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PERFECTIONNEMENT AUX TUBES ELECTRONIQUES A'DECHARGEo
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hsinvention concerne des tubes électroniques remplis d'une atmos- phère ionieal3.e et plus particulièrement les tubes dits "à cathode liquide" utilisant une électrode deamorgage plongeant constamment dans le liquide.
On connaît dé nombreux types de réalisations industrielles de tels tubes.
Dans 19un de ces types, l'électrode d9amorage est constituée en carbure ou en un mélange de carbures frittés coopérant avec une cathode en mercure. De tels tubes sont couramment utilisés et leurs performances sont intéressantes,
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en particulier dans les cas où 1-lon peut négliger la chute de tension due à l'arc!) cette chute de tension pouvant atteindre 10 V. et plus. Dans les ap-
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plications à plus basse tension, la chute de tension dans l!)arc constitue un inconvénient important réduisant l'intéimêt de ces tubes.
Conformément à l'invention, on réalise un tube à cathode métallique comportant une électrode d!)amorçage et présentant une chute de tension interne, due à Parc!) beaucoup plus faible Ce résultat est obtenu en utilisant comme atmosphère ioxaisablea non plus de la vapeur de mercure comme il est d9usage9 mais de la vapeur de césium.
L-'on a déjà proposé d9utiiise de la vapeur de césium dans les tubes à cathode chaude, c es t â.ire dans les tubes où la conductibilité est assurée par le faisceau électronique issu de la cathode par émission thermo- électrique. L'on n'a cependant jamais utilisé, jusqu'à présent., de la va- peur de césium dans un tube à cathode métallique où la conductibilité est
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assurée par Parc jaillissante dans une atmosphère ionisables entre une tache cathodique amorcée szur une cathode métallique et une anode portée à un po- tentiel supérieur à la cathode.
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Conformément à 1?invention, le dispositif d9amorrage est du type
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dit "capacitif" comportant un isolant entourant l'électrode d'amorcage pro- prement dite et évitant tout contact direct entre celle-ci et la cathodeo
Il est en effet impossible d'utiliser,pour amorcer les tubes conformes à l'invention, des dispositifs d'amorgage couramment utilisés dans le cas de tubes à cathode de mercureo
Les cathodes en carbure fritté ne pourraient en effet plus créer de tache cathodique car elles seraient mouillées par le césium cathodique ; d'autre part, elles sont également attaquées par ce métal.
Conformément à l'invention, il est prévu de réaliser la cathode en un métal ou en un alliage de métaux de la famille des métaux alcalins tels le césium, le potassium, le sodium, etcoo Les alliages de césium avec le potassium ou le sodium présentent l'avantage d'être liquides à tempéra- ture plus basse que les métaux purs et, pour certaines compositions, leur point de fusion est inférieur à la température ambiante à laquelle se trou- vent portés ordinairement les tubes.
L'invention est donc caractérisée par l'utilisation d'une catho- de en métal alcalin ou en alliage de métaux alcalins et par les moyens de réalisation d'un tel tube, portant principalement sur le dispositif d'amor- gage de la tache cathodiqueo Il est en effet essentiel de réaliser un dis- positif d'amorçage, que l'on préfère du type capacitif, présentant une ré- sistance superficielle élevée bien qu'elle baigne dans un métal alcalin ou' dans la vapeur d'un tel métal.
L'invention sera bien comprise en se reportant à la description suivante et aux figures qui l'accompagnent.
On a représenté., sur la figure 1, un tube à enveloppe métallique constituée par deux cylindres ouverts à l'une de leurs extrémités 2 et 30 Les ouvertures des cylindres sont munies de collerettes 3 et 4 grâce aux- quelles on peut assembler ces deux pièces. On réalise un joint étanche entre les collerettes 3 et 4, par tout moyen connu en soi. L'anode 5, qui peut être constituée en un métal tel que le cuivrer est supportée par un conduc- teur rigide 6, isolé de l'enveloppe métallique par le manchon isolant 10 reposant sur un épaulement de la pièce cylindrique 9 et soudé à celle-ci.
L'enveloppe est terminée, de façon étanche., par le manchon métallique 7, scellé au manchon isolant 10, d'une part, et à un épaississement terminal 8 du conducteur 6, d'autre part. Un conducteur flexible anodique 11 est sou- dé, par exemple, à la partie terminale 8 du conducteur 6. Le manchon iso- lant 10 sera de préférence constitué en une céramique. Il peut être soudé aux pièces métalliques adjacentes en utilisant le procédé décrit dans le brevet frangais n 9490619, déposé par la demanderesse le 18 juillet 1947 et dans les additions au dit brevet.
La cathode est constituée par une masse de liquide conducteur, repérée en 12. Ce liquide est du césium ou un alliage de césium, tel un alliage césium-potassium ou césium-sodium ou encore un alliage de sodium et de potassium, par exemple. L'électrode d'amorçage créant la tache cathodique permettant l'établissement d'un arc entre l'anode 5 et la cathode 12 comporte un conducteur 13 traversant le bain cathodique et séparé de celui-ci par un manchon isolant 14. Ainsi qu'il apparaît sur la figure, le manchon 14 repo- se sur un collier solidaire de la partie inférieure de l'enveloppe. Le manchon 14 est de préférence constitué en une substance céramique., telle que l'oxyde ou le silicate de zirconium ou en oxyde d'aluminium.
Ces composi- tions sont préférées en ce qu'elles conviennent non seulement du point de vue du fonctionnement électrique du tube mais se trouvent également résister aux propriétés corrosives du césium mais il est bien entendu que les composi- tions citées sont données sans aucun caractère limitatif et que l'on peut réaliser le manchon 14 en toute céramique suffisamment résistante au liquide
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cathodique et à sa vapeuro Le manchon isolant 14 est-scellé au collier-15 par tout procédé connu., tel par exemple celui décrit-dans le brevet précité et ses additionso A 1?extrémité inférieure du manchon isolant est soude un cylindre terminal métallique 16, en contact électrique avec le conducteur 13 et fixé à celui-ci., par exemple,!) par soudure.
Selon une variante préférée de l'invention, le diamètre'du mari chon 14 est beaucoup plus grand que celui du conducteur 13 et l'espace com- pris entre ces deux éléments est rempli à l'aide d'une substance conductrice, par exemple des copeaux métalliques, tels de la paille de fera Il est égale- ment avantageux, bien que cela n'ait pas été représenté sur la figurede prolonger non seulement le manchon 14 mais encore le conducteur 13 au-dessus de la surface cathodique, quel que soit le niveau de celle-cio L'expérience a montré que, si 1?on se contente de réaliser le tube comme il vient d'être décrit,
on obtient sur le manchon isolant 14 et l'isolateur 10 un dépôt du métal cathodique condensé qui tendà établir un contact électrique superficiel le long de ces pièces. Dans le cas de l'isolateur 10, on effectue ainsi un court-circuit entre l'anode et la cathode. Dans le cas-du manchon 14, il se forme un court=circuit entre le manchon 14 et l'électrode 13,par l'intermé- diaire du conducteur de remplissage 17. Cet inconvénient est supprimé, con- formément à 1?invention, en disposant une mince couche de verre sur la sur- face intérieure de 1?isolateur 10.ainsi qu'il est représenté en 18 et sur la portion du manchon 14 dépassant le niveau de la cathode liquide, ainsi qu'il apparaît en 19.
De préférence¯, le revêtement vitreux sur le manchon commence à environ 6 mmo du niveau de la surface liquide. Ce revêtement vi- treux peut être obtenu par fusion de poudre de verre disposée sur ces surfa- ces, ou en fondant un anneau de verre à leur contact.
Il est bien évident que les compositions de verre qui peuvent con- venir doivent résister au césium.
Conformément à l'invention, on utilise un verre dont la composi- tion est la suivante : - Silice ........ 37% - Anhydride borique ..... 18% - Alumine 000000000000000 10% - Oxyde de barium ........ 35%
Il existe d'autres verres présentant une résistance suffisante au césium, et il est bien entendu qu'ils peuvent également être utilisés.
On a longtemps cru qu'il était impossible d9utiliser le verre comme isolant en présence de césium car celui-ci se trouvait rapidement at- taqué par le métal. Or!) cette attaque résulte principalement du fait qu'il existe, au voisinage du scellement verre-métal, de l'oxyde métallique formé lors du scellement. L'utilisation d'un revêtement de verre sur un isolateur déjà soudé aux pièces métalliquesainsi qu'on vient de le d'écrire, permet de réaliser des joints métal-céramique ne présentant pas l inconvénient cité et ainsi de préserver les propriétés isolantes du verre.
Le point de fusion du césium métallique est de 28 5 C. Les allia- ges césium-potassium., césium=sodium ou sodium-potassium présentent un point de fusion plus faible et certains d'entre-eux sont liquides à la température ambiante. Même lorsque l'on utilise du césium métalliques il existe tou- jours suffisamment d9oxyde de césium dans le métal pour faire baisser le point de fusion en-deçà de 28 5 de sorte que 1?on a une cathode liquide à la température ambiante.
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Ainsi qu'il est bien connu de l'homme de l'art, l'amorçage du tu- be qui vient d'être décrit est assuré en appliquant une impulsion relativement courte entre le conducteur 13 du dispositif d'amorçage et la cathode 12. Si la tension est d'amplitude suffisante, il se forme une tache cathodique au voisinage du manchon isolant 14, sur la surface du bain. Si le tube est rem- pli de vapeur de césium et que l'on applique entre l'anode 5 et la cathode 12 une tension positive., un arc jaillit entre ces deux électrodes. La vapeur de césium constitue un milieu ionisable de résistance interne suffisamment faible lorsque la température de la cathode est voisine de 150 .
Au moment de l'amorçage initial, la cathode peut être chauffée à une température de l'ordre de 125 à 150 de façon à établir une pression de vapeur de césium susceptible de favoriser l'amorçage de l'arc. Il est préférable cependant de disposer dans l'enveloppe une certaine quantité de gaz inerte tel le xénon, 1?argon, le cryptons le néon, ou tout autre gaz., qui forme un milieu ionisa- ble, même si la température de la cathode est notablement inférieure à celle nécessaire pour que la vapeur de césium ait atteint la pression correspondan- te.
On peut établir, à l'aide du gaz inerte., une pression comprise entre 5 et 100 microns à 20 C. Lorsque le conducteur 13 de l'électrode du dispositif d'amorçage dépasse le niveau du bain cathodique, l'ionisation du gaz au voisinage de cette structure assure une connexion à basse impédance entre ce conducteur et le manchon 14 en contact avec la cathode. On élimi- ne ainsi automatiquement la différence de potentiel existant entre ces élec- trodes,dès la formation de la tache cathodique. Dans certains tubes réali- sés selon 1-'invention, la chute de tension due à l'arc est de l'ordre de 5 Vo ce qui permet d'utiliser ces tubes lorsque l'on désire réduire au minimum la chute de potention interne du tube.