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" Appareil photo-électrique "
La présente invention se rapporte aux appareils sensibles à la lumière et plus particulièrement aux dispositifs photo-électriques.
Les tubes photo-électriques sont habituellement divi- sés en deux groupes, suivant la manière dont les photo-électrons se meuvent vers l'électrode positive. Dans l'un des groupes on peut classer les dispositifs qui fonctionnent uniquement suivant la loi des électrons,comme cela se présente lorsqu'on a fait un vide très poussé dans le tube, tandis que l'autre groupe peut comprendre les dispositifs qui sont basés sur l'ionisation entre les électrodes,auquel cas le tube renferme une quantiténotable de gaz.
Les tubes photo-électriques à vide
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prononcé sont employés dans les systèmes où l'uniformité du fonctionnement et la rapidité de l'action sont nécessaires, comme dans le cas de rapides variations dé lumière, mais ils offrent l'inconvénient de produire des courants photo-élec- triques de faible intensité exigeant un ou plusieurs ampli- ficateurs étagés pour arriver à un courant appréciable.
D'autre part, si les tubes à remplissage gazeux produisent des courants photo-électriques plus importants que ceux du type à simple décharge d'électrons, et nécessitent par consé- quent une amplification moindre, ils présentent le désavan- tage d'agir suivant une fonction non linéaire si l'on consi- dère le courant photo-électrique par unité d'intensité lu- mineuse et ils peuvent en outre avoir une action différée lorsqu'il s'agit de lumière d'un caractère ondulatoire,comme dans la télévision. En outre, si les dispositifs photo-élec- triques à remplissage gazeux fonctionnent à des tensions qui produisent une ionisation importante, la surface sensible à la lumière peut être détruite par bombardement d'ions posi- tifs.
Un but de la présente invention est de fournir un tube photo-électrique dans lequel l'uniformité et la rapidi- té de l'action,particulières au type à pure décharge d'é- lectrons, sont combinées à la caractéristique désirable de la preduetion d'un courant photo-élaotrique d'intensité notable,
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t\111t;1t .11 t1t' . 1v11" ,>ir; 11h\\â \ t,tlhc, 1"rltl 11.;;2a;." gruz du premier type, sans donner lieu aux inconvénients habituel- lement inhérents à celui-ci. Le but visé est donc de combiner les caractéristiques désirables des deux types de tubes et d'é. viter en même temps les propriétés désavantageuses.
Pour réa- liser l'invention, on propose d'employer une enveloppe ou-'am- @
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poule exempte de gaz et d'augmenter la capacité de trans- mission de courant du dispositif en utilisant un phénomène d'émission secondaire. On comprendra mieux l'invention par la description qui en est donnée ci-dessous avec référence au dessin annexé. La figure est une vue perspective en élé- vation du tube photo-électrique perfectionné, monté dansun circuit dans le but de faciliter les explications.
Sur le dessin, 1 désigne une ampoule dans laquelle règne un vide très poussé et qui se termine par un pied ren- trant avec un pincement 2. Dans ce dernier sont soudés trois fils rigides reliés à une série d'électrodes 3, 4 et 5.Cel- les-ci sont représentées sous une forme rectangulaire et disposées dans des plans -verticaux lorsque le tube occupe la position représentée, les deux éléments extérieures étant disposés obliquement l'un par rapport à l'autre dans un plan horizontal, tandis que l'électrode médiane est de prédérence située à égales distances entre ces éléments.
Les électrodes 3 et 5 qu'on peut appeler, pour la commodité, la cathode pri- maire et la cathode seconduire, respectivement, sont consti- tuées chacune d'un élément massif,tandis que l'électrode médiane, qu'on peut considérer comme collecteur ou anode, présente la forme générale d'une grille à fils minces et à mailles relativement larges. Les cathodes 3 et 5 sont toutes deux rendues sensibles à la lumière, bien que, comme on l'ex- pliquera ci-dessous, il soit nécessaire pour obtenir un fonc- tionnement satisfaisant de ne former une surface photoélectri- que que sur la cathode la plus négative, c'est-à-dire l'élec- trode 3.
Dans la disposition préférée, les cathodes peuvent être constituées d'une base en un métal tel que le cuivre ou le nickel qui peut être argenté de préférence en dehors de l'ampoule dans laquelle les cathodes doivent être montées, par un procédé connu, tel que la galvanoplastie, le dépôt chimique ou Inapplication électrique. On oxyde le revêtement
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d'argent, avant d'y appliquer la matière sensible à la lumière, en immergeant les plaques dans une atmosphère oxy- dante de préférence enfermée dans l'ampoule 1 ou une ampoule séparée et en portant les électrodes à l'incandescence par l'application d'un haut voltage au moyen d'une bobine de Ruhmkorff. On peut aussi produire l'oxydation par l'applica- tion d'un courant continu à haute-tension obtenu par un redresseur kenotron.
Dans tous les cas, on peut régler l'é- paisseur de la couche d'oxyde en faisant varier la durée et l'intensité de ce traitement. Lorsqu'on a effectué l'oxyda- tion au degré voulu, les plaques peuvent, si elles ne sont pas déjà mises en place, être montées dans l'ampoule 1 avec l'anode en forme de grille 4. Pour sensibiliser la surface d'argent ou autre oxyde métallique déposé sur les cathodes, on introduit des vapeurs de césium ou autres vapeurs alcali- nes convenables dans l'ampoule, en opérant par distillation dans un tube latéral ou des boules chauffées par des courants de haute fréquence ou de toute autre manière bien connue.
La vapeur de césium se condense sur chacune des cathodes et sur l'anode, mais n'adhère que sur les surfaces des cathodes, étant donné que la couche d'oxygène qui s'y trouve sert de liant ou d'adhésif. On a constaté que lorsque l'anode est en nickel, c'est-à-dire en un métal qui ne s'oxyde pas facile- ment, ou en molybdène, qui s'oxyde mais dont l'oxyde ne se combine pas à un degré notable avec le césium, la surface de l'anode reste pratiquement insensible à la lumière.
On retire de préférence l'excès de substance alcaline de l'am- poule de toute manière appropriée, par exemple, par dis- tillation et évacuation au collecteur de la vapeur en excès
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en vue d'assurer au dispositif l'uniformité de fonctionne- ment, comme c'est décrit et revendiqué dans le brevet belge antérieur n 357.067, déposé le 3 janvier 1929 sous le titre " Cellules photo-électriques ".
La cathode primaire 3 et l'anode 4 peuvent être rac- cordées à une source de courant continu 6 l'élément 4 étant positif, tandis que la cathode secondaire 5 est raccordée à une borne intermédiaire 7 de la source de courant. Cette borne occupe de préférence une position telle que la différence de potentiel entre les électrodes 3 et 4 soit égale à plusieurs fois la différence de potentiel entre les électrodes 4 et 5, par exemple 10 fois cette dernière. Il est à remarquer que les cathodes 3 et 5 sont toutes deux négatives par rapport à l'anode ou collecteur 4.
Lorsqu'un faisceau lumineux d'une source extérieure indiquée d'une façon générale par la croix 8 frappe la cathode primaire 3, celle-ci dégage des électrons qui prennent un mouvement accéléré dans le camp électrostati- que entre cette électrode et l'anode 4 pour atteindre une vitesse correspondant au voltage total de la batterie 6 qui peut être de l'ordre de plusieurs centaines de volts. Une notable partie de ces électrons passent au travers des mailles de l'anode 4 et frappent la cathode secondaire 5 en la heur- tant avec une force suffisante pour donner naissance à des électrons secondaires, en nombre considérable, à la surface de cette électrode 5. Ces électrons sont repoussés vers l'anode ou collecteur 4 sous l'action du champ électrostatique entre la cathode secondaire et ce collecteur plus positif.
Bien que ce champ soit dirigé en sens opposé du champ entre les élec- trodes 3 et 4, il est visible que son action retardatrice sur les électrons primaires venant de la cathode 3 est faible,car la différence de potentiel entre les électrodes 3 et 4 est éga- ,le à sieurs fois la différence de potentiel du champ re-
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tardateur entre les électrodes 4 et 5.Il est évident que les potentiels assignés aux différentes électrodes peuvent être déterminés de manière à produire une grande prépondé- rance des électrons secondaires à la surface de la cathode secondaire sur le nombre d'électrons primaires engendrés à la cathode primaire par l'action de la lumière et que cette prépondérance des électrons peut être utilisée dans un cir- cuit extérieur au moyen de courants photo-électriques d'am- plitude accrue.
Ce circuit doit être normalement branché entre les électrodes 4 et 5 à l'endroit indiqué par la paire de bornes ouvertes. Dans chacun des conducteurs des élec- trodes, on peut monter des appareils de mesure du courant
9,10, 11 pour déterminer le moment où l'on a atteint le maximùm de sensibilité du fonctionnement en fonction de l'in- tensité du courant photo-électrique, les voltages entre élec- trodes étant réglés. Il est évident que l'ampèremètre 9 en- registre le courant d'électrons primaires total qui quitte la surface de la cathode 3, l'ampèremètre 10 indiquant les courants photo-électriques secondaires combinés et une par- tie des courants photo-électriques primaires dépendant de la finesse de la grille et d'autres facteurs.
L'ampèremètre 11 indique la différence entre le restant du courant d'électrons primaires qui atteint la surface 5 et le courant d'électons secondaires combiné au courant photo-électrique quittant cet- te surface. Pour augmenter davantage les flux d'électrons pri- maires et secondaires, on peut disposer les plaques 3 et 4 obliquement l'une par rapport à l'autre de manière à obtenir un effet de réflexion Multiple du faisceau lumineux entre ces plaques.
Il est évident que lorsque la cathode secondaire est soumise à l'action de la lumière réfléchie par la cathode primaire, elle donne naissance'à des électrons primaires qui sajoutent à, ceux formés sur la cathode 3 et augmentent dans
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une certaine mesure le nombre d'électrons quittant la cathode 5 et se dirigeant vers l'anode 4.
Il ressort de ce qui précède que l'invention se rap porte à un nouveau type de tube photo-électrique fonctionnant uniquement suivant le principe des électrons,et offrant par conséquent tous les avantages de ce type d'appareil, tout en étant capable de produire des courants photo-électriques dont l'intensité est égale à plusieurs fois celle des courants en- gendrés dans les tubes du type antérieur qui dépendent simple- ment du flux d'électrons primaires. En établissant un tube approprié et en réglant les voltages appliqués, on peut amener l'intensité accrue du courant photo-électrique dans l'ordre de grandeur des courants qui jusqu'à présent n'avaient été atteints que dans les tubes à gaz, cet avantage étant obtenu sans donner lieu aux effets nuisibles qui accompagnent géné- ralement l'emploi des tubes à gaz.
Attendu que la production des électrons secondaires à la surface de la cathode secon- daire 5 dépend de la rencontre de ceux-ci avec les électrons primaires produits à la cathode 3 et que d'autre part les é- lectrons primaires peuvent être commandés par le faisceau lumineux, on comprendra que les courants photo-électriques secondaires se trouvent également sous le contrôle positif de la lumière.
Il apparartra à tout homme du métier que la cathode secondaire ne doit pas nécessairement présenter une surface très sensible à la lumière mais peut être constituée simple- ment d'un métal ordinaire; dans ce cas l'accroissement du courant par suite de la réflexion multiple ne sera pas aussi prononcée, bien que dans certaines conditions, par exemple lorsque la cathode secondaire possède un pouvoir réfléchissant @
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élevé,le courant produit puisse réellement être plus grand que dans le cas où cette cathode est pourvue d'une surface de sensibilité relativement élevée à la lumière.
Il est manifeste que lorsque la cathode présente une sur- face spéculaire insensible à la lumière, la majeure partie de la lumière incidente sera réfléchie sans production de photo-électrons sur cette surface, tandis que Ia lumière réfléchie donnera lieu sur la. surface de la cathode primaire à des photo-électrons s'ajoutant à ceux produits par le faisceau de lumière directe qui peuvent augmenter l'intensi- té totale du courant mesuré dans le circuit 10.
L'emploi d'une cathode secondaire insensible à la lumière présente l'a- vantage que le choix des matériaux, du moins en ce qui con- cerne l'émission secondaire,ne doit pas nécessairement être limité à une substance fort sensible à la lumière, de telle sorte qu'on peut employer des matières particulièrement pro- pres à émettre des électrons secondaires, telles que l'oxyde de baryum ( BaO) ou le baryum métallique ( Ba ) appliqués comme revêtement sur un métal de base. En conséquence, l'in- vention n'est limitée à l'emploi d'aucune catégorie particu- lière de matières pour la cathode secondaire 5, mais elle est suffisamment large pour couvrir des surfaces d'émission secondaires présentant ou non la propriété d'une grande sensibilité à la lumière.
Il est évident aussi que les élec- trodes 3, 4 et 5 peuvent présenter différentes formes et dispositions; ainsi, la cathode primaire peut être semi- cylindrique et la cathode secondaire peut avoir la forme d'un cylindre de plus petit diamètre que la cathode primaire et entouré d'une anode hélicoldale constituant une grille, les trois éléments étant disposés concentriquement.