FR2480496A1 - CATHODE FOR ELECTRONIC TUBES COMPRISING TWO HOLLOW BODIES - Google Patents
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Abstract
LA CATHODE PRESENTE DEUX CORPS CREUX 1, 2 EN GRAPHITE PYROLYTIQUE, QUI SONT DISPOSES CONCENTRIQUEMENT L'UN PAR RAPPORT A L'AUTRE. LE CORPS CREUX EXTERIEUR SERT DE SUPPORT AU MATERIAU EMISSIF. LES DEUX CORPS CREUX SONT RELIES ENTRE EUX PAR LEUR EXTREMITE (SUPERIEURE) PAR VOIE GALVANIQUE ET LEUR EXTREMITE (INFERIEURE) EST MUNIE DE CONNEXIONS DE CONTACT 4 POUR UN CHAUFFAGE ELECTRIQUE. DE PREFERENCE, LES DEUX CORPS CREUX SONT SOUS FORME DE CYLINDRES CREUX COAXIAUX. LA CATHODE CONFORME A L'INVENTION AGRANDIT LA GAMME D'APPLICATION DES TUBES ELECTRONIQUES QUI EN SONT EQUIPES JUSQU'A LA GAMME DES TRES HAUTES FREQUENCES. APPLICATION: AUX TUBES ELECTRONIQUES.THE CATHODE PRESENTS TWO HOLLOW BODIES 1, 2 IN PYROLYTIC GRAPHITE, WHICH ARE ARRANGED CONCENTRICALLY WITH RESPECT TO THE OTHER. THE EXTERIOR HOLLOW BODY SERVES AS A SUPPORT FOR THE EMISSION MATERIAL. THE TWO HOLLOW BODIES ARE CONNECTED TO EACH OTHER THROUGH THEIR (UPPER) END BY GALVANIC TRACK AND THEIR (LOWER) END IS EQUIPPED WITH CONTACT CONNECTIONS 4 FOR ELECTRIC HEATING. PREFERREDLY, THE TWO HOLLOW BODIES ARE IN THE FORM OF COAXIAL HOLLOW CYLINDERS. THE CATHODE CONFORMING TO THE INVENTION EXTENDS THE RANGE OF APPLICATION OF THE ELECTRONIC TUBES WHICH ARE EQUIPPED WITH IT UP TO THE RANGE OF VERY HIGH FREQUENCIES. APPLICATION: TO ELECTRONIC TUBES.
Description
"Cathode pour tube électroniques.""Cathode for electronic tubes."
L'invention concerne une cathode pour un tube électroni- The invention relates to a cathode for an electron tube
que comportant deux corps creux, qui sont disposés de façon concentrique, l'un par rapport à l'autre, et qui sont reliés entre eux par une extrémité (supérieure), le corps creux that having two hollow bodies, which are arranged concentrically with respect to each other, and which are interconnected by one end (upper), the hollow body
extérieur servant de support au matériau émissif. exterior serving as support for the emissive material.
Une telle cathode est connue du brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 195 003. Dans cette cathode connue, qui est indiquée dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique NO Such a cathode is known from US Pat. No. 3,195,003. In this known cathode, which is shown in US Pat.
3 195 003 comme cathode à paroi double et comme cathode coa- 3 195 003 as double-walled cathode and as co-cathode
xiale, les deux corps creux sont sous forme de cylindres creux et réalisés en métal. Dans l'enceinte comprise entre xiale, the two hollow bodies are in the form of hollow cylinders and made of metal. In the enclosure between
les deux cylindres creux est disposé un dispositif de chauf- the two hollow cylinders are arranged a heating device
fage, ce qui implique que cette cathode est chauffée de fa- which implies that this cathode is heated by
çon indirecte, le cylindre intérieur faisant office il est vrai de réflecteur de la chaleur engendrée par le dispositif de chauffage, mais appelée en premier lieu à supporter de indirectly, the inner cylinder acting as a reflector of the heat generated by the heating device, but called in the first place to bear
façon calorifugée, un cylindre extérieur porté à une tempé- insulation, an outer cylinder heated to a temperature of
rature élevée. De plus, il y a lieu de noter que la struc- high erase. In addition, it should be noted that the structure
ture du tube selon le brevet des Etats-Ufiis d'Amérique NO tube according to the US-American patent NO
3 195 003 qui sert à amplifier des signaux à très haute fré- 3 195 003 which serves to amplify very high frequency signals.
quence, n'est, en principe, pas appropriée au but visé. in principle, is not, in principle, appropriate to the aim pursued.
Le brevet français NO 758 525 décrit en outre une ca- French Patent No. 758,525 also describes a
thode pour un tube à décharge dans un gaz, comportant un thode for a gas discharge tube, having a
conducteur de chauffage et constituée par plusieurs cylin- heating conductor and consisting of several cylinders
dres creux disposés concentriquement les uns par rapport aux autres, qui sont reliés entre eux par voie galvanique et qui sont munis de connexions de contact pour un chauffage hollows arranged concentrically relative to each other, which are electrically connected to each other and which are provided with contact connections for heating
électrique et qui servent de support au matériau émissif. electrical and which serve as a support for the emissive material.
Dans cette cathode connue, le conducteur de chauffage est en métal, graphite ou carbure de silicium. Toutefois, le matériau émissif est appliqué sur le support de façon que la cathode puisse servir de dispositif d'emmagasinage pour In this known cathode, the heating conductor is made of metal, graphite or silicon carbide. However, the emissive material is applied to the support so that the cathode can serve as a storage device for
la charge spatiale, dans lequel des ions accélérés à nou- space charge, in which accelerated ions are again
veau sont rendus extrêmement inactifs par recombinaison calves are rendered extremely inactive by recombination
avec des électrons.with electrons.
La demande de brevet allemand mise à la disposition The German patent application made available
publique (Offenlegungsschrift) Ne 2 732 960-décrit une ca- (Offenlegungsschrift) No 2 732 960-describes a
thode munie d'un conducteur de chauffage en graphite pyrc- a thode with a pyrite graphite heating conductor
litique et de connexions de contact Pour 3 cauffage dectrique cette cathode servant de support au matériau émissif. Tou- tefois, on a constaté que les formes cathodiques planaires (ouvertes) qui sont représentées en graphite pyrolitique This electric cathode serves as a support for the emissive material. However, it has been found that the planar (open) cathodic forms which are represented in pyrolitic graphite
ne conviennent pas à la gamme de fréquences très élevées. not suitable for the very high frequency range.
L'invention vise à indiquer une cathode permettant d'é- The aim of the invention is to indicate a cathode making it possible to
largir le domaine d'applications des tubes électroniques expand the range of applications of electronic tubes
équipés jusqu'à la gamme de très hautes fréquences. equipped up to the very high frequency range.
Conformément à l'invention, ce but est atteint du fait que dans une cathode du genre mentionné dans le préambule, According to the invention, this object is achieved because in a cathode of the kind mentioned in the preamble,
les deux corps creux sont reliés entre eux par voie galvani- the two hollow bodies are connected to each other galvanically
que et leurs extrémités opposées (inférieures) sont munies de connexions de contact pour le chauffage électrique et that and their opposite (lower) ends are provided with contact connections for electrical heating and
réalisées en graphite pyrolitique. made of pyrolitic graphite.
Contrairement à la cathode-planaire ouverte mentionnée ci-dessus, la réalisation conforme à l'invention peut être Unlike the open planar cathode mentioned above, the embodiment according to the invention can be
qualifiée au mieux comme cathode planaire fermée. best qualified as closed planar cathode.
Les deux corps creux sont sous forme de deux corps The two hollow bodies are in the form of two bodies
coaxiaux concentriques, par exemple des sphères, des demi- concentric coaxials, for example spheres, half
sphères, des cônes ou des cônes tronqués. La forme cylindri- spheres, cones or truncated cones. The cylindrical shape
que est une forme de réalisation préférentielle, du fait that is a preferential embodiment, because of the
qu'elle est d'un emploi fréquent dans la technique de cons- that it is of frequent use in the technique of
truction des tubes. L'application de graphite pyrolitique. truction of the tubes. The application of pyrolytic graphite.
anisotrope comme matériau pour le conducteur de chauffage et le support de l'émetteur pour des cathodes à incandescence anisotropic material for the heating conductor and the transmitter support for incandescent cathodes
dans des tubes électroniques est particulièrement avantageu- in electronic tubes is particularly advantageous.
se, comparativement à l'application de métaux, ceci grâce aux propriétés suivantes: 1) Résistance aux températures élevées jusqu'à 25000K (pression de vapeur à cette température: 10 bar), 2) aucune fusion mais un début de sublimation (en général non compared to the application of metals, thanks to the following properties: 1) Resistance to high temperatures up to 25000K (vapor pressure at this temperature: 10 bar), 2) no melting but a beginning of sublimation (in general no
nuisible) de carbone aux températures égales ou supérieu- harmful) of carbon at temperatures equal to or higher than
res à 25001K: 3) résistance mécanique qui croit avec les températures; 4) faible poids spécifique (2,0 à 2,2 g cm) et, de ce fait, de faibles forces d'inertie dans le cas de vibrations mécaniques; 5) résistivité assez élevée (suivant la structure) = 1,5 à 4,8. 10 4 Q.cm, ce qui veut dire dix à cent fois supérieure à celle de métaux; de ce fait le matériau est particulièrement avantageux, également pour des conducteurs planaires minces res at 25001K: 3) mechanical resistance that increases with temperatures; 4) low specific gravity (2.0 to 2.2 g cm) and, as a result, low inertia forces in the case of mechanical vibrations; 5) fairly high resistivity (depending on the structure) = 1.5 to 4.8. 10 4 Q.cm, which means ten to a hundred times greater than that of metals; therefore the material is particularly advantageous, also for thin planar conductors
(é 1 signifie que la valeur indiquée concerne la résis- (e 1 means that the value indicated concerns the resistance
tivité parallèle à l'orientation préférentielle des faces de base dans le graphite pytolitique anisotrope; 6) très bonne conductivité thermique parallèle aux couches; A Ill = 2,1 à 4,2 J K 1 cm s 1, donc de même ordre de grandeur que la conductivité du cuivre; de ce fait, parallel to the preferred orientation of base faces in anisotropic pytolitic graphite; 6) very good thermal conductivity parallel to the layers; A Ill = 2.1 to 4.2 J K 1 cm s 1, therefore of the same order of magnitude as the conductivity of copper; thereby,
une répartition de température très homogène, qui s'éta- a very homogeneous temperature distribution, which
bl t très rapidement dans le cas de la mise en circuit bl very quickly in the case of switching on
du système de chauffage.of the heating system.
La conduction thermique est également tributaire de la structure et augmente avec la perfection cristalline du graphite pyrolitique jusqu'à cinq à dix fois la valeur The thermal conduction is also dependent on the structure and increases with the crystalline perfection of pyrolitic graphite up to five to ten times the value.
indiquée ci-dessus de 2, 1 J K_1 cm1l s-1). indicated above of 2, 1 J K_1 cm1l s-1).
Dans la cathode conforme à l'invention, on a obtenu la In the cathode according to the invention, the
conception de la cathode à chauffage rapide ou du conduc- design of the fast heating cathode or the
teur de chauffage "rapide" pour des cathodes à chauffage in- "fast" heating unit for internally heated cathodes
direct. De plus, la cathode conforme à l'invention peut être réalisée d'une façon très avantageuse tant du point de vue direct. In addition, the cathode according to the invention can be made in a very advantageous way both from the point of view
électrique que thermique.electric than thermal.
La description ci-après en se référant au dessin anne- The following description with reference to the
xé, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera xé, all given as a non-limitative example, will
bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. understand how the invention can be realized.
La figure 1 montre un conducteur de chauffage. Figure 1 shows a heating conductor.
La figure 2 représente une cathode, dont le conducteur de chauffage présente un profil modifié par rapport à celui FIG. 2 represents a cathode whose heating conductor has a modified profile compared to that
selon la figure 1.according to Figure 1.
La figure 3 montre un substrat servant à la séparation Figure 3 shows a substrate for separation
de graphite pyrolitique.of pyrolitic graphite.
La figure 4 montre une disposition pour la composition Figure 4 shows a layout for the composition
des conducteurs de chauffage.heating conductors.
Les figures 5a à 5d montrent plusieurs réalisations de la jonction entre deux cylindres creux et FIGS. 5a to 5d show several embodiments of the junction between two hollow cylinders and
la figure 6 montre uoe cathode présentant un autre pro- FIG. 6 shows a cathode presenting another
fil modifié du conducteur de chauffage. modified wire of the heating conductor.
La figure 1-montre deux cylindres creux 1,2 à paroi mince qui sont disposés concentriquement, l'un par rapport à l'autre, et qui sont généralement constitués par du graphite pyrolitique et dont les extrémités Supérieures) 3 sont reliées par voie galvanique entre elles, alors que les extrémités opposées (inférieures) sont munies de connexions de contact 4 assurant l'amenée d'un courant électrique pour FIG. 1 shows two thin-walled hollow cylinders 1.2 which are arranged concentrically with respect to each other and which are generally constituted by pyrolitic graphite and whose upper ends 3 are galvanically connected. between them, while the opposite ends (lower) are provided with contact connections 4 ensuring the supply of an electric current for
le chauffage électrique.electric heating.
Un tel dispositif offre les avantages suivants a) Dans le cas d'une hauteur de construction déterminée pour Such a device offers the following advantages: a) In the case of a construction height determined for
la cathode dans un tube électronique, la réalisation à - the cathode in an electron tube, the realization to -
paroi double permet d'obtenir en pratique plus de deux fois la résistance électrique et, de ce fait, un rapport double wall makes it possible to obtain in practice more than twice the electrical resistance and, therefore, a ratio
courant-tension plus favorable pour l'énergie de chauffa- current-voltage more favorable for heating energy
ge b) l'énergie de chauffage amenée est mieux utilisée du fait que la chaleur rayonnée par la partie inférieure est en majeure partie absorbée dans le cylindre extérieur 2, qui b) the heating energy supplied is better used because the heat radiated from the lower part is largely absorbed in the outer cylinder 2, which
sert simultanément de support au matériau émissif 5 (figu- - simultaneously serves as a support for the emissive material 5 (FIG.
re 2) et elle contribue également au chauffage (plus ra- re 2) and it also contributes to heating (more
pide) de la cathode c) la disposition des cylindres doubles reliés rigidement entre eux assure une résistance mécanique assez élevée, qui peut être augmentée davantage par l'application, avec un certain jeu, d'au moins une pièce d'écartement 6 dans l'enceinte comprise entre les deux cylindres, pièces qui sont réalisées en un matériau céramique thermoisolant et pide) of the cathode c) the arrangement of the double cylinders rigidly connected to each other provides a fairly high mechanical strength, which can be increased further by the application, with a certain clearance, of at least one spacer 6 in the enclosure between the two cylinders, which parts are made of thermosolant ceramic material and
électro-isolant par exemple (voir la figure 2). Ces dis- electro-insulator for example (see Figure 2). These dis-
positions permettent de réaliser les cathodes de façon à positions allow the cathodes to be
être auto-portantes sans recourir à des dispositions ad- be self-supporting without resorting to ad-
ditionnelles pour ce qui concerne la structure et cela dans le cas de très faibles épaisseurs de paroi de 10 /un the structure and this in the case of very small wall thicknesses of 10 / one
par exemple, ce qui entraine les avantages quiy sont inhé- for example, which leads to the benefits that are inherent
rents d'un chauffage rapide pour des courants de chauffage relativement faibles. La réalisation de cylindres à paroi double en graphite pyrolitique s'effectue suivant des procédés connus en soi pour la séparation de graphite pyrolitique convenablement orienté à partir d'une phase gazeuse contenant du carbone. De préférence, on recourt à cet effet à la pyrolyse dite à paroi fast heating for relatively low heating currents. Pyrolytic graphite double-wall cylinders are produced by methods known per se for separating pyrolytic graphite suitably oriented from a carbon-containing gas phase. For this purpose, it is preferable to use so-called wall pyrolysis.
chaude (en anglais "hot-wall") du fait qu'ainsi, le chauffa- hot-wall) because, in this way, heating
ge nécessaire pour une séparation uniforme des formes de substrat plus ou moins compliqué et ssudefarn maximale. La pyrolyse à paroi chaude est décrite dans "Carbon" 5 (1967) ge required for uniform separation of more or less complicated substrate shapes and maximum ssudefarn. Hot wall pyrolysis is described in "Carbon" 5 (1967)
pages 205 à 217. Comme matériau pour les substrats, on uti- pages 205 to 217. As a material for substrates, it is
lise avantageusement de l'électrographite. Or, on a constaté que la réalisation des produits conformes à l'invention pour advantageously reads electrographite. However, it has been found that the production of the products according to the invention for
cylindres creux rigidement reliés entre eux par leur extré- hollow cylinders rigidly connected to one another by their
mité (voir la figure 1) en une étape de séparation, en d'au- (see Figure 1) in a separation step, in addition to
tres termes "en une seule pièce" pose des problèmes. Cela est dû au fait connu que les matériaux entrant en ligne de very "one-piece" terms pose problems. This is due to the known fact that materials coming online from
compte pour le substrat, ici surtout l'électrographite, pré- account for the substrate, here especially the electrographite, pre-
sentent un coefficient de dilatation thermique plus élevé que celui des couches séparées en graphite pyrolitique. Il en have a higher coefficient of thermal expansion than the separate layers of pyrolytic graphite. It
résulte que lors de l'abaissement de la température de sé- as a result of the lowering of the
paration (environ 2000C) à la température de l'ambiance après le revêtement, le substrat se contracte plus fortement que la couche. (Dans le cas de la réalisation d'électrodes à grille connues du brevet allemand (Auslegeschrift) NO paration (about 2000C) at the ambient temperature after coating, the substrate contracts more strongly than the layer. (In the case of the realization of grid electrodes known from the German patent (Auslegeschrift) NO
2 450 261, la séparation simple requise de l'enveloppe (cou- 2,450,261, the required simple separation of the
che en graphite pyrolytique) et le substrat massif est ba- pyrolytic graphite) and the massive substrate is
sée sur ce phénomène). Or. conme le représente la finre lorsque le siustrst on this phenomenon). Or, as represented by the finre when the siustr
pr6scnte la forme d'un cylindre creuc à paxoc pJIn ou neor épais S En é Jecto - it has the shape of a Paxoc pino cylinder or a thick neor S E Jecto -
graphite, le cylindre du substrat se rétrécit pendant le graphite, the cylinder of the substrate shrinks during
refroidissement de façon à se détacher de la couche cylin- cooling away from the cylindrical layer.
drique extérieure 2, alors que la couche 1 déposée à l'in- external drique 2, while layer 1 deposited in the
térieur est fixée simplement par serrage. Le rétrécissement The interior is simply clamped. Shrinkage
2480496=2480496 =
est indiqué par la flèche 3. D'une façon générale, une sépa- is indicated by the arrow 3. In general, a sepa-
ration parfaite du substrat S et des couches 1, 2 n'est pas possible. Evidemment, le substrat peut en principe être sorti de l'enveloppe par voie mécanique, par exemple par tournage ou meulage, mais ce procédé ne peut être utilisé que dans perfect ration of the substrate S and layers 1, 2 is not possible. Obviously, the substrate can in principle be removed from the envelope mechanically, for example by turning or grinding, but this method can only be used in
certains cas spéciaux, par exemple dans le cas de grands es- certain special cases, for example in the case of large
pacements entre les cylindres extérieur et intérieur, et si- between the outer and inner cylinders, and
multanément d'assez grandes épaisseurs de paroi des couches. at the same time, fairly large wall thicknesses of the layers.
D'une façon générale, pour obvier auxdits inconvénients, In general, to obviate said disadvantages,
la réalisation de cylindres à paroi double s'effectue en. the production of double wall cylinders takes place in.
plusieurs étapes de fabrication, ce qui sera expliqué ci- several stages of manufacture, which will be explained below.
après en détail à l'aide d'exemples. after in detail with examples.
Pour le cylindre intérieur ainsi que pour le cylindre extérieur sont réalisés des substrats massifs de forme et de dimensions requises. Ces substrats sont revêtus de façon connue (par exemple à 20000C) sous une pression de 2 à 3 mbar de p'ropane ou d'hydrocarbures similaires pendant une durée de 3 à 5 heures. Dans ces conditions, on obtient un revêtement enveloppant d'une épaisseur de 200 à 300 ïm, qui For the inner cylinder as well as the outer cylinder are formed massive substrates of shape and dimensions required. These substrates are coated in a known manner (for example at 200 ° C.) under a pressure of 2 to 3 mbar of propane or similar hydrocarbons for a period of 3 to 5 hours. Under these conditions, an enveloping coating with a thickness of 200 to 300 μm is obtained, which
peut facilement être arrachée du substrat, après l'enlève- can easily be removed from the substrate after removal
ment de la partie de fond, par exemple par meulage. (La même technique est utilisée pour la réalisation de "semi-ouvrés" the bottom part, for example by grinding. (The same technique is used for the realization of "semi-worked"
pour des électrodes à grille).for grid electrodes).
Or les deux cylindres partiels ainsi obtenus 1 et 2 sont composés par paires, éventuellement après traitement, Or the two partial cylinders thus obtained 1 and 2 are compounded in pairs, possibly after treatment,
afin d'obtenir une certaine adaptation aux endroits 3 dispo- in order to obtain a certain adaptation to the places 3
sés pour la jonction. Pour assurer une fixation rigoureuse for the junction. To ensure a rigorous fixation
et concentrique, il faut utiliser en général ce qu'on appel- and concentric, we must generally use what we call
le un gabarit. Un dispositif du genre décrit est illustré schématiquement sur la figure 4 o le gabarit est désigné par L. Pour la jonction des points à 3 peuvent être utilisées plusieurs techniques, comme soudage, serrage, vissage etc., the template. A device of the type described is illustrated schematically in Figure 4 where the template is designated by L. For the joining of the points to 3 can be used several techniques, such as welding, clamping, screwing etc.,
mais surtout les méthodes de dépôt à partir de vapeur chi- but especially the methods of depositing from chemical vapor
mique. Pour les essais furent appliqués de préférence la séparation de carbone pyrolytique et le soudage (par exemple nomic. For the tests, preference was given to pyrolytic carbon separation and welding (for example
avec Zr/Ni) pour la jonction.with Zr / Ni) for the junction.
Les corps partiels à relier peuvent présenter des formes très diverses. Les figures 5a à 5d l'illustrent (chaque The partial bodies to be connected can present very diverse forms. Figures 5a to 5d illustrate (each
fois seule une section de l'endroit de jonction est repré- only one section of the junction area is
sentée sur le dessin; l'endroit de jonction, même est entou- felt on the drawing; the junction place, even is
ré d'un cercle). La figure 5d symbolise un endroit de jonction avec application d'un organe de centrage addition- re a circle). FIG. 5d symbolizes a junction area with the application of a centering element
nel (hachuré) en métal ou carbone). nel (hatched) of metal or carbon).
Non seulement la forme de l'endroit de jonction ainsi que la technique de jonction, mais également la forme des Not only the shape of the junction place as well as the joining technique, but also the shape of the
deux corps partiels de la cathode peuvent être largement va- two partial bodies of the cathode can be widely
riables..C'est ainsi qu'au lieu des cylindres préférentiel- That is why instead of the preferential cylinders
lement utilisés, il est possible de choisir des corps creux présentant des sections transversales ou des profils non circulaires, cas dans lequel il faut tenir compte d'une meilleure fixation du matériau émissif, par exemple la used, it is possible to choose hollow bodies having cross sections or non-circular profiles, in which case a better fixation of the emitting material, for example the
forme illustrée sur la figure 6.form shown in Figure 6.
Il n'est pas possible de prescrire des énergies de It is not possible to prescribe energies of
chauffage obligatoires pour l'obtention de certaines tempé- compulsory heating to obtain certain temperatures
ratures superficielles, du fait que cela est surtout déter- superficial erosion, since this is especially
miné par le genre et la grandeur de chaque cathode coaxiale undermined by the kind and size of each coaxial cathode
choisie, ainsi que par les rapports de rayonnement et sur- chosen, as well as by radiation and over-
tout également par l'évacuation de chaleur des contacts. Tou- all also by the heat evacuation of the contacts. always
tefois de la mesure il ressort qu'après la mise en service However, it is apparent from the measurement that after commissioning
de l'énergie de chauffage, des systèmes dudit genre attei- heating energy, systems of the kind
gnent quasi-spontanément, c'est-à-dire en moins d'une se- almost spontaneously, that is to say in less than one se-
conde leur température finale et que les états d'équilibre conde their final temperature and that equilibrium states
de la température s'établissent rapidement. of temperature settle quickly.
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