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Tube à décharges électriques comportant une électrode à émission secondaire.
La présente invention concerne un tube à décharges électriques, dont le système d'électrodes comprend au moins une électrode à émission secondaire qui est recouverte d'une matière capable d'une forte émission d'électrons secondaires constituée par des composés de métaux alcalins et une très faible quantité de métal alcalin libre. Ces électrodes à émission secondaire s'appellent aussi "cathodes auxiliaires".
On sait que le nombre d'électrons secondaires, qu'une électrode recouverte de composés alcalins avec une faible quantité de métal alcalin peut débiter par électron y tombant, est fonction de la quantité de métal libre. Vis à vis d'une quantité déterminée du métal libre s'établit le facteur maximum de l'émission secondaire, par quoi l'on entend le nombre qui indique la quantité d'électrons secondaires dégagés par électron primaire.
Il s'est avéré que pour une pression constante de la vapeur du métal alcalin dans le tube la quantité du métal libre sur l'électrode à émission secondaire est fonction en premier lieu de là température de l'électrode à émission secondaire, qui à son tour est fonction en substance de sa charge. Pour une charge élevée, c'est-à-dire un grand nombre d'électrons primaires tombant sur l'électrode à émission secondaire cette dernière atteindra une température plus élevée, ce qui fait évaporer une certaine quantité du métal alcalin. Si la charge est faible la cathode auxiliaire atteint une température plus faible, de sorte qu'il se trouvera sur l'électrode une plus grande quantité de métal alcalin.
Une température déterminée de la cathode auxiliaire créera exactement la quantité du métal alcalin qui donne le facteur maximum de l'émission secondaire. Si l'on utilise un capteur qui se combine avec le métal alcalin dans une assez grande mesure pour que sa pression de vapeur dans le tube devienne sensiblement zéro,. la charge de la cathode auxiliaire ne doit pas dépasser une valeur déterminée, parce que dans ce cas la température de cette électrode monte jusqu'à une valeur à laquelle le facteur de l'émission secondaire ne peut plus avoir sa valeur maximum. En fait, le métal
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alcalin se vaporisant alors est fixé immédiatement.
Dans les tubes connus jusqu'ici cela constitue un grand inconvénient de l'utilisa- tion d'électrodes à émission secondaire, dont la surface est cons- tituée par une couche active qui contient des composés de métaux alcalins et une faible quantité de métal alcalin. On peut régler cette température par refroidissement artificiel ou en appliquant des revêtements à fort pouvoir de rayonnement de la chaleur. Toute- fois, cela rend la construction du système d'électrodes plus com- pliqué et on ne doit jamais dépasser une charge déterminée de la cathode auxiliaire. La présente invention procure un moyen d'évi- ter ces inconvénients.
Un tube à décharges électriques conforme à l'invention contient un système d'électrodes qui, en outre des électrodes usuelles telles que la cathode, l'électrode de commande, l'anode etc. comprend au moins une électrode à émission secondaire qui est revêtue d'une couche active constituée par des composés de métaux alcalins et une faible quantité de métal alcalin, le tube étant caractérisé en ce qu'il contient un capteur d'adsorption spécial qui peut se combiner avec le métal alcalin et dont la quantité est assez grande pour que le facteur de l'émission secondaire de la cathode auxiliaire ait la valeur maximum au cours du fonctionne- ment du tube sounis aux tensions et courants prescrits.
Les tubes à décharges électriques réalisés conformément à la présente invention peuvent, en ce qui concerne les électrodes à émission secondaire et tout en conservant le facteur maximum de l'émission secondaire, être chargés plus fortement que les tubes connus jusqu'ici et munis du mêae système d'électrodes, sans que l'on ait recours à des moyens constructifs ou technologiques pour le refroidissement de la cathode auxiliaire. Par "capteur d'adsorp- tion spécial" on entend en l'espèce une matière pouvant absorber du metal alcalin en présence d'une pression de vapeur déterminée à la température créée dans le tube et le céder rapidement lorsque la pression de vapeur baisse, de sorte que la pression de vapeur est maintenue constante entre des limites déterminées.
Par la on entend, par exemple, des moyens d'adsorption tels que le carbone actif et certains métaux tels que l'étain et le plomb.
L'explication du fait, constaté dans les tubes conformes à l'invention, que le facteur de l'émission secondaire a sa valeur maxi.num pendant le fonctionnement du tube, est probablement la suivante: Le capteur d'adsorption spécial maintient dans le tube une pression de vapeur déterminée du métal alcalin, laquelle pression est pratiquement fonction seulement de la quantité du capteur pourvu qu'on prenne soin que la température du capteur demeure constante. La pression à l'intérieur du tube ne varie donc pas par suite de la vaporisation d'une faible quantité de métal alcalin à partir de la cathode auxiliaire. La température de la cathode auxiliaire est fonction de sa charge qu'on détermine préalablement pour chaque genre spécial de tubes en rapport avec les conditions que doit remplir le tube plus tard.
cette tempé- rature l'équilibre s'établit entre la pression de vapeur dans le tube qui, comme on l'a dit plus haut, est sensiblement constante, et la quantité de métal alcalin sur la cathode auxiliaire. Du fait que la quantité du métal alcalin détermine le facteur de l'émission secondaire, la pression de vapeur à l'intérieur du tube doit être telle, si l'on veut donner à ce facteur sa valeur maximum, qu'à la température de la cathode auxiliaire cette quantité de métal alcalin soit en effet en équilibre avec la pression de vapeur créée. Conformément à l'invention on donne à cette pression de vapeur la valeur convenable pour remplir cette condition en choisissant judicieusement la quantité du capteur.
En bref, on choisit la quantité du capteur de telle façon que la pression de
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vapeur du métal alcalin dans le tube corresponde à la pression de vapeur du métal alcalin qui règne au-dessus de l'électrode à émis- sion secondaire à la température qu'elle acquiert pendant le fonc- tionnement du tube soumis aux tensions et courants prescrits.
La détermination de la pression de vapeur par la quantité du capteur de telle façon que cette dernière corresponde à la pres- sion de vapeur au-dessus de la cathode auxiliaire chargée a pour conséquence que pour une charge plus faible, où la température baisse, la quantité de métal alcalin sur la cathode auxiliaire devient plus grande qu'il n'est admissible pour le facteur maximum de l'émission secondaire. Une charge plus forte de la cathode auxiliaire conduit également à une diminution de démission se- condaire, parce qu'alors la quantité du métal alcalin devient plus faible que cela ne correspond au facteur maximum de l'émis- sion secondaire.
Dans la fabrication de tubes conformes à l'invention on choisit, comme on l'a dit plus haut, la quantité du capteur de telle façon que le facteur de l'émission secondaire atteigne sa valeur maximum pour les tensions et courants prescrits. On établit une petite série de tubes d'essai (par exemple six) complètement identiques et on introduit dans chaque tube une quantité différente du capteur. Le dégazage des tubes,la formation de la cathode etc. s'effectuent exactement de la même manière. En déterminant l'in- tensité de courant de la cathode auxiliaire pendant l'essai des tubes soumis aux tensions prescrites on peut facilement trouver le tube ayant le facteur maximum de l'émission secondaire.
Pour la fabrication en série des tubes du même genre on utilise alors la quantité du capteur douée du facteur maximum de l'émission se- condaire dans la série d'essai.
Un tube conforme à l'invention peut être réalisé comme suit. La cathode auxiliaire est constituée par une bande de cuivre oxidé à l'air. Après le montage dans le système d'électrodes, d'ailleurs conçu de la manière normale, on complète le tube en disposant une cuvette contenant 110 mg d'un mélange d'une partie de chromate de césium et quatre parties de zirconium métallique, le césium pouvant être libéré par chauffage de ce mélange. De plus on introduit dans le tube une cuvette métallique recouverte d'une couche mince de carbone actif obtenue en précipitant une quantité de 100 mg à partir d'une solution colloïdale vendue sous le nom de "Aquadag". En effet, une série d'essai a révélé que ce genre spé- cial de tubes contenant cette quantité du capteur donne le facteur maximum de l'émission secondaire.
Après l'exhaustion du tube à la pompe et la formation de la cathode primaire on libère le césium par chauffage, puis on scelle le tube et le met en service pen- dant une heure, après quoi on chauffe encore pendant une heure à une température de 160 dans un four, sans soumettre le tube à une tension. En essayant le tube on trouvera que pour la charge prescrite le facteur de l'émission secondaire aura une valeur de 5. 5 à 6 ; une charge plus faible il ne sera que de 4. 5 à 5.
Dans un mode d'exécution de l'invention on applique le capteur sur l'électrode à émission secondaire ou au voisinage de cette dernière, de sorte que la température du capteur est fonction de la température de l'électrode à émission secondaire. Il en ré- sulte que la pression de vapeur dans le tube devient fonction de la température de la cathode auxiliaire et donc de sa charge. De la sorte on peut assurer que la quantité de métal alcalin sur la cathode auxiliaire, qui donne le facteur maximum de l'émission secondaire à la température déterminée par la charge, est toujours en équilibre avec cette pression de vapeur.
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Dans un tube à décharges comportant plusieurs électrodes à émission secondaire soumises à des charges différentes, on peut, suivant un mode d'exécution spécial de l'invention, choisir les dimensions, la nature et la position de ces cathodes auxiliaires de telle façon qu'elles atteignent sensiblement'les mêmes tempé- ratures malgré les charges différentes. Chaque électrode travaille alors avec son facteur maximum de l'émission secondaire. Ce réglage est très utile, par exemple pour les tubes multiplicateurs.
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Electric discharge tube comprising a secondary emission electrode.
The present invention relates to an electric discharge tube, the electrode system of which comprises at least one secondary emission electrode which is coated with a material capable of high secondary electron emission consisting of compounds of alkali metals and a very low amount of free alkali metal. These secondary emission electrodes are also called "auxiliary cathodes".
It is known that the number of secondary electrons, which an electrode covered with alkali compounds with a small quantity of alkali metal can deliver per electron falling therein, is a function of the quantity of free metal. With respect to a determined quantity of free metal the maximum factor of the secondary emission is established, by which is meant the number which indicates the quantity of secondary electrons given off per primary electron.
It has been found that for a constant pressure of the alkali metal vapor in the tube, the amount of free metal on the secondary emission electrode is primarily a function of the temperature of the secondary emission electrode, which in its turn. turn is essentially a function of its load. For a high load, that is to say a large number of primary electrons falling on the secondary emission electrode, the latter will reach a higher temperature, which causes a certain amount of the alkali metal to evaporate. If the load is low the auxiliary cathode reaches a lower temperature, so that there will be on the electrode a greater amount of alkali metal.
A determined temperature of the auxiliary cathode will create exactly the amount of the alkali metal which gives the maximum factor of the secondary emission. If one uses a sensor which combines with the alkali metal to a large enough extent that its vapor pressure in the tube becomes substantially zero ,. the charge of the auxiliary cathode must not exceed a determined value, because in this case the temperature of this electrode rises to a value at which the factor of the secondary emission can no longer have its maximum value. In fact, the metal
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alkaline vaporizing then is fixed immediately.
In the tubes known hitherto this constitutes a great drawback of the use of secondary emission electrodes, the surface of which is constituted by an active layer which contains compounds of alkali metals and a small amount of alkali metal. . This temperature can be regulated by artificial cooling or by applying coatings with high heat radiating power. However, this makes the construction of the electrode system more complicated and a certain load of the auxiliary cathode should never be exceeded. The present invention provides a means of avoiding these drawbacks.
An electric discharge tube according to the invention contains an electrode system which, in addition to customary electrodes such as the cathode, the control electrode, the anode etc. comprises at least one secondary emission electrode which is coated with an active layer consisting of compounds of alkali metals and a small amount of alkali metal, the tube being characterized in that it contains a special adsorption sensor which can be combine with the alkali metal and the quantity of which is large enough so that the secondary emission factor of the auxiliary cathode has the maximum value during the operation of the tube at the prescribed voltages and currents.
The electric discharge tubes produced in accordance with the present invention can, as regards the secondary emission electrodes and while retaining the maximum factor of the secondary emission, be charged more strongly than the tubes known hitherto and provided with the same. electrode system, without recourse to constructive or technological means for cooling the auxiliary cathode. By "special adsorption sensor" is meant in this case a material capable of absorbing alkali metal in the presence of a determined vapor pressure at the temperature created in the tube and giving it up rapidly when the vapor pressure drops, so that the vapor pressure is kept constant between determined limits.
By is meant, for example, adsorption means such as active carbon and certain metals such as tin and lead.
The explanation of the fact, observed in the tubes according to the invention, that the secondary emission factor has its maximum value during the operation of the tube, is probably as follows: The special adsorption sensor maintains in the tube a determined vapor pressure of the alkali metal, which pressure is practically a function only of the quantity of the sensor provided care is taken that the temperature of the sensor remains constant. The pressure inside the tube therefore does not vary as a result of the vaporization of a small quantity of alkali metal from the auxiliary cathode. The temperature of the auxiliary cathode is a function of its charge, which is determined beforehand for each special type of tube in relation to the conditions which the tube must fulfill later.
this temperature equilibrium is established between the vapor pressure in the tube, which, as stated above, is substantially constant, and the quantity of alkali metal on the auxiliary cathode. Since the quantity of the alkali metal determines the factor of the secondary emission, the vapor pressure inside the tube must be such, if this factor is to be given its maximum value, that at the temperature of the auxiliary cathode this quantity of alkali metal is in fact in equilibrium with the vapor pressure created. In accordance with the invention, this vapor pressure is given the appropriate value to fulfill this condition by judiciously choosing the quantity of the sensor.
In short, we choose the quantity of the sensor in such a way that the pressure of
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vapor of the alkali metal in the tube corresponds to the vapor pressure of the alkali metal which prevails above the secondary emission electrode at the temperature which it acquires during the operation of the tube subjected to the prescribed voltages and currents .
Determining the vapor pressure by the sensor quantity in such a way that the latter matches the vapor pressure above the charged auxiliary cathode has the consequence that for a lower load, where the temperature drops, the amount of alkali metal on the auxiliary cathode becomes larger than permissible for the maximum factor of secondary emission. A higher load on the auxiliary cathode also leads to a decrease in secondary emission, because then the amount of the alkali metal becomes smaller than that corresponds to the maximum factor of the secondary emission.
In the manufacture of tubes according to the invention, the quantity of the sensor is chosen, as stated above, in such a way that the factor of the secondary emission reaches its maximum value for the prescribed voltages and currents. A small series of completely identical test tubes (eg six) are made and a different amount of the sensor is introduced into each tube. The degassing of the tubes, the formation of the cathode etc. are carried out in exactly the same way. By determining the amperage of the auxiliary cathode during the testing of tubes subjected to the prescribed voltages one can easily find the tube having the maximum factor of the secondary emission.
For the series production of tubes of the same type, the quantity of the sensor endowed with the maximum factor of the secondary emission in the test series is then used.
A tube according to the invention can be made as follows. The auxiliary cathode consists of a strip of copper oxidized in air. After mounting in the electrode system, which is moreover designed in the normal way, the tube is completed by placing a cuvette containing 110 mg of a mixture of one part of cesium chromate and four parts of metallic zirconium, the cesium which can be released by heating this mixture. In addition, a metal cuvette covered with a thin layer of active carbon obtained by precipitating a quantity of 100 mg from a colloidal solution sold under the name "Aquadag" is introduced into the tube. Indeed, a series of tests has revealed that this special type of tubes containing this quantity of the sensor gives the maximum factor of the secondary emission.
After exhausting the tube at the pump and forming the primary cathode the cesium is released by heating, then the tube is sealed and put into service for one hour, after which it is heated for another hour at a temperature. 160 in an oven, without subjecting the tube to tension. By testing the tube, it will be found that for the prescribed load the secondary emission factor will have a value of 5. 5 to 6; a lower load it will be only 4. 5 to 5.
In one embodiment of the invention, the sensor is applied to the secondary emission electrode or in the vicinity of the latter, so that the temperature of the sensor is a function of the temperature of the secondary emission electrode. As a result, the vapor pressure in the tube becomes a function of the temperature of the auxiliary cathode and therefore of its charge. In this way it can be ensured that the quantity of alkali metal on the auxiliary cathode, which gives the maximum factor of the secondary emission at the temperature determined by the load, is always in equilibrium with this vapor pressure.
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In a discharge tube comprising several secondary emission electrodes subjected to different charges, it is possible, according to a special embodiment of the invention, to choose the dimensions, the nature and the position of these auxiliary cathodes in such a way that they reach substantially the same temperatures despite the different loads. Each electrode then works with its maximum factor of the secondary emission. This setting is very useful, for example for multiplier tubes.