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Perfectionnements aux tubes à décharges électriques.
On a déjà proposé de séparer à l'aide d'un écran, l'espace entourant le pied d'un tube à décharges électriques contenant une vapeur métallique, par exemple de la vapeur de sodium, de l'espace de décharge proprement dit, étant donné que la température existant pendant le fonctionnement dans l'espace entourant le pied est habituellement inférieure à cel- le qui règne dans l'autre partie du tube, ce qui peut provo- quer une condensation indésirable de la vapeur métallique dans la partie plus froide. Cette condensation indésirable est con- trariée par le susdit écran. En outre, ce dernier permet d'éta- blir le pied en verre d'une espèce qui ne résiste pas à
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l'action de la vapeur métallique.
Dans certains cas on évite aussi la formation de dépôts conducteurs entre des parties soumises à une tension, par exemple des fils d'alimentation.
Bien que la construction connue ait donné de bons résultats, on a constaté qu'elle est susceptible de recevoir encore des perfectionnements, car il existe une contradiction dans les conditions auxquelles doit satisfaire l'écran. D'une part la fermeture doit être aussi parfaite que possible, afin d'éviter que la vapeur métallique pénètre dans la partie plus froide du tube à décharges, et d'autre part il est désirable de prévoir nonobstant une communication entre cette partie plus froide et l'autre partie du tube à décharges, afin que ces deux parties puissent être vidées d'air simultanément et en une seule opération.
Conformément à l'invention on résoud cette difficul- té en faisant communiquer l'espace où la condensation de la vapeur métallique doit être évitée, par un conduit long et étroit avec l'espace qui est séparé à l'aide d'un écran de l'autre partie du tube où se trouve le trajet de décharge. La section de passage de ce conduit doit être faible et sa lon- gueur doit être grande, de façon que la vapeur métallique ne puisse pratiquement pas pénétrer dans la partie plus froide du tube à décharges. De préférence, le conduit, où une condensa- tion de la vapeur métallique doit être évitée, fait saillie dans cette partie plus froide.
On a constaté que pour la fa- brication du tube à décharges le conduit étroit constitue une conmunication suffisante entre les différentes parties du tu- be, pour que ces dernières puissent être vidées d'air simulta- nément. Dans la plupart des cas la largeur du conduit sera du même ordre de grandeur que le parcours libre des atomes de l'atmosphère gazeuse du tube à décharges, ou inférieure à
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cette valeur, tandis que la longueur du conduit doit être plusieurs fois, par exemple cinq fois, mais de préférence vingt fois plus grande que la largeur du conduit ou encore da- vantage.
Il est avantageux que l'écran blindant la partie plus froide du tube à décharges pendant le fonctionnement, soit fait au moins en partie en métal, par exemple en ferrochrome, et soit scellé à la paroi du tube à décharges. De la sorte on peut obtenir une fermeture parfaite de la partie plus froide.
Afin de soustraire l'écran métallique à l'action de la déchar- ge, il est à recommander de garnir cet écran du côté faisant face à l'espace de décharge, d'une pellicule de verre.
Les fils d'alimentation des électrodes sont protégés parfois contre la décharge par une couche isolante qui les re- couvre ou par un cylindre isolant qui les entoure. Or, un pa- reil cylindre peut aussi être utilisé pour établir la communi- cation entre les parties différentes du tube à décharges.
Dans ce cas on fait passer à travers le conduit long et étroit un fil d'alimentation de l'une des électrodes, en prévoyant un certain jeu entre ce fil et le tube qui l'entoure.
Si le tube à décharges comporte un pied et lorsque l'espace entourant ce dernier est séparé de l'espace de déchar- ge proprement dit à l'aide d'un écran qui s'étend jusqu'à la paroi du tube, un tube long et étroit peut traverser cet écran, être conduit le long du pied et être fixé à ce dernier, par exemple à l'aide d'un agglutinant se composant d'une solution de suif dans du verre soluble.
La présente invention permet de luter le bord de l'écran de façon étanche et à cet effet on peut utiliser une matière pâteuse, par exemple une solution de suif dans du verre soluble.
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On peut encore augmenter la durée d'un tube à dé- charges de ce genre par des mesures spéciales. Apres un long fonctionnement, une partie du métal vaporisable pénètre sou- vent dans l'espace fermé du tube où la vapeur métallique se condense, ce qui amène des inconvénients à la longue, car les parties en verre qui se trouvent dans cet espace et sont in- capables de résister à cette vapeur sont attaquées par la va- peur métallique de telle façon qu'il peut en résulter une dé- térioration du tube. Lorsque, par exemple, le pied d'un tube à décharges à vapeur de sodium est fait en verre au plomb ce pied est affaibli par l'attaque chimique et dans ce cas il éclate souvent.
Le risque d'éclatement du pied se trouve par- ticulièrement augmenté par le fait que par la mise en et hors circuit du tube pendant son fonctionnement le pied s'échauffe et se refroidit alternativement. Si l'espace fermé ne contient que des parties en verre capables de résister à la vapeur mé- tallique, on court le risque que la vapeur se dépose entre deux fils d'alimentation qui présentent une différence de po- tentiel l'un par rapport à l'autre, ce qui peut donner lieu à des courants de grimpement qui peuvent détériorer le tube.
Dans un mode d'exécution de l'invention, on prévoit une substance se combinant avec la vapeur métallique au voisi- nage de l'extrémité du conduit débouchant dans l'espace fermé.
Dans ce cas la vapeur métallique pénétrant jusqu'à cette subs- tance est empêchée, par suite de cette combinaison, d'exercer une action fâcheuse dans l'espace fermé. Cette substance peut être constituée, par exemple, d'un composé chimique ou d'une autre matière produisant avec la vapeur métallique, une réac- tion chimique n'engendrant que des matières solides. Dans le cas où l'espace de décharge contient des vapeurs de métaux
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alcalins, plus particulièrement de la vapeur de sodium, on peut utiliser par exemple de l'oxyde de plomb, du bioxyde d'étain et de l'oxyde de tungstène. Dans ce cas on peut aussi employer du verre d'une espèce qui est attaquée par le métal alcalin, par exemple du verre plombifère.
Cette substance peut aussi être constituée par le tellure qui réagit avec la vapeur de sodium et produit du tellurure de sodium. Au lieu d'utiliser une matière réagissant chimiquement on peut aussi utiliser des métaux formant un alliage avec la vapeur métal- lique, par exemple l'étain, le plomb ou le zinc. En outre on peut utiliser du fluorure de calcium qui adsorbe fortement la vapeur de sodium, plus particulièrement lorsqu'il est obtenu sous forme d'une couche active par sublimation dans le vide.
Il va sans dire que comme vapeur renfermée dans le tube on peut aussi utiliser, au lieu de sodium, d'autres va- peurs métalliques. Il est facile d'indiquer pour chaque vapeur métallique une ou plusieurs substances pouvant se combiner avec la vapeur utilisée. Si le tube contient, par exemple, de la vapeur de césium on peut utiliser pour fixer cette vapeur, par exemple soit du verre plombifère ou de l'oxyde de tungstè- ne réagissant chimiquement sur la vapeur de césium, soit de l'étain ou du plomb qui forment un alliage avec la vapeur de césium, soit du graphite qui absorbe cette vapeur. On peut aussi utiliser du verre plombifère ou de l'étain, par exemple, en présence de vapeur de magnésium ou de lithium. La vapeur de thallium se combine très bien en un alliage avec l'étain ou le plomb.
Il faut naturellement prendre soin que la pression de vapeur de la substance utilisée pour fixer la vapeur métal- lique et des produits engendrés lors de cette fixation ne soit 'pas trop élevée, pour qu'elle ne nuise pas au bon fonctionne- ment du tube. En outre, on comprendra qu'on peut aussi utiliser
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plusieurs matières,éventuellement des mélanges, pouvant se combiner avec la vapeur métallique.
De préférence, le conduit est entouré à son extré- mité débouchant dans l'espace fermé par une enveloppe qui est fermée au point situé en regard de l'orifice de sortie du con- duit. Cette enveloppe est constituée au moins du côté faisant face au conduit par une substance du genre mentionné ci-dessus, à savoir par une matière se combinant avec la vapeur métalli- que. Le courant de vapeur métallique sortant du conduit frappe cette enveloppe et se combine alors avec la substance en ques- tion. On obtient une construction simple en entourant l'ex- trémité du conduit d'un tube concentrique qui est fermé d'un côté et fait en verre d'une espèce se combinant avec la vapeur métallique.
Une autre forme d'exécution consiste à constituer la paroi du conduit en partie par ladite substance. Le conduit peut être constitué, par exemple, par un tube d'oxyde de ma- gnésium et dans ce cas on peut prolonger ce tube par un tube en verre d'une espèce appropriée, par exemple du verre au plomb. La paroi intérieure du conduit peut aussi être recou- verte en partie de cette substance.
Dans certains cas la substance utilisée pour fixer la vapeur métallique peut être telle que la fixation de cette vapeur provoque une modification du volume de la substance telle que l'orifice de passage du conduit soit réduite, par exemple, dans le cas où le tube contient de la vapeur de cé- sium et du graphite pour la fixation de cette vapeur. Le gra- phite, par exemple, peut être sous la forme d'un petit cylin- dre comprimé logé avec jeu dans l'extrémité du conduit. Ce cylindre n'est pas gênant pour la vidange d'air du tube, mais @
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lorsqu'il absorbe la vapeur de césium il gonfle, ce qui a pour effet de réduire l'orifice libre du conduit, ou même de fermer complètement ce dernier.
On comprendra mieux comment l'invention peut être réalisée en se référant au dessin annexé qui en représente schématiquement, à titre d'exemple, trois formes d'exécution.
Le tube à décharges représenté sur la Fig.l est des- tiné à l'émission de rayons lumineux. La paroi de ce tube est désignée par 1, 2 désignant le pincement qui est traversé par les fils d'alimentation des électrodes. Ce pincement se trouve à l'extrémité du pied 3. Les électrodes sont constituées par une cathode à incandescence 4 qui est garnie d'une matière à haut pouvoir émissif d'électrons, par exemple d'oxyde alcali- no-terreux, et par deux anodes 5 en forme de plaque disposées des deux côtés de la cathode à incandescence. Le tube contient une certaine quantité de gaz rare, par exemple de néon sous une pression de 1 millimètre. La partie sphérique du tube à décharges renferme une certaine quantité de sodium qui produit la vapeur de sodium dans le tube.
Afin que cette vapeur de sodium atteigne une pression suffisante on fait fonctionner le tube à une intensité de courant telle que la partie sphérique du tube soit portée à une température élevée, ce qu'on peut faciliter en logeant le tube à décharges dans une seconde am- poule où l'on a fait le vide ou en entourant le tube par une ampoule à double paroi évacuée.
Pendant le fonctionnement l'espace entourant le pied constitué par le pincement 2 et le tube 3 est porté à une tem- pérature inférieure à celle de l'espace limité par la partie sphérique de la paroi du tube. Si on ne prenait pas des mesu- res spéciales la vapeur de sodium se condenserait, par suite, dans l'espace entourant le pied et la pression dans le tube
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entier tomberait à la valeur correspondant à la température oui règne dans la partie inférieure du tube à décharges, ce qui aurait pour conséquence une pression trop basse de la va- peur de sodium. Cet inconvénient est évite par l'écran 6 dis- posé entre le pincement 2 et la partie supérieure du tube. Cet écran est constitué par une matière résistant à la chaleur, par exemple du mica, et s'étend jusqu'à la paroi du tude à dé- charges.
Juste au dessus de l'écran cette paroi présente une partie rentrante 7 et en outre on lute de façon étanche le bord de l'écran à l'aide d'une substance pâteuse 8 se compo- sant, par exemple, d'une solution de suif dans du verre solu- ble. De la sorte on obtient une fermeture parfaite de l'espace en-dessous de l'écran et de celui au-dessus de l'écran, de sorte que la vapeur de sodium ne peut se condenser dans l'es- pace en-dessous de l'écran.
Toutefois, par suite de la disposition de l'écran on ne pourrait pas faire le vide dans l'espace entourant le pied et simultanément dans le tube à décharges proprement dit.
On évite cet inconvénient en prévoyant le tube long et étroit 9 qui est fait, par exemple en oxyde de magnésium et a une section de 1 mm2 et une longueur de 2 cm. Ce tube traverse sans jeu l'écran 6, et son extrémité inférieure longe le pied 3. Pour obtenir un montage rigide du tube 9, on le colle au pied 3, par exemple au moyen d'une solution de suif dans du verre soluble.
Lorsqu'on fait le vide dans le tube à décharges au cours de sa fabrication, ce qui peut s'effectuer en le reliant par son extrémité supérieure à une pompe à vide, le tube 9 établit une communication convenable entre les deux parties du tube à décharges séparées l'une de l'autre par l'écran 6, pour faire'le vide simultanément. Par suite de la petite section
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et de la longueur relativement grande du tube, la vapeur de sodium se déplacera très lentement dans le tube 9 pendant le fonctionnement du tube à décharges. En outre une partie de cette vapeur se déposera à l'état de métal dans l'extrémité inférieure du tube 9.
La Fig. 2 représente la partie inférieure d'un au- tre tube à décharges conforme à l'invention. Dans ce tube on obtient une séparation complète entre la partie inférieure et l'espace de décharge proprement dit à l'aide de l'écran en fer- rochrome 10 dont le bord est scellé à la paroi du tube. La sur- face supérieure de l'écran 10 est garnie d'une pellicule de verre 11 protégeant l'écran en ferrochrome contre l'action de la décharge. L'écran 10 est percé de quatre trous ronds par lesquels passent les tubes isolants 12 et 13 faits, par exem- ple, en oxyde de magnésium et fixés à l'écran 10 au moyen du verre recouvrant cet écran. Les tubes 12 et 13 sont traversés par les fils d'alimentation 14 aboutissant aux électrodes qui ne sont pas représentées sur la Fig. 2.
Les tubes 12 entourent très étroitement ces fils d'alimentation, mais entre le tube 13 et le fil d'alimentation le traversant est prévu un certain jeu. Le conduit ainsi formé établit entre les deux parties du tube à décharges la communication requise pour permettre d'y faire le vide, mais il empêche la distillation de la vapeur métallique.
Les fils aboutissant aux électrodes sont scellés dans le pincement 15 pratiqué à l'extrémité du tube à déchar- ges et reliés aux fils d'alimentation. Les tubes isolants 12 qui protègent les fils aboutissant aux électrodes contre l'action de la décharge, pénètrent dans le pincement 15 mais le tube 13 se termine à une faible distance de ce pincement .pour établir la communication entre les deux parties du tube
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à décharges séparées par l'écran 10.
Le tube à décharges représenté sur la Fig. 3 compor- te une ampoule en verre 16 dont la paroi intérieure est cons- tituée par du verre au boro-silicate qui contient une faible quantité d'acide silicique et est capable de résister aux va- peurs de métaux alcalins, plus particulièrement à la vapeur de sodium. La paroi extérieure de l'ampoule est faite en verre ordinaire. Le pied 17 et le pincement 18 sont en verre plombi- fère. A l'aide de l'écran 19 fait, par exemple, en ferrochro- nie ou en mica, le tube à décharges est divisé en deux parties.
L'espace de décharge contient la cathode à incandescence 20 enroulée en forme d'hélice, que le dessin montre vue de côté, et deux anodes annulaires 21 montées sur le pincement 18. Les fils d'alimentation aboutissant aux électrodes sont entourés de tubes isolants. Le tube à décharges est rempli d'un gaz rare, par exemple de néon, sous une pression de 2 millimètres envi- ron, et l'espace de décharge contient une certaine quantité de sodium.
L'écran 10 qui entoure étroitement les tubes isolants des fils d'alimentation aboutissant aux électrodes présente un bord rabattu qui s'applique contre la partie rentrante 22 de la paroi du tube. Le joint de la fermeture est luté à l'aide d'un agglutinant approprié, par exemple une solution de suif dans du verre soluble. Le tube 23 en oxyde de magnésium a une faible section et une grande longueur et traverse l'écran 19.
Ce tube permet de faire le vide dans tout le tube à décharges en même temps, tandis que la vapeur de sodium ne pénètre qu'ex- trèmement lentement dans l'espace inférieur fermé du tube pen- dant son fonctionnement. Toutefois, les faibles quantités de vapeur pénétrant dans cet espace du tube après qu'il a fonction- né longtemps, attaqueraient à la longue le verre du pied de
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telle façon que les propriétés du verre seraient modifiées en- tièrement et que le pied éclaterait.
Pour éviter cet inconvénient l'extrémité inférieure du tube 23 est entourée par le cylindre 24 en verre plombi- fère, qui est fixé au pied 17 à l'aide d'un agglutinant. L'ex- trémité inférieure du cylindre 24 est fermée de sorte que la vapeur métallique sortant du tube 23 passe le long de la paroi du cylindre 24 et est fixée chimiquement par le verre plombifè- re. En cas de besoin on peut emboîter le cylindre 24 dans un second cylindre en verre plombifère qui est ouvert par son ex- trémité inférieure et dont l'extrémité supérieure s'applique d'une manière étanche contre le tube 23 ou contre l'écran 19.
Il va sans dire qu'on peut remplacer le verre plom- bifère par d'autres matières pouvant se combiner avec la va- peur métallique aux températures entrant en jeu pendant le fonctionnement du tube. La paroi intérieure du cylindre 24 peut, par exemple être recouverte d'étain et dans ce cas le cylindre peut avantageusement être fait en cuivre. Il est aussi possible de prévoir la substance fixant la vapeur métallique dans l'ex- trémité inférieure du tube 23. La paroi intérieure de cette extrémité peut être garnie de verre plombifère ou d'étain ou bien on peut fixer dans le tube 23 un fil de cuivre étamé.
En général la substance fixant la vapeur sera dis- posée de telle façon que cette vapeur soit fixée dans le long conduit ou immédiatement après l'avoir quitté. Il est éven- tuellement aussi possible de disposer la substance sur la paroi de l'espace fermé.