FR2468203A1 - ELECTRIC DISCHARGE APPARATUS WITH HOLLOW CATHODE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un appareil à décharge électrique à cathode creuse Une cathode creuse 2 et une anode 4 sont disposées dans une enveloppe 6 sous vide. Un gaz à basse pression est introduit par une source dans l'enveloppe 6 en passant par la cathode creuse 2 et par un orifice, de manière que la pression soit plus élevée dans la cathode que dans l'enveloppe. Un filament chauffant facilite l'émission d'électrons. L'invention s'applique notamment à un appareil générateur d'ions.The invention relates to a hollow cathode electric discharge apparatus. A hollow cathode 2 and an anode 4 are arranged in a casing 6 under vacuum. A low pressure gas is introduced by a source into the casing 6, passing through the hollow cathode 2 and through an orifice, so that the pressure is higher in the cathode than in the casing. A heating filament facilitates the emission of electrons. The invention applies in particular to an ion generator device.
Description
La présente invention concerne un appareil à décharge électrique, et pLusThe present invention relates to an electric discharge apparatus, and more
particulièrement, un appareilparticularly, a device
à décharge à arc comportant une cathode creuse. arc discharge device having a hollow cathode.
Ga cathode creuse d'un appareil à décharge à arc offre une grande longévité et peut produire un courant re- lativement intense entre elle et une anode de sorte qu' elle a été récemment utilisée dans des sources ioniques à haute puissance, des appareils à décharge à laser etc. Cependant, sa configuration ne permet pas facilement The hollow cathode of an arc discharge apparatus has a long service life and can produce a relatively intense current between it and an anode so that it has recently been used in high power ion sources, discharge devices. laser etc. However, its configuration does not allow easy
d'émettre des électrons de sa surface au moment du dé- to emit electrons from its surface at the moment of
clenchement d'une décharge, et une grande puissance élec- triggering a discharge, and a large electrical power
trique est nécessaire pour obtenir une décharge permanente après avoir provoqué une décharge initiale. Pour résoudre ce problème, il est de pratique courante de disposer un filament chauffant dans la cathode creuse et de chauffer préalablement cette cathode en mettant sous tension le This is necessary to obtain a permanent discharge after causing an initial discharge. To solve this problem, it is common practice to arrange a heating filament in the hollow cathode and to heat the cathode beforehand by energizing the cathode.
filament afin que des électrons puissent être émis facile- filament so that electrons can be emitted easily
ment au moment du déclenchement de la décharge. Mais, dans une cathode creuse comportant un filament, il n'est pas facile de chauffer la cathode pour émettre un grand nombre d'électrons thermiques et les ruptures du filament sont fréquentes. En outre, il faut un temps considérable pour que la cathode creuse soit suffisamment chauffée par le when the discharge is triggered. But in a hollow cathode with a filament, it is not easy to heat the cathode to emit a large number of thermal electrons and breaks in the filament are frequent. In addition, it takes a considerable time for the hollow cathode to be sufficiently heated by the
filament de manière à démarrer la décharge. filament so as to start the discharge.
GLinvention a donc pour objet de proposer un ap- GLinvention therefore aims to propose an approach
pareil à décharge à cathode creuse avec lequel la décharge peut être produite facilement et le passage de la déchare initiaLe à la décharge permanente peut être obtenu de such as a hollow-cathode discharge with which the discharge can be produced easily and the passage from the initial decay to the permanent discharge can be obtained from
façon stable et sure.Stable and safe way.
Un appareil à décharge selon L'invention comporte donc une enveloppe sous vide, une anode et une cathode creuse, ces électrodes étant disposées dans L'enveloppe sous vide, un dispositif destiné à alimenter un arc pour maintenir une décharge par arc entre l'anode et La cathode A discharge device according to the invention therefore comprises a vacuum envelope, an anode and a hollow cathode, these electrodes being arranged in the vacuum envelope, a device intended to feed an arc to maintain an arc discharge between the anode. and the cathode
3j creuse, un dispositif destiné à vider l'enveloppe, un dis- 3j hollow, a device intended to empty the envelope, a
positif destiné à introduire un gaz à basse pression dans l'enveloppe par la cathode creuse, un dispositif destiné à restreindre le passage du gaz à basse pression introduit dans l'enveloppe par la cathode creuse afin de màntenir positive for introducing a gas at low pressure into the casing by the hollow cathode, a device for restricting the passage of low pressure gas introduced into the casing by the hollow cathode in order to maintain
une pie ssion dans la cathode creuse supérieure à la pres- a pie ssion in the hollow cathode greater than the pres-
sion dans l'enveloppe et un dispositif destiné à produire une décharge dans la cathode creuse. in the casing and a device for producing a discharge in the hollow cathode.
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- Other features and advantages of the invention
tion seront mieux compris à la lecture de la description will be better understood by reading the description
qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation d'un appareil à décharge à cathode creuse selon l'invention, la figure 2 représente schématiquement un autre mode de réalisation d'un appareil à décharge à cathode creuse selon l'invention, which will follow several examples of embodiment and with reference to the accompanying drawings in which: Figure 1 schematically shows an embodiment of a hollow cathode discharge apparatus according to the invention, Figure 2 schematically shows another embodiment of production of a hollow cathode discharge device according to the invention,
la figure 3 illustre un autre exemple de l'élec- Figure 3 illustrates another example of electricity
trode 30 du mode de réalisation de La figure 2, la figure 4 représente schématiquement un autre mode encore de réalisation d'un appareil à décharge à cathode creuse selon L'invention, la figure 5 représente schématiquement un autre mode de réalisation d'un appareil à décharge à cathode creuse selon l'invention, et la figure 6 est une représentation schématique partielle d'une modification des modes de réalisation FIG. 4 diagrammatically shows another embodiment of a hollow cathode discharge apparatus according to the invention, FIG. 5 schematically represents another embodiment of a device. hollow-cathode discharge device according to the invention, and FIG. 6 is a partial schematic representation of a modification of the embodiments
des figures 4 et 5.Figures 4 and 5.
Ta figure 1 représente donc schématiquement un Your figure 1 represents schematically a
mode de réalisation d'un appareil à décharge selon l'in- embodiment of a discharge apparatus according to the
ven3tion, destiné à constituer une source de production el'ions. Comme le montre la figure, une cathode creuse 2 vention, intended to constitute a source of production. As shown in the figure, a hollow cathode 2
et une anode cylindrique 4 sont disposées dans une enve- and a cylindrical anode 4 are arranged in a housing.
Joppe Ad sous vide, vidée par une pompe S. Une extrémité ouverte de la cathode creuse 2 estfermée par un disque 10 Joppe Ad under vacuum, emptied by a pump S. An open end of the hollow cathode 2 is closed by a disc 10
percé d'un orifice 12 et un gaz, par exemple de l'hydro- pierced with an orifice 12 and a gas, for example hydro-
rène, sous une pression de quelques tores, est fourni par une source de gaz 7 à l.a cathode creuse 2 et il passe rene, under a pressure of a few tori, is provided by a gas source 7 to the hollow cathode 2 and passes
par l'orifice 12 vers L'enveLoppe sous vide u. La pres- through port 12 to the Vacuum Envelope u. The pressure
sion du gaz dans la cathode creuse 2 est maintenue supé- the gas in the hollow cathode 2 is kept above
rieure à la pression dans l'enveloppe sous vide 6. Par exemple, la pression du gaz dans la cathode creuse 2 est -1 maintenue entre 1 - et 10 torr- et-la pression du gaz less than the pressure in the vacuum envelope 6. For example, the gas pressure in the hollow cathode 2 is -1 between 1 and 10 Torr and the pressure of the gas
dans l'enveloppe 6 est maintenue entre 10-2 et 10-4 torr. in the casing 6 is maintained between 10-2 and 10-4 Torr.
La cathode creuse 2 est faite d'un métal réfractaire, par exemple en tungstène, en tantale ou en molybdène et elle comporte sur sa surface intérieure un émetteur d'électrons d'une matière à faible fonction de travail, par exemple LaO ou Lals b. Une source d'alimentation d'arc 14 pour la The hollow cathode 2 is made of a refractory metal, for example tungsten, tantalum or molybdenum and it has on its inner surface an electron emitter of a low work function material, for example LaO or Lals b . An arc power source 14 for the
décharge, un commutateur d'alimentation 15 et une résis- discharge, a power switch 15 and a resistor
tance lu destinée à limiter le courant de décharge entre l'anode 4 et la cathode creuse 2 sont connectés en série entre l'anode cylindrique 4 et la cathode creuse 2. D'une façon générale, une tension suffisamment inférieure à la tension de décharge déterminée par la loi de Paschen est appliquée au moment du déclenchement de la décharge entre The leakage current intended to limit the discharge current between the anode 4 and the hollow cathode 2 is connected in series between the cylindrical anode 4 and the hollow cathode 2. In general, a voltage sufficiently lower than the discharge voltage determined by Paschen's Law is applied at the moment of the triggering of the discharge between
la cathode creuse 2 et l'anode 4 par la source d'alimen- the hollow cathode 2 and the anode 4 by the power source
tation 14, par le commutateur 15 qui est fermé à ce mom- tion 14, by the switch 15 which is closed at this time
ment. Selon l'invention, la cathode creuse 2 contient un dispositif l'amor, a de de décharge qui produit un grand is lying. According to the invention, the hollow cathode 2 contains a device amor, a de discharge which produces a large
nombre d'électrons produisant une décharge entre la catho- number of electrons producing a discharge between the catheter
de et l'anode. La raison d'être de ce dispositif est la suivante. Selon la loi de Paschen, la tension nécessaire pour provoquer une décharge est d'autant plus basse que la pression du gaz dans lequel la décharge doit se faire of and anode. The purpose of this device is as follows. According to the law of Paschen, the voltage required to cause a discharge is even lower than the pressure of the gas in which the discharge must be made
est plus éLevée, et qui est inférieure à une valeur pré- is higher, and is less than a pre-
déterminée. Etant donné que la pression du gaz dans la ca- determined. Since the pressure of the gas in the
thode creuse 2 est maintenue au-dessus de la pression dans hollow thode 2 is kept above the pressure in
le volume entre la cathode creuse et l'anode 4 par l'ori- the volume between the hollow cathode and the anode 4 by the ori-
fice 12, la tension élevée nécessaire pour provoquer la décharge dans la cathode 2 est plus basse. Autrement dit, fice 12, the high voltage necessary to cause the discharge in the cathode 2 is lower. In other words,
une décharge intérieure peut être provoquée dans la ca- an internal discharge may be caused in the
thode creuse 2 sans nécessiter une tension très élevée. hollow thode 2 without requiring a very high voltage.
La d6lcharoe intérieure provoquée dans la cathode creuse 2 produit un plasma qui diffuse dans l'enveloppe 6 et qui entraine une décharge entre la cathode creuse 2 et l'anode 4. Dans le mode de réalisation de la figure 1, ce The internal detachment caused in the hollow cathode 2 produces a plasma which diffuses into the envelope 6 and which causes a discharge between the hollow cathode 2 and the anode 4. In the embodiment of FIG.
dispositif d'amorçage de décharge consiste en un fila- discharge priming device consists of a filament
mnent chauffant lP,. Ce filament l1 est connecté entre deux tiffes 20 et 22 qui sont isolées électriquement de la cathode 2 et qui sortent à l'extérieur. Une source d'alimentation 24 qui fournit un courant de chauffage au filament L est connectée entre les deux tipes 20 et heat. This filament 11 is connected between two tiffees 20 and 22 which are electrically insulated from the cathode 2 and which exit to the outside. A power source 24 which supplies a heating current to the filament L is connected between the two tipes 20 and
22. L'une des tiges 20, 22 est connectée par un commu- 22. One of the rods 20, 22 is connected by a
tateur d'allumage 2(; à la borne de polarité négative de ignition coil 2 (at the negative polarity terminal of
la source d'allumage 2P et la cathode creuse 2 est con- the ignition source 2P and the hollow cathode 2 is
nectée à la borne de polarité positive de cette source 29. connected to the positive polarity terminal of this source 29.
Dans ce mode de réalisation, le courant de chauf- In this embodiment, the heating current
fage est fourni par la source de chauffage 24 au fila- fage is supplied by the heating source 24 to the filament
ment 1R et la surface intérieure de la cathode creuse 2 est chauffée par le filament 18 de manière à émettre facilement des électrons. Quand le commutateur 2( est 1R and the inner surface of the hollow cathode 2 is heated by the filament 18 so as to easily emit electrons. When switch 2 (is
fermé sans qu'aucun gaz ne soit introduit dans la ca- closed without any gas being introduced into the
thode creuse 2, le filament 12 émet des électrons. Ces é]ectrons bombardent la surface intérieure de la cathode creuse 2 et l'échauffentdonc. La puissance de la source hollow electrode 2, the filament 12 emits electrons. These electrons bombard the inner surface of the hollow cathode 2 and thus heat it. The power of the source
de chauffage 24 peut donc être relativement réduite. heating 24 can be relatively reduced.
lorsque la source de gaz 7 fournit un gaz à la cathode creuse 2, avec le commutateur 26 maintenu fermé, un arc de décharge s'amorce entre la cathode creuse 2 et le filament 19. Le plasma qui se produit dans la cathode 2 diffuse vers l'anode 4 en passant par l'orifice 12' Il en résuLte qu'un arc de décharge est déclenché à coup sur entre la cathode creuse 2 et l'anode 4, avec le commutateur 26 maintenu fermé, si la tension de la when the gas source 7 supplies a gas to the hollow cathode 2, with the switch 26 kept closed, a discharge arc is initiated between the hollow cathode 2 and the filament 19. The plasma which occurs in the cathode 2 diffuses towards the the anode 4 passing through the orifice 12 'It follows that a discharge arc is triggered suddenly on between the hollow cathode 2 and the anode 4, with the switch 26 kept closed, if the voltage of the
source 14 d'talimentation d'arc est inférieure à la ten- arc generation source 14 is less than the
sion de rupture déterminée par la pression du gaz entre breaking pressure determined by the pressure of the gas between
l'anode 4 et le disque 10.the anode 4 and the disc 10.
Lorsqu'elle est déclenchée entre la cathode creuse 2 et l'anode 4, la décharge se maintient mmne When triggered between the hollow cathode 2 and the anode 4, the discharge is maintained
s:. le commutateur 2;, est ouvert. Pour que le déclenche- s :. switch 2 ;, is open. For the trigger
ment d'un arc de décharge soit plus sur, la pression du ag;z dans la cathode creuse 2 peut ttre élevée par introduction d'un gaz dans cette cathode, le débit du gaz au démarrage étant supérieur au débit pendant les In addition, the pressure of the ag: z in the hollow cathode 2 can be raised by introducing a gas into the cathode, the flow rate of the starting gas being greater than the flow rate during the
autres périodes.other periods.
Par ailleurs, si le bombardement par les électrons n'est pas effectué sur la cathode creuse 2 et si la Moreover, if the electron bombardment is not performed on the hollow cathode 2 and if the
source d'amorçage 28 est utilisée uniquement pour dé- ignition source 28 is used only for
clencher un arc, les polarités de la source d'amorçage snap an arc, the polarities of the source of initiation
28 peuvent tre inversées par rapport à celles représen- 28 can be reversed from those
tées sur la figure 1.shown in Figure 1.
o10 La figure 2 illustre un autre mode de réalisation Figure 2 illustrates another embodiment
d'un appareil à décharge selon l'invention qui sera main- of a discharge device according to the invention which will be
tenant décrit. Dans Le mode de réalisation de la figure 2, holding described. In the embodiment of Figure 2,
une électrode 30 en forme de disque est disposée à l'in- a disc-shaped electrode 30 is disposed at the in-
térieur de la cathode creuse 2 au lieu du filament chauf- inside the hollow cathode 2 instead of the hot filament
fant 18 du mode de réalisation de la figure 1. Contraire- 18 of the embodiment of FIG.
ment au précédent mode de réalisation, dans le présent with the previous embodiment, in the present
cas, la cathode creuse 2 est connectée à la borne de pola- In this case, the hollow cathode 2 is connected to the polarity terminal.
rité négative de la source d'anorçare 28 tandis que l'élec- the source of anoracare 28 while electricity
trode 30 en forme de disque est connectée par une tige 32 qui la supporte et le commutateur d'amorçage 26 à la borne 30 disk-shaped trode is connected by a rod 32 which supports it and the ignition switch 26 to the terminal
de polarité positive de la source 28. Dans ce mode de réa- positive polarity of the source 28. In this mode of
lisation, quand le commutateur 26 est fermé, une tension d'amorçage de décharge est appliquée entre la surface in térieure de la cathode creuse 2 et la surface intérieure When the switch 26 is closed, a discharge initiation voltage is applied between the inner surface of the hollow cathode 2 and the inner surface.
de l'électrode 30 en forme de disque, par la source d'amor- of the disk-shaped electrode 30, by the source of amorphous
çaFe 28 pour provoquer une décharge, c'est-à-dire pour provoquer l'émission d'électrons par la surface intérieure de la cathode creuse 2, ces électrons se dirigeant vers it causes 28 to cause a discharge, that is to say to cause the emission of electrons by the inner surface of the hollow cathode 2, these electrons moving towards
l'électrode 30 qui est maintenue à un potentiel positif. the electrode 30 which is maintained at a positive potential.
Cette décharge dans la cathode creuse 2 est provoquée par une tension inférieure à celle qui est appliquée entre l'anode 4 et la cathode creuse 2, selon la loi de Pasohen déjà mentionnée. De l'hydroeène est introduit dans la cathode creuse 2. Quand la pression du gaz dans la cathode This discharge in the hollow cathode 2 is caused by a lower voltage than that applied between the anode 4 and the hollow cathode 2, according to the Pasohen law already mentioned. Hydrogen is introduced into the hollow cathode 2. When the gas pressure in the cathode
2 atteint une valeur de l'ordre de O10 toir, une dé- 2 reaches a value of the order of O10 to
charge par effluve se produit dans la cathode entre l'éLectrode 3Oet les surfaces intérieures de la cathode 2 et du disque 10. Il en résulte qu'un plasma est produit dans la cathode creuse 2. La surface intérieure de la cathode 2 et la surface intérieure du disque O10 sont Effluent charge occurs in the cathode between the electrode 3O and the inner surfaces of the cathode 2 and the disc 10. As a result, plasma is produced in the hollow cathode 2. The inner surface of the cathode 2 and the surface inside the O10 disk are
fortement chauffées par le bombardement ionique, suffi- strongly heated by ion bombardment, suffi-
samment pour émettre des électrons. Quand le plasma de- to emit electrons. When the plasma
vient suffisamment dense, il diffuse vers l'anode 4 par l'orifice 12 de sorte qu'une décharge par arc se produit entre la cathode creuse 2 et l'anode 4. Quand la décharge entre la cathode 2 et l'anode 4 est stabilisée, elle ne s'interrompt plus même si le commutateur 20 est ensuite is sufficiently dense, it diffuses to the anode 4 through the orifice 12 so that an arc discharge occurs between the hollow cathode 2 and the anode 4. When the discharge between the cathode 2 and the anode 4 is stabilized, it does not stop even if the switch 20 is then
ouvert.open.
Le disque 30 du mode de réalisation de la figure 2 peut ttre remplacé par un cylindre 33 représenté sur la figure 3 ou par une pièce de forme différente. En outre, pour faciliter l'émission des électrons par la cathode creuse 2, c'est-à-dire pour faciliter la décharge entre le disque 30 ou le cylindre 33 et la cathode creuse 2, un émetteur électronique de faible fonction de travail, par exemple contenant de l'oxyde de baryum, peut recouvrir la The disk 30 of the embodiment of FIG. 2 can be replaced by a cylinder 33 shown in FIG. 3 or by a piece of different shape. In addition, to facilitate the emission of electrons by the hollow cathode 2, that is to say to facilitate the discharge between the disk 30 or the cylinder 33 and the hollow cathode 2, an electronic transmitter of low work function, for example containing barium oxide, may cover the
surface intérieure de la cathode creuse 2. inner surface of the hollow cathode 2.
res figures4,5 et 6 illustrent d'autres modes de réalisation. Dans ces modes de réalisation, le disque 10 Figures 4,5 and 6 illustrate other embodiments. In these embodiments, the disk 10
comportent l'orifice 12, est réalisé en un métal conduc- comprise the orifice 12, is made of a conductive metal
teur et il est monté sur une extrémité ouverte de la ca- and is mounted on an open end of the
thode creuse 2 par l'intermédiaire d'une bague isolante hollow thode 2 via an insulating ring
34 d'une matière susceptible de résister aux hautes tem- 34 of a material likely to withstand the high tempera-
pératures, par exemple ennitrure de bore BN. Pour éviter la dissipation de chaleur depuis la cathode creuse 2 vers l'extérieur, cette cathode est placée dans un carter 36 temperatures, for example boron boron nitride. To prevent the heat dissipation from the hollow cathode 2 outwards, this cathode is placed in a housing 36
d'isolement thermique, en en étant isoléeélectriquement. thermal insulation, by being electrically insulated.
Ie carter 36 d'isolementthermique est réalisé en un métal conducteur de l'électricité et il est connecté au disque 10. De préférence, un fiLament chauffant 38 destiné à The thermal insulation casing 36 is made of an electrically conductive metal and is connected to the disk 10. Preferably, a heating filament 38 for
chauffer 1.lacathode 2 est disposé sur la périphérie exté- 1. The cathode 2 is located on the outer periphery.
rieure dc cette dernière. En outre, dans Le mode de réa- of the latter. In addition, in The mode of
Lisation rle la firure 4, La cathode creuse 2 est faite d'une matière émettant des électrons susceptible d'émettre Lisation rle the firure 4, the hollow cathode 2 is made of a material emitting electrons likely to emit
facilement des électrons. Deux tiges 21 et 23 d'alimenta- easily electrons. Two rods 21 and 23 of food
tion reliées au filament 38 et sortant du carter 36 vers connected to the filament 38 and coming out of the housing 36 towards
l'extérieur, sont connectées à la source de chauffage 24. outside, are connected to the heating source 24.
La cathode creuse 2 est supportée par une bague 41 fixée sur un cylindre 42 en métaL conducteur dans le carter-3o en en étant isolée, et elle est connectée électriquement The hollow cathode 2 is supported by a ring 41 attached to a conductive metal cylinder 42 in the housing 30, isolated therefrom, and is electrically connected.
par la bague support 41 et un cylindre 42 en métal conduc- by the support ring 41 and a cylinder 42 of conductive metal
teur à la borne de polarité négative de la source d'amor- to the negative polarity terminal of the source of amor-
çage 28 ainsi qu'à la borne de polarité négative de la source 14 d'alimentation d'alrc. Le carter 3o est connecté par une résistance 44 et un commutateur d'amorçage 20 à 28 and the negative polarity terminal of the supply source 14 of alrc. The housing 30 is connected by a resistor 44 and a boot switch 20 to
La borne de polarité positive de la source d'amorçage 28. The positive polarity terminal of the ignition source 28.
ie carter 30 comporte un tube d'arrivée de gaz destiné à introduire du gaz à basse pression dans la cathode creuse 2. Dans le mode de réalisation de la figure 5, l'électrode en disque 46 est disposée dans la cathode creuse 2 et elle the casing 30 comprises a gas inlet tube for introducing low pressure gas into the hollow cathode 2. In the embodiment of FIG. 5, the disk electrode 46 is disposed in the hollow cathode 2 and
est connectée par une tige 45 qui la supporte et une ré- is connected by a rod 45 which supports it and a
sistance 4R aux bornes de polarité négative des sources 2R et 14 d'amorçare et d'alimentation d'arc. De préférence, une couche 47 d'émission d'électrons est prévue sur la surface de l'électrode en disque 46. Il est possible de 4R resistance to negative polarity terminals of 2R and 14 priming and arc feed sources. Preferably, an electron emission layer 47 is provided on the surface of the disk electrode 46. It is possible to
remplacer l'électrode 40 du mode de réalisation de la fi- replace the electrode 40 of the embodiment of the
rure 5 par une électrode d'une autre forme. Dans ce mode de réalisation, contrairement à celui de la figure 4, l'électrode 46 peut être positionnée par rapport au disque 10 et être ainsi située dans une position prédéterminée, dans laquelle la tension d'amorçage de décharge déterminée par la Loi de Pasohen est minimale. La cathode creuse 2 peut 9tre faite d'une matière émettant des électrons comme 5 by an electrode of another form. In this embodiment, contrary to that of FIG. 4, the electrode 46 can be positioned relative to the disk 10 and thus be located in a predetermined position, in which the discharge initiation voltage determined by Pasohen's Law. is minimal. The hollow cathode 2 may be made of a material emitting electrons as
dans le mode de réalisation de la figure 4. in the embodiment of Figure 4.
Dans les modes de réalisation des figures 4 et 5, la décharge est provoquée entre le disque 10 et la cathode creuse 2 ou l'électrode 46 et peut être convertie avec sécurité en une décharge entre la cathode creuse 2 et l'anode 4. PLus particulièrement, La cathode creuse 2 est chauffée par le filament 38 qui La fait passer dans un état susceptible d'émettre facilement des électrons et, In the embodiments of Figures 4 and 5, the discharge is caused between the disk 10 and the hollow cathode 2 or the electrode 46 and can safely be converted into a discharge between the hollow cathode 2 and the anode 4. More In particular, the hollow cathode 2 is heated by the filament 38 which makes it pass into a state capable of easily emitting electrons and,
par la fermeture ultérieure du commutateur 2o, une déchar- by the subsequent closing of the switch 20, a discharge
ge peut être facilement provoquée entre le disque 10 et la cathode creuse 2 ou l'éLectrode 40. Cette décharge produit un plasma dans l'électrode creuse 2 qui en chauffe La surface intérieure. Quand le commutateur 15 est fermé une haute tension est appLiquée entre la cathode creuse 2 et l'anode 4 et une décharge par arc est produite entre It can be easily caused between the disk 10 and the hollow cathode 2 or the electrode 40. This discharge produces a plasma in the hollow electrode 2 which heats the inner surface. When the switch 15 is closed a high voltage is applied between the hollow cathode 2 and the anode 4 and an arc discharge is produced between
ces électrodes et se stabilise.these electrodes and stabilizes.
La figure 6 illustre une variante de l'appareil à décharge selon l'invention, qui ne diffère des modes de réaLisation des figures 4 et 5 que par le fait qu'un second orifice 49 est prévu. Le second orifice 49 est un trou percé dans l'isolant 34 situé entre'une-extrémité de La cathode creuse 2 et Le disque 10 conducteur de FIG. 6 illustrates a variant of the discharge apparatus according to the invention, which differs from the embodiments of FIGS. 4 and 5 only in that a second orifice 49 is provided. The second orifice 49 is a hole drilled in the insulator 34 located between one end of the hollow cathode 2 and the conductive disk 10.
l'électricité. L'isolant 341 est fait d'une matière résis- electricity. Insulation 341 is made of durable material
tant aux hautes températures, par exemple A1 203 ou iiN. both at high temperatures, for example A1 203 or iiN.
En raison des deux orifices 12 et 49, la résistance au gaz qui passe dans la cathode creuse 2 et l'enveloppe vers la pompe R augmente, ce qui augmente la pression du gaz dans la cathode creuse 2 mêrme si un gaz lui est fourni avec le m9me débit. En outre, étant donné que Because of the two orifices 12 and 49, the resistance to the gas that passes through the hollow cathode 2 and the envelope towards the pump R increases, which increases the pressure of the gas in the hollow cathode 2, even if a gas is supplied to it with the same flow. In addition, since
l'orifice 49 est délimité par l'isolant 34, le champ élec- the orifice 49 is delimited by the insulator 34, the elec-
trique produit par Le disque 10 peut pénétrer facilement dans la cathode creuse 2 par l'isolant 34. Cela facilite The disk 10 can penetrate easily into the hollow cathode 2 through the insulator 34. This facilitates
l'amorçage d'un arc de décharge.priming a discharge arc.
Dans tous les modes de réalisation des figures 1 In all the embodiments of FIGS.
à 6, l'arc de décharge peut déclenché plus facile- at 6, the discharge arc can trigger easier-
ment et plus surement si un gaz est fourni par la source à la cathode creuse avec un débit plus élevé au début de l'écoulement, puis avec un débit plus bas lorsqu'une and more surely if a gas is supplied from the source to the hollow cathode with a higher flow at the beginning of the flow, then with a lower flow when a
décharge stable est maintenue.stable discharge is maintained.
e gaz fourni par la source de gaz n'est pas limité à L'hydroene. D'autres gaz, par exemple des g.az The gas supplied by the gas source is not limited to hydroene. Other gases, for example g.az
rares et des vapeurs métalliques peuvent aussi convenir. rare and metallic vapors may also be suitable.
Comme ceLa a été expliqué ci-dessus, et selon L'invention, une décharge est d'abord provoquée dans la cathode creuse dans laquelLe cette décharge peut être facilement provoquée, puis la décharge est déclenchée entre la cathode creuse et l'anode. Il est ainsi possible d'obtenir des décharges permanentes avec sécurité As has been explained above, and according to the invention, a discharge is first caused in the hollow cathode in which this discharge can be easily caused, and then the discharge is initiated between the hollow cathode and the anode. It is thus possible to obtain permanent discharges with safety
sans imposer une grande puissance au moment du démarrage. without imposing a great power at the start.
bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux modes de réalisation décrits et illustrés à titre d'exemples nullement limita- Of course, various modifications may be made by those skilled in the art to the embodiments described and illustrated by way of non-limiting examples.
tifs sans sortir du cadre de L'invention. without departing from the scope of the invention.
IEVENDI CATIONSIEVENDI CATIONS
1 - Appareil à décharge électrique, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe sous vide (o), une 1 - Apparatus for electric discharge, characterized in that it comprises a vacuum envelope (o), a
anode (4) et une cathode creuse (2) disposées dans la- anode (4) and a hollow cathode (2) arranged in the
dite enveloppe sous vide, uln dispositif (14) destiné à fournir une tension d'arc pour maintenir une décharpe par arc entre ladite anode et ladite cathode creuse, un dispositif (R) pour mettre ladite enveloppe sous vide, said vacuum envelope, uln device (14) for providing an arc voltage for maintaining an arc discharge between said anode and said hollow cathode, a device (R) for putting said envelope under vacuum,
un dispositif (7) destiné à fournir du Faz à basse pres- a device (7) for supplying low-pressure Faz
sion dans Ladite enveloppe en passant par ladite cathode in said envelope passing through said cathode
LO creuse, un dispositif (12) destiné à restreindre le pas- LO hollow, a device (12) intended to restrict the step
sape du -az à basse pression de ladite cathode creuse vers Ladite enveloppe de manière à maintenir la pression du gaz dans ladite cathode creuse plus élevée que la pression du paz dans ladite enveloppe, et un dispositif destiné à provoquer une décharpe dans ladite cathode creuse. saps the low-pressure gas from said hollow cathode to said shell so as to maintain the gas pressure in said hollow cathode higher than the gas pressure in said shell, and a device for discharging said hollow cathode.
2 - Appareil selon la revendication 1, caractéri- 2 - Apparatus according to claim 1, characterized
sé en ce que le dispositif fournissant du gaz délivre le raz avec un débit plus élevé au début de sa fourniture, puis ensuite avec un débit faible pendant une décharge in that the gas supplying device delivers the raz with a higher flow rate at the beginning of its supply, and then with a low flow rate during a discharge.
stable.stable.
3 - Appareil selon la revendication 1, caractéri- 3 - Apparatus according to claim 1, characterized
sé en ce que Ledit dispositif produisant une décharpe comporte un filament chauffant (12) dans ladite cathode creuse et isolé de cette cathode, un dispositif (24) qui in that said device producing an unloading comprises a heating filament (12) in said hollow cathode and isolated from this cathode, a device (24) which
fournit un courant de chauffage audit filament et un dis- supplies a heating current to said filament and a
positif (2R) qui fournit une tension d'amorçae entre la- positive (2R) which provides a starting voltage between
dite cathode creuse et ledit filament pour produire une said hollow cathode and said filament to produce a
décharge entre ladite cathode creuse et ledit filament. discharge between said hollow cathode and said filament.
4 - Appareil selon la revendication 3, caractéri- 4 - Apparatus according to claim 3, characterized
sé en ce que ledit dispositif (2Xq) fournissant une ten- in that said device (2Xq) providing a voltage
sion d'asinorça.e applique une tension positive à ladite asinorça.e applies a positive voltage to the said
cathode creuse.hollow cathode.
- Appareil selon la revendication 1, caractéri- 3 s en ce que ledit dispositif produisant une décharre Apparatus according to claim 1, characterized in that said device producing an unloader
comnporte une électrode (30, 33) disposée dans ladite ca- comprises an electrode (30, 33) disposed in said housing
thode creuse et un dispositif (28) qui applique une hollow electrode and a device (28) which applies a
tension d'amorçape entre ladite électrode et ladite ca- boot voltage between said electrode and said capacitor
thode creuse pour provoquer une décharge entre ladite hollow thode to cause a discharge between said
électrode et ladite cathode creuse. electrode and said hollow cathode.
b - Appareil selon la revendication 5, caractérisé b - Apparatus according to claim 5, characterized
en ce que ladite électrode (30) a la forme d'un disque. in that said electrode (30) is in the form of a disc.
7 - Appareil selon la revendication 5, caractérisé 7 - Apparatus according to claim 5, characterized
en ce que ladite électrode (33) a la forme d'un cylindre. in that said electrode (33) is in the form of a cylinder.
P - Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que Ledit dispositif (29) qui fournit une tension P - Apparatus according to claim 5, characterized in that said device (29) which provides a voltage
d'amorçàpae applique une tension positive à ladite élec- priming applies a positive voltage to the said elec-
trode. 9 - Appareil selon La revendication 1, caractérisé trode. 9 - Apparatus according to claim 1, characterized
# en ce que ladite cathode creuse (2) est faite d'une ma- in that said hollow cathode (2) is made of a
L5 tière qui émet des électrons.Which emits electrons.
- Appareil selon ta revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif qui restreint le passage du gaz consiste en une plaque conductrice(lO) placée sur une extrémité ouverte de ladite cathode creuse et comportant un orifice (12), ledit dispositif produisant une décharge comportant un dispositif (28) qui délivre une tension d'amorçage appliquée entre ladite plaque conductrice et - Apparatus according to claim 1, characterized in that said device which restricts the passage of gas consists of a conductive plate (10) placed on an open end of said hollow cathode and having an orifice (12), said device producing a discharge comprising a device (28) which provides a firing voltage applied between said conductive plate and
la surface intérieure de ladite cathode creuse pour pro- the inner surface of said hollow cathode for
voquer une décharge entre ladite plaque conductrice et la- void a discharge between said conductive plate and the
dite cathode creuse.said hollow cathode.
11 - Appareil selon la revendication 10, caractéri- 11 - Apparatus according to claim 10, characterized
sé en ce que ladite cathode creuse (2) est faite d'une ma- in that said hollow cathode (2) is made of a
tière qui émet des électrons.which emits electrons.
12 - Appareil selon La revendication 10, caractérisé en ce que ledit dispositif (2R) qui produit une tension d'amorçage applique une tension positive à ladite plaque 12 - Apparatus according to claim 10, characterized in that said device (2R) which produces a starting voltage applies a positive voltage to said plate
conductrice (îO).conductive (10).
13 - Appareil selon la revendication 1, caractéri- 13 - Apparatus according to claim 1, characterized
sé en ce qu'il comporte en outre un écran thermiqoe (38) sur la surface extérieure de ladite cathode creuse afin in that it further comprises a heat shield (38) on the outer surface of said hollow cathode so
de réduire au minimum la dissipation de chaleur par la- to minimize heat dissipation through
dite cathode creuse.said hollow cathode.
14 - Appareil selon la revendication 10, caractéri- 14 - Apparatus according to claim 10, characterized
sé en ce qu'il comporte en outre un filament chauffant (3T) sur la périphérie extérieure de ladite cathode creuse pour La chauffer, et un dispositif (24) qui fournit un courant de chauffage audit filament. Appareil selon La revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif qui restreint le passage dudit Faz consiste en une plaque conductrice (10) placée sur une extrémité ouverte de ladite cathode creuse et comportant un orifice (12) ledit dispositif produisant une déchar.ge comportant une électrode(30, 33) disposée à l'intérieur de ladite cathode creuse et un dispositif (2R) qui fournit une tension d'amorçage entre ladite plaque conductrice et ladite électrode pour produire une décharge entre ladite in that it further comprises a heating filament (3T) on the outer periphery of said hollow cathode for heating it, and a device (24) which supplies a heating current to said filament. Apparatus according to claim 1, characterized in that said device which restricts the passage of said Faz consists of a conductive plate (10) placed on an open end of said hollow cathode and having an orifice (12) said device producing a discharge comprising an electrode (30, 33) disposed within said hollow cathode and a device (2R) which provides a firing voltage between said conductive plate and said electrode to produce a discharge between said
plaque conductrice et ladite électrode. conductive plate and said electrode.
16 - Appareil selon la revendication 15, caractéri- 16 - Apparatus according to claim 15, characterized
sé en ce que ladite électrode (30, 33) porte une couche in that said electrode (30, 33) carries a layer
émettrice d'électrons sur sa surface. emitting electrons on its surface.
17 - Appareil selon la revendication 15, caracté- 17 - Apparatus according to claim 15, characterized
sé en ce que Ledit dispositif (2S) fournissant une tension d'amorçage applique une tension positive à ladite plaque characterized in that said device (2S) providing a starting voltage applies a positive voltage to said plate
cond uctrice.driver.
19 - Appareil selon la revendication 15, caracté- Apparatus according to claim 15, characterized
risé en ce qu'il comporte un écran thermique (3o) à la pé- in that it comprises a heat shield (3o) at the
ripliérie extérieure de ladite cathode creuse (2) pour ré- outer section of said hollow cathode (2) to re-
duire au minimum la dissipation thermique de ladite catho- at least the heat dissipation of the cathode
de creuse.of hollow.
L9 - Appareil selon la revendication 15, caracté- L9 - Apparatus according to claim 15, characterized
risé en ce qu'il comporte en outre un filament chauffant (3s) sur la périphérie intérieure de ladite cathode creuse (2) pour la chauiffer, et un dispositif (24) fournissant in that it further comprises a heating filament (3s) on the inner periphery of said hollow cathode (2) for the heater, and a device (24) providing
un courant de chauffage audit filament chauffant. a heating current to said heating filament.
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