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PEREECTIONNEMENTS AUX APPAREILS POUVANT ETRE UTILISES COMME DETECTEURS ET AMPLIFICATEURS.- la présente invention vise des appareils susceptibles de détecter et d'amplifier les variations électriques; elle a pour but principal l'établis- sement d'un appareil ou d'un système perfectionné qui obvie à certaines diffi- cultés inhérentes se manifestant au cours du fonctionnement des appareils dé- tecteurs et amplificateurs construits jusqutici,
Il est bien connu qu'une valve électrique à vide très poussé fonc- tionnant sans ionisation gazeuse appréciable, peut servir à la détection et à l'amplification des phénomènes électriques.
Quand une telle valve est utilisée
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corme détectrice et amplificatrice, elle donne lieu à certaines pertes d'éner- gie, résultant du passage du courant dans la valve lorsqu'elle offre une impé dance relativement élevée., la présente invention évite cet inconvénient et par met d'établir des systèmes détecteurs et amplificateurs, par exemple sous for- me d'appareils électriques à vapeur, entre autres sous forme de redresseurs à mercure, Ces appareils sont en état de maintenir une ionisation continue au voisinage de la cathode, et une grille entourant cette cathode est soumise à une tension négative juste assez élevée pour maintenir la valve fermée quan& il n'est appliqué aucune oscillation électrique au circuit de cette grille,
Avant la présente invention, on a maintes fois essayé d'établir,
pour fonctionner dans les tubes "mous" ou à ionisation, des moyens de comman- de affectant la forme de grilles analogues à celles qui sont utilisées dans les appareils à vide élevé. Toujours ces tentatives ont échoué, au moins.par- . tiellement, et aucune n'a conduit à une application étendue du dispositif pré conisé, surtout parce que les physiciens qui avaient étudié ces dispositifs n'avaient pas parfaitement compris les phénomènes sur lesquels était basé le fonctionnement d'un tube à ionisation et, par conséquent, n'avaient pas pu à - tablir des appareils répondant à tontes les conditions désirables,
Si on place une électrode auxiliaire de petites dimensions sur le trajet d'une décharge en forme d'arc, et si on lui donne une charge positive de quelques volts,
un flux électronique relativement intense va du gaz ioniaé à l'électrode,et celle-ci devient une anode, qui se partage l'intensité de xx courant avec l'anode principale,
Si l'électrode utilisée est chargée négativement au lieu d'être chargée positivement, le courant qui passe par l'électrode est de sens opposé et son intensité est relativement faible; elle croit en général suivant une progression très lente, et même insensible, quand on élève la tension négati- -ve à des valeurs de quelques centaines de volts. Diverses considérations ont démontré à la Société demanderesse que ce courant se compose presqu'entière- ment d'un flux d'ions pcsitifs allant gagner les électrodes.
Pour exposer ces considérations, ainsi que les conclusions aux- quelles elles ont conduit et aussi la portée de l'invention, on considérera le cas d'un gaz ionisé de façon uniforme, dans lequel existent des nuées ou
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essaimns d'électrons et d'ions se déplaçant, dans des directions quelcon- ques, à des vitesses correspondant à une chute de potentiel qu'on supposera égale à 1 volt. On admettra que chaque unité de volume contient les mêmes nombres de charges positives et négatives. C'est une condition qui doit se trouver à peu près remplie, dans tous les cas, dans la colonne positive de la décharge.
A travers chaque centimètre carré d'une surface plane imaginaire passe un certain courant électronique correspondant à une densité de courant
1-. De même existe une densité de courant d'ions positifsqu'on peut dési- gner par 1+. Le rapport entre 1- et 1+ est par conséquent le même que le rapport de la vitesse des ions, qui est égale au rapport inverse des racines carrées des masses des particules chargées*
Puisque l'ion mercure est 2001848 fois plus lourd que les élec- trons, on en déduit que 1- est 608 fois plus grand que 1+.
On considérera maintenant, au lieu d'un plan imaginaire, le cas d'une électrode réelle ayant une surface plane, Si cette électrode est iso- lée électriquement et si elle est à la tension initiale de zéro (même ten- sion que le gaz-environnant), elle prend d'abord 608 fois plus d'électrons que d'ions positifs, et par conséquent elle se charge négativement, de façon de plus en plus marquée, jusqu'à ce que le nombre d'électrons qu'elle re- çoit ne dépasse plus le nombre d'ions positifs.
Dans ces conditions, on a supposé, avec les électrons mus à une vitesse correspondant à 1 volt, que l'électrode ne peut acquérir une tension négative supérieure à 1 volt, car, si elle allait jusque-là, elle ne pourrait plus recevoir d'électrons du tout, tout en continuant à recevoir des ions positifs,
On supposera maintenant que l'électrode plane soit chargée à une tension négative de 100 volts. Par conséquent, les électrons ne pour- ront plus s'approcher très près de l'électrode, tandis que les ions positifs subiront de sa part une attraction.
Par suite ,il s'établira une couche gazeuse au voisinage de 1'électrode, couche dana laquelle il y aura des ions positifs et pas d'électrons, et par conséquent la région occupée par cette couche constituera une charge spatiale d'Ions positifs. La zone ex- térieure de cette gatne d'ions est à la tension -le et les ions positifs
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traversent cette zone extérieure avec taie vitesse correspondant à 2 volts.
On connaît aujourd'hui très bien le phénomène de la décharge électronique pure dans lequel le courant est limité par la charge spatiale.
Entre des électrodes planes parallèles séparées par la distance X, l'intensité maximum de courant 1 qui peut passer sous une différence de potentiel V appliquée entre les électrodes, s'exprime en fonction de la chargee d'électrons et de sa masse m . par 11, équation ;
EMI4.1
Si la tension V est exprimée en volts, la distance X en cm. et la densité de courant en ampères par cm2, l'équation devient
EMI4.2
L'équation (1) s'appliqeu aussi au courant exclusivement com- posé d'ions positifs par substitution, dans l'équation, de la masse des ions positifs à la niasse des électrons, Avec les ions mercuriale, par conséquent, les courants donnés par l'équation de la charge spatiale, sont 608 fois plus petits que ne le sont les courants électroniques correspondants,
On peut maintenant calculer l'épaisseur de la gaine d'ions posi- tifs dans le cas d'une densité de courant donnée quelconque, sous une tension quelconque* Par exemple,
on supposera qu'une électrode plane portée à une ten- sion négative de 100 volts, prend un courant datons positifs de 10 milliampères par cm2; en substituant ces valeurs à 1 et V dans l'équation 2, on trouve X - 0,0202 cm.
D'autre part, si la tension de l'électrode était de 10 volts, la distance X serait de 0,0030 cm, L'épaisseur de la gaine d'ions positifs, avec des densités de courant de l'ordre de quelques milliampères par cm3 telles qu'on peut les observer dans les arcs au mercure, est par conséquent extrêmement rédui- te ; en fait, cette épaisseur est très petite comparativement au libre parcours moyen des électrons et des ions (qui est de 2 à 5 cm.).
Si la tension sur l'électrode est de 10 ou de 100 volts, tous les électrons qui atteignent la couche extérieure de la gaine sont réfléchis dans la masse du gaz ionisa , et tous les ions positifs qui atteignent cette couche de la gaine se déplacent Vers l'électrode et sont absorbés par elle.
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Le potentiel de 1'électrode n'a pas d'effet sur la distribution de potentiel au sein du gaz ionisé. sauf jusqu'à la couche extérieure de la gaine; comme le déplacement de cette couoke de la gaine par variation du potentiel de la valeur 10 à la valeur 100 volts, est entièrement négligeable comparativement aux dimensions du tube à décharge, il est clair que le nombre des ions positifs qui atteignent la surface de la gains est également indépendant du potentiel de
1'électrode.
Si, au.lieu d'une électrode plane,, on considère une petite élec- trode cylindrique, l'épaisseur de la gaine d'ions positifs varie un peu avec la tension appliquée aux électrodes; mais, même avec des tensions négatives très élevées, elle ne croît pas jusqu'à une valeur approchant de l'ordre de grandeur du diamètre ordinaire d'un tube à décharge,
L'épaisseur de la gaine varie aussi avec l'intensité d'ionisation;
Si 1+ est petit, le diamètre de la gaine est grande et si 1+ est grand, le dla . mètre de la gains est beaucoup moindre, D'après les considérations ci-dessus et d'après l'explication don- née du phénomène qui se produit dans la région avoisinant l'électrode au sein d'un gaz ionisé, il est permis maintenant de comprendre parfaitement les phéno- mènes et d'établir un dispositif dont la grille est capable de s'opposer prati- quement au passage du courant vers l'anode, puisque la gaine d'ions positifs formée autour d'un fil de grille est, dans tous les cas, de diamètre relativement petit,
la distanoe à interposer entre les fils composant une grille doit être très faible pour que les gaines formées au voisinage des fils voisins puissent se chevaucher, ce chevauchement seul rendant la grille efficace, c'est-à-dire lui permettant de s'opposer au passage des électrons dans ses interstices, pour des tensions négatives relativement faibles appliquées à la grille.
Puisque l'épaisseur de la gains croît quand l'ionisation est moins intense, la grille est plus efficace si on la place dans une partie du tube où l'ionisation est moins Intense, On trouve généralement avantage à la pla- cer dans la partie du tube la plus éloignée de la source d'ionisation, mais dans tous les cas, la plaça la plus efficace à lui donner dépendra beaucoup des oarao- téristique de construction du tube4
Les électrons, en traversant le gaz ionisé, donnant lieu à des collisions éastiques aveo les atomes du gaz, et par conséquent suivent des tra-
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jactoires déviées et irrégulières, En conséquence,
il y aura à peu près autant d'électrons qui se déplaceront en sens opposé au gradient de potentiel qu'il y en a qui se déplacent dans le sens direct du gradient,
En raison de ce fait, il ne suffit pas d'interposer simplement une grille, dans un dispositif à ionisation, entre la source d'ionisation et l'anode active, et pour être efficace cette grille doit être disposée de telle façon que tous les électrons aient à la traverser pour atteindre l'anode acti- ve, aussi bien s'ils suivent le trajet direct vers cette anode que s'ils s'y dirigent en suivant des trajectoires irrégulières.
Dans tous les cas, lors même qu'on applique à la grille des tensions négatives assez considérables, il n'y aura qu'une patit nombre d'électrons capables, grâce à leur vitesse élevée, de traverser la grilla,
Si ces électrons ont, pour atteindre l'anode, à franchir une distance beauccup'plus grande que leur libre parcours moyen, ils pourront pro- duire, en ionisant le gaz, un nombre d'électrons suffisant pour permettre l'a- morqage de l'anode antivol, L'espace qui sépare la grille de cette anode doit donc être tel qu'il ne passe aucun électron à travers la grille, en franchis- sant une distance notablement supérieure à la valeur du libre parcours moyen, avant d'arriver à l'anode,
Il existe évidemnent divers moyens pour réaliser ces conditions:
suivant la forme préférée de l'invention, on monte l'anode en un point où elle se trouve protégée contre les effets d'ionisation exercée par l'arc, et on 1' entoure d'une grille, qu'on porte à une tension négative de valeur telle, que des gaines positives s'établissent dans les interstices des fils de la grille pour se chevaucher, et ne permettent aucun passage de courant, quand il n'est appliqué aucune impulsion de potentiel au circuit de grille.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et avantages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui, à titre d'exemple, représentent certaines formes de réalisation, de l'invention, n'ayant aucun caractère limitatif, la Fig.l représente un système déteoteur et amplificateur réa- lisé suivant les principes indiqués, la. Fig.2 est une variante de construction d'un dispositif
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électrique à vapeur rentrant dans la composition du système représenté sur la Fig.l. La Fig.1 représente un système détecteur et amplificateur dans lequel les oscillations électriques ou signaux sont transmis par des éléments déterminés tels que, par exemple, une antenne 1, pour atteindre,,
après avoir traversé un transformateur 8 et un dispositif électrique à vapeur 3, un élé- ment indicateur représenté, à titre d'exemple. sous la forme d'un téléphone 4. Le réglage du circuit d'antenne est fait au moyen d'un condensateur 5 qui est relié aux bornes du circuit secondaire 6 du transformateur 2, Le dispo- sitif 3 comporte une cathode 7 reliée à une électrode d'excitation 8, par 1' intermédiaire de fils d'alimentation à courant continu 9 et d'une résistance 10 reliée à une anode 11, à travers une source 16 et le dispositif 4, et à la grille 15 à travers la source 13 et un circuit accordé comprenant le oon- densateur 5 et l'enroulement secondaire 6., L'anode 11 est placée à une dis- tance considérable de la cathode 7, et la grille la est disposée,
par rapport à l'anode 11, de façon que tous les électrons transmis entre la cathode à ionisation continue et l'anode. doivent traverser la grille. Un'disque massif est disposé de manière à fermer l'extrémité-inférieure de la grille cylindli- que, dans le but d'assurer une ionisation plus uniforme aux diffents points de la surface de la grille, Supposant que la liaison de la grille 12 à la source 13 soit réglée de telle sorte que la tension négative de cette grille soit juste suffisante pour empêcher la transmission du courant entre la ca- thodeet l'anode, il ne passe aucun courant de la source 13 vers le dispo- sitif4.
Au contraire, quand des variations de courant se produisent dans le circuit de l'antenne 1, la tension de la grille 12 varie de façon qu'il se produit, dans le circuit du dispositif 4, des variations de courant qui correspondent aux variations du circuit d'antenne, mais présentent une in- tensité beaucoup plus grande. Du fait que l'anode est complètement entourée par la grille, et que l'inductance du tube 3 est maintenue à une valeur ra- lativement basse, par suite de l'ionisation continue que produit l'arc en- tre les électrodes7 et 8, les variations qui surviennent dans les condi- tions électriques de l'antenne se trouvent ainsi détectées et amplifiées sans qu'on ait à subir la perte d'énergie inhérente aux dispositifs jusqu'ici proposés dans le même but.
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Ia Fig.2 représente un tube électrique à vapeur pourvu, d'une cathode 14 maintenue à l'incandescence par le courant que lui fournit une source appropriée, et d'une anode auxiliaire 15 qui, de préférence, est re- liée à la cathode 14 par l'intermédiaire d'une source de courant-destinée à maintenir en était d'ionisation intense le gaz entourant la cathode, la cons- truction du dispositif représenté Fig.2 est par ailleurs la même que celle du tube de la Fig.l;
on doit cependant comprendre que le dispositif peut offrir une construction et une composition très différentes inspirées par exemple, des caractéristiques des tubes à vapeur de mercure, des tubes à argon ou appareils analogues,
On a décrit, pour l'utilisation des phénomènes et des moyens indiqués au début de ce brevet, deux formes d'appareils qui ont été simple- ment choisies pour fixer les idées et pour illustrer le but et la portée de l'invention, mais il va de soi que toutes les variantes d'exécution ayant même principe et même sujet que les dispositions indiquées ci-dessus, entre- raient comme elles dans le cadre de l'invention.