence, la cathode. I'anode et leurs électrodes de décharge associées sont montées sur des plaques terminales correspondantes qui avec un isolateur cylindrique constituent l'enveloppe du tube.
La figure unique du dessin, partiellement en coupe axiale, représente, à titre d'exemple, une forme d'eyécution du thyratron, celui-ci étant représenté dans cette figure avec son circuit de commande.
Dans la description qui suit, les termes anode et cathode sont utilisés pour désigner des électrodes qui au moins avant l'allumage du thyratron sont reliées à des potentiels positifs respectivement négatifs étant entendu que ces deux éléments ne peuvent être distingués constructivement l'un de l'autre de sorte qu'un changement de la polarité du thyratron provoquerait l'inversion des rôles de ces deux électrodes et que ce qui précédemment était l'anode deviendrait la cathode et vice versa.
Le thyratron est, du point de vue constructif, symétrique autour d'un plan central 1-1 perpendiculaire au faisceau d'électrons circulant dans le tyhratron. Le thyratron comprend une enveloppe 10, constituée de plusieurs sections cylindriques, par exemple lOa et lob, qui est remplie d'hydrogéne, ce terme comprenant les isotopes deutérium et tritium. Les sections adjacentes sont séparées l'une de l'autre par des brides annulaires 12 et 14 qui sont reliées à des électrodes ménagées à l'intérieur de l'enveloppe et qui constituent des moyens de contact électrique avec ces électrodes. Chaque section terminale de l'enveloppe 10 est fermée par une plaque terminale 16 portant une anode ou une cathode 18 suivant le cas.
L'anode et la cathode 18 sont montées chacune sur une plateforme 20 supportée par une des plaques terminales 16 de l'enveloppe. La plate-forme 20 inférieure porte une électrode thermionique 22 qui entoure un élément de chauffe 24 et est chauffée par cet élément. L'électrode thermionique 22 est elle-même entourée par un écran thermique 26 qui est au même potentiel que l'électrode 22. Une électrode de décharge 28 est située sur l'axe de l'électrode 22, cette électrode de décharge étant isolée de la cathode et supportée mécaniquement par l'écran thermique 26 à l'aide de tiges non représentées au dessin. Le contact électrique est établi avec l'électrode de décharge 28 par un fil séparé 30 passant à travers la plaque terminale 16.
Une électrode de commande 32 est ménagée au voisinage de l'électrode de décharge 28, cette électrode de commande étant constituée par une bride annulaire 12 qui, comme mentionné plus haut, s'étend à l'extérieur de l'enveloppe, une section cylindrique 34 et une paire de plaques radiales 36 et 38 venues d'une pièce avec la partie cylindrique 34, ceci à son extrémité opposée à la bride annulaire 12. Les plaques 36 et 38 présentent une ouverture circulaire et une capsule cylindrique 40 occupe cette ouverture en étant fixée à la plaque 38 par trois bandes espacées circonférentiellement et qui établissent le contact électrique entre la cap sule 40 et les autres parties de l'électrode de commande. Ainsi l'électrode de commande 32 dans son ensemble comporte deux plaques espacées axialement présentant chacune une ouverture annulaire de diamétre différent.
Cette construction des électrodes a pour effet de diminuer la tendance aux décharges disruptives.
Les électrodes intermédiaires 84 et 90 du thyratron sont semblables à l'électrode de commande sauf que chacune de celles-ci est munie d'une partie cylindrique centrale 42 supportée par trois tiges de support 44 s'étendant radialement entre les parties cylindriques 42 et les sections cylindriques 46 des électrodes. Le but principal des parties cylindriques 42 est d'augmenter le refroidissement des capsules 40 des électrodes intermédiaires.
Chacune des plates-formes 20 porte un réservoir à hydrogène 50 connu des hommes du métier et qui est destiné à fournir de l'hydrogène lorsqu'une tension est appliquée au réservoir. Des conducteurs séparés pour le réservoir d'hydrogène 50 traversent la plaque terminale 16 pour aboutir à l'extérieur de l'enveloppe du thyratron.
En ce qui concerne le circuit d'utilisation du thyratron,
I'anode A et la cathode K peuvent être reliées en série avec n'importe quelle charge que l'on désire commander, par exemple avec un circuit résonnant. Une source de tension 60 de 6,8 volts est reliée entre la cathode et l'élément de chauffe afin de fournir le courant nécessaire, et une source à tension variable 62 est reliée aux réservoirs, ceci aux deux extrémités du thyratron, afin de permettre à la pression du gaz renfermé dans le tube d'être maintenue à la valeur voulue. Une source de tension positive par rapport à la cathode, représentée en + DCI au dessin, est reliée, par une résistance, à l'électrode de décharge 28, cette tension étant suffisante pour maintenir une décharge constante entre l'électrode 28 et la cathode 22, de manière à former un plasma dans l'espace intermédiaire.
Une tension continue de -150 volts est appliquée à l'électrode de commande 32 par l'intermédiaire du secondaire 64 d'un transformateur 63 et d'une résistance 66. La tension de -150 volts agit comme tension de blocage et empêche l'allumage du thyratron. L'extrémité de l'enroulement secondaire 64 du transformateur auquel la tension de - 150 volts est appliquée est reliée à la borne de la cathode par l'intermédiaire d'une capacité de découplage 68, son autre extrémité étant reliée à l'électrode de décharge 28 par l'intermédiaire d'une capacité 70 et d'une résistance 72 montées en série. Le primaire du transformateur peut être relié à un générateur d'impulsions destiné à fournir les impulsions de commande qui, lorsqu'elles sont appliquées, ont pour effet de rendre l'électrode de commande 32 positive relativement à la cathode afin de déclencher le thyratron.
Un diviseur de potentiel comprenant trois résistances 80 de valeur élevée, par exemple de 20 MQ, est branché entre l'anode et la cathode, les prises intermédiaires de ce diviseur de potentiel étant reliées aux électrodes intermédiaires du thyratron. Ainsi, la prise 82 est reliée directement à la bride 12 de l'électrode 84 et, par une résistance 86 et une capacité 88 en parallèle, à l'électrode adjacente 90. N'importe quel nombre de sections renfermant chacune une électrode semblable à l'électrode 84 et une électrode semblable à l'électrode 90 peuvent être prévues, chacune de ces sections comprenant une résistance chuteuse de tension dans le diviseur de potentiel relié entre l'anode et la cathode.
L'effet des électrodes intermédiaires est d'assurer que la tension appliquée entre toute paire d'électrodes adjacentes n'est suffisante pour provoquer une décharge avant le déclenchement du tube.
Du côté de l'extrémité d'anode du thyratron il est prévu une source de tension pour le réservoir et l'élément de chauffe, et ici aussi une tension continue positive (cette fois relativement à l'anode) est appliquée à l'électrode de décharge par une source + DC2. Contrairement à la disposition prévue pour l'extrémité de cathode, il est préférable de relier cette même source d'alimentation continue + DC2, par l'intermédiaire d'une seconde résistance, à l'électrode, ceci du côté de l'extrémité d'anode du tube correspondant à la grille de commande 32.
Le thyratron et son circuit de commande décrits ci-dessus fonctionnent de la façon suivante:
Le segment anode-cathode du thyratron est relié en série avec le circuit à commander qui, dans ce cas, peut être constitué par un circuit oscillant. L'application des tensions continues à l'extrémité d'anode du tube provoque des décharges à l'intérieur de l'anode et de la cathode de sorte que même avant l'allumage des plasmas localisés sont formés à l'intérieur du tube. Toutefois, tout le gaz renfermé dans le tube n'est pas ionisé étant donné la polarisation inverse appliquée à l'électrode de commande 32 par la source de tension des150 volts.
Lorsque l'impulsion de déclenchement est appliquée au primaire du transformateur 63, une impulsion apparaît à l'enroulement secondaire 64, laquelle augmente le potentiel de la grille de commande 32 ainsi que celle de l'électrode de décharge 28 à laquelle elle est appliquée par l'intermédiaire de la capacité 70 et de la résistance 72. La polarisation positive de l'électrode de commande 32 attire maintenant les électrons du plasma, ces électrons venant heurter en cours de route les atomes d'hydrogène en ionisant le gaz et en provoquant la formation de nouvelles particules chargées. Le plasma formé pénètre dans l'espace délimité entre les plaques 36 et 38 de l'électrode de commande et ces électrons sont attirés vers l'électrode adjacente intermédiaire en provoquant une nouvelle ionisation.
Etant donné que le potentiel appliqué à l'électrode intermédiaire est prélevé d'un diviseur à haute impédance, le passage du courant vers l'électrode intermédiaire provoque une diminution du potentiel vers la valeur de celui appliqué à la grille 32. Ainsi un potentiel est appliqué à la capacité 88 et tant que la charge emmagasinée s'écoule à travers la résistance 86, un potentiel d'accélération est appliqué entre les deux électrodes intermédiaires adjacentes reliées à la même prise du diviseur de potentiel de sorte que le plasma est prolongé en direction de l'anode. Ce processus se répète jusqu'à ce que les électrons parviennent à l'anode.
Lorsque l'anode a été atteinte, les électrons sont attirés par le plasma formé par la décharge et un courant est formé dans le circuit extérieur anode-cathode du thyratron, ceci avec un minimum de collisions entre les particules à haute énergie et la structure.
Si le circuit auquel le thyratron est branché est un circuit oscillant, la tension s'inversera ensuite de sorte qu'un potentiel négatif sera appliqué à l'anode et un potentiel positif à la cathode. Etant donné qu'un plasma est toujours présent dans le tube, les ions et les électrons se déplaceront en sens inverse de la direction précédente, les électrons se dirigeant vers ce qui était précédemment la cathode et les ions vers ce qui était précédemment l'anode. Les électrons nécessaires pour alimenter le courant inverse proviennent en premier lieu du plasma formé par la décharge et en second lieu de l'électrode chauffée qui agit comme cathode thermionique, les rôles des électrodes situées aux extrémités du tube étant maintenant inversés.
Si on utilisait une seule électrode chauffée comme anode, cette électrode serait gravement endommagée par les chocs avec les particules à haute énergie. D'autre part, si l'on utilisait une électrode froide, les électrons nécessaires pour le courant inverse ne pourraient provenir que du bombardement par les ions à haute énergie, ce qui de nouveau provoquerait un endommagement permanent. Cette difficulté ne se présente toutefois pas dans le tube décrit dans lequel une anode chauffée fournit suffisamment d'électrons pour alimenter le courant inverse tandis que la présence d'un plasma à cette électrode amortit l'effet des particules incidentes à haute énergie.