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IGNITEURS A COMMANDE PAR GRILLE POUR IGNITRONS.
La présente invention concerne les ignitrons qui peuvent être définis come étant des tubes à conduction asymétrique, à arc en atmosphère de vapeur, du type à bain et monoanodiques. !Au sens large de l'invention, on peut utiliser tqut métal cathodique vaporisable convenable propre à se reconstituer, y compris tous les métaux appropriés connus, dont le mercure, le césium, le cadmium, le rubidium, le potassium et peut-être d'autres.
L'invention a pour but général de procurer une grille isolée qui entoure, de près, l'igniteur ou électrode d'amorçage d'un tube de ce genre, et est disposée de façon à commander le champ électrostatique ou gradient dé potentiel près de la surface'de l'igniteur ou électrode d'amorçage.
Une grille de se genre présente, entre autres, l'avantage de pouvoir servir à régler l'instant où une tache cathodique est produite par l'igniteur ou électrode d'amorçage, sans placer aucun obstacle dans la trajectoire de décharge du courant spatial parcourue par les arcs qui peuvent s'établir entre tout le reste de la surface du bain cathodique et l'anode principale du dispositif.
La grille spéciale entourant l'igniteur peut aussi jouer un rôle importait en protégeant l'igniteur ou électrode d'amorçage contre le rétablissement d'un arc après que l'arc initial sur l'igniteur a été transféré µdes taches cathodiques en d'autres points de la surface du bain cathodique, parce que la grille spéciale de l'invention, qui est limitée à la région entourant de près l'igniteur ou électrode d'amorçage, est ou peut être capable d'exercer une influence importante sur le champ électrique ou gradient de potentiel, même quand le tube laisse passer de forts courants produits par des arcs aboutissant à des taches cathodiques éloignées du voisinage immédiat de l'igniteur ou électrode d'amorçage,
cette cômmande par grille du champ
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pouvant se faire dès que la tache cathodique produite par l'arc d'igniteur initial a été transportée en une partie plus éloignée de la surface-du bain.
L'invention convient particulièrement pour la protection ou la commande d'une électrode d'amorçage filamentaire à cathode chaude utilisée avec les ignitrons à métal alcalin, dans lesquels la matière cathodique va- porisable propre à se reconstituer est choisie dans le groupe des métaux alcalins césium, rubidium, potassium, et particulièrement le césium qui, pour le moment, semble être le métal alcalin cathodique le plus intéressant.
Ces igniteurs ou électrodes d'amorçage à filament chauffé des tubes monoanodiques du type à bain de métal alcalin se distinguent, parmi les igniteurs, en ce qu'ils sont toujours chauds et que donc, en l'ab- sence d'une certaine commande par grille, on ne peut les empêcher d'allumer le tube ou amorcer un arc, dès que l'anode du tube devient positive par rap- port à la cathode. Ceci est un défaut, comparé aux igniteurs froids semi- conducteurs utilisés dans les ignitrons à arc dans la vapeur de mercure, puisque l'impulsion d'amorçage nécessaire peut être appliquée aux igniteurs froids semi-conducteurs, à tout moment choisi.,après le début de la partie d'onde anodique positive, ce qui donne l'avantage de l'amorçage différé.
La commande de l'invention par grille entourant un élément d'amorçage à ca- thode chaude ou thermionique pour un ignitron à métal alcalin, donne un moyen d'empêcher l'élément d'amorçage à cathode chaude de former une tache cathodique, aussi longtemps que les conditions correctes de'gradient de po- tentiel ne sont pas établies sous¯l'effet de la grille. A ce point de vue, l'igniteur à cathode chaude d'un ignitron à métal alcalin diffère de l'ig - niteur froid semi-conducteur ordinaire d'un ignitron à arc dans la vapeur de mercure, en ce que l'igniteur froid semi-conducteur plongé dans'le mer- cure forme une tache cathodique chaude quand il reçoit son impulsion de cou- rant voulue, quel que soit l'état du courant spatial dans son voisinage.
,La présente invention consiste dans les circuits, systemes, appa- reils,.combinaisons, parties et procédés de fabrication et de fonctionne- ment décrits ci-après avec référence au dessin annexé, dont la seule fi- gure est une vue très simplifiée et un peu schématique des circuits et ap- pareils donnant, à titre d'exemple, une forme d'exécution du tube et des circuits extérieurs pouvant être associés au tube.
Le- dessin représentant, à titre d'exemple, cette forme d'exécu- tion de l'invention, montre un dispositif à conduction asymétrique à arc dans une atmosphère de vapeur comprenant un récipient sois vide 1, conte- nant deux et uniquement deux électrodes principales, notamment une anode principale 2 et une cathode du type bain 3. Le récipient 1 est représenté fait en une matière isolante, comme le verre. L'anode principale 2 a la for- me d'une cuvette à paroi mince 4 dont l'extrémité supérieure ouverte est scellée au bord supérieur annulaire du récipient en verre 1. Une borne anodique 5 monte du fond de la cuvette d'anode 4.
Le bain cathodique 3 se tient dans le fond du récipient en verre
1 et est pourvu d'une borne cathodique 6 qui traverse le fond .du récipient dans un queusot 7. Le bain cathodique 3 peut être un bain véritable ou un liquide contenu dans une éponge poreuse qui retient au moins la partie ac- tive de la matière cathodique vaporisable propre % se reconstituer.
Celle- ci peut être constituée par tout métal connu utilisable dans ce but, gomme le mercure, le cadmium et les trois métaux légers stables les plus lourds du groupe des métaux alcalins, le césium, .le rubidium et le potassium, quoique, comme il a été dit, l'invention soit spécialement intéressante quand elle est appliquée à un ignitron ou dispositif à arc en atmosphère de vapeur, à conduction asymétrique et monoanodique à métal alcalin, dans lequel la partie active de la matière cathodique vaporisable propre à se reconstituer est choisie dans le groupe comprenant les césium, rubidium et potassium.
Quand, la -matière vaporisable propre à se reconstituer du bain cathodique et du césium ou un mélange de métaux contenant du césium ou un des autres métaux du groupe de métaux alcalins comprenant les césium,
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rubidium et potassium, la chute de tension interne du tube est habituellement inférieure à la moitié'de celle dans un tube à bain de mercure de même typa, ce qui signifie un meilleur rendement,'
Le tube sous vide contient aussi une électrode auxiliaire d'a- morçage 8 dont.la partie active est une pièce allongée ou filament 9 pouvant être utilisé comme une cathode chaude de surface limitée. Une extrémité du filament 9 est immergée dans le bain cathodique 3 et, comme le dessin le montre, descend jusqu'à toucher l'extrémité supérieure de la borne catho- dique 6.
L'extrémité non immergée du filament 9 est attachée à et soutenue par le bout intérieur d'une borne d'igniteur rigide 10 qui traverse une pa- roi latérale du récipient 1 dans un queusot 11.
Suivant la présente invention, une grille isolée 13 entoure de prés le filament ou électrode d'amorçage à cathode chaude 9 et habituellement aussi le bout intérieur de la borne d'igniteur 10, et est disposée de façon à commander le gradient de potentiel de celui-ci avant l'amorçage d'un arc dans le dispositif. De préférence, comme le dessin le montre, cette grille isolée de commande de filament 13 est de forme en substance tubulaire, et si le filament 9 est courbé, comme dans la forme d'exécution représentée de l'invention, il en sera de même de la grille tubulaire 13, comme le des- sin le montre= La grille isolée 13 est convenablement soutenue de façon à ne toucher ni l'électrode d'amorçage ni la cathode.
Comme représenté, el- le est soutenue par un fil support rigide 14 attaché au bout intérieur d'une borne de grille 15 rigide qui traverse la paroi du tube dans un queusot 16.
Au sens large de l'invention, l'igniteur ou électrode d'amor- gage filamentaire ou à cathode chaude 8 doit être considéré comme représen- tant tout type convenable d'igniteur ou électrode d'amorçage, y compris les électrodes d'amorçage semi-conductrices froides bien connues utilisées avec succès, quand elles plongent dans un bain de mercure ; dans ce cas, le bain cathodique 3 de l'invention est un bain de mercure, et l'électrode d' amorçage trempe simplement dans le bain sans être attachée à la borne cathodique 6. La grille encerclant l'igniteur 13 est alors un dispositif pouvant exercer une certaine influence sur l'allumage initial du tube au début de chaque période conductrice.
Il est très probable qu'unne grille d'encerclement d'igniteur de ce genre empêchera aussi utilement le rétablissement d'un arc sur l'igniteur ou électrode d'amorçage, plus tard dans la période conductrice du tube. Si l'extrémité inférieure de la grille tubulaire 13 se rapproche suffisamment de la surface du bain 3, (comparativement au rayon de la grille tubulaire 13), la grille pourra très probablement être utilisée pour empêcher l'établissement d'un arc entre l'anode principale 2 et le point d'immersion de l'électrode d'amorçage dans le bain cathodique, même si l'électrode d'amorçage est du type semi-conducteur froid immergé capable de produire une tache cathodique à son point d'immersion, quelle que soit la nature du champ électrostatique qui l'entoure.
L'invention est particulièrement intéressante dans son application à un ignitron au césium ou un ignitron à métal alcalin dont la matière cathodique vaporisable propre à se reconstituer est du césium, du rubidium ou du'potassium. En pareil cas, la partie active de l'électrode d'amorçage 8 doit être un filament chauffé 9 qui n'est pas ordinairement porté à incandescence, comme il le faut dans le cas des cathodes à filament ordinaires qui ne fonctionnent pas en présence de césium, rubidium ou potassium.
Dans son application à un tube au césium ou autre métal alcalin,l'électrode d'amorgage ou igniteur flamentairè 9 doit être en une matière dont la fonction de travail est plus élevée que le potentiel d'ionisation de la matière cathodique vaporisable active. Quand il en est ainsi, un film supposé monoatomique de métal cathodique vaporisable se forme sur la surface du filament chauffé, donnant au filament une émission électronique de faible énergie due à la présence du métal cathodique vaporisable, à des températures d'émission qui sont bien en-dessous de la température d'émission ther- mionique du métal du filament seul, en l'absence de la pellicule de métal cathodique.
Il suffit évidemment que la partie en surface du filament soit
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en métal approprié, ayant une fonction de travail assez grande comme décrit, mais d'ordinaire il est préférable que le filament entier soit fait du métal voulu.
Ces cathodes chaudes des tubes à métal alcalin se différencient des émetteurs thermioniques incandescents en ce qu'elles ont une densité d'électrons beaucoup plus faible par unité de surface, de sorte qu'il y a beaucoup moins de chances qu'une tache cathodique se produise sur,la surface de l'élément chauffé, à moins qu'il y ait un gradient de potentiel voulu dans la charge spatiale entourant de près la surface chauffée. De cette manière, une cathode chaude à faible surface, comme le filament 9, dans un tube à métal alcalin, peut être facilement commandée, en ce qui concerne le moment d'amorçage d'un arc, au moyen d'une grille faiblement espacée 13, et c'est en ceci que réside la faculté d'application particulière de la présente invention à ce type déterminé de dispositif.
Une fois qu'une tache cathodique a été formée par l'action de l'électrode d'amorçage filamentaire 9, un ou des arcs s'éparpillent au hasard sur la surface du bain cathodique (si la demande en courant de charge est suffisante), et il faut éviter qu'un arc de l'anode principale 2 vienne s'accrocher à une partie quelconque de la grille tubulaire 13.
Comme celle-ci se trouve maintenant au coeur de l'espace intensément chauffé par le ou les arcs, la grille est portée à une température élevée et il faut éviter qu'elle devienne une cathode chaude émettant des électrons, comme 1' électrode d'amorçage filamentaire 9, A cet effet, il est très souhaitable que la grille tubulaire 13, ainsi que toutes les autres parties non-émettrices portées à haute température, comme le fil support de grille 14 et habituellement au moins le bout intérieur de la borne d'igniteur 10, soient faites, ou qu'au moins leur surface soit faite en un métal ayant une fonction de travail inférieure au potentiel d'ionisation du métal cathodique vaporisable utilisé dans le tube.
De cette manière, il ne se forme pas de mince couche mono-atomique de métal cathodique vaporisable sur les surfaces chaudes des parties qui ne doivent pas être émissives.
Le tableau ci-après donne les fonctions de travail des métaux disponibles à haut point de fusion et faible tension de vapeur, comparées aux potentiels d'ionisation du césium, du rubidium et du potasium,
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Fonction de travail des métaux à haut point de fusion et faible tension de vapeur, comparées aux potentiels d'ionisation des césium, rubidium et potassium
EMI5.1
<tb>
<tb> Metal <SEP> Fonction <SEP> de <SEP> travail <SEP> Potentiel.d'ionien <SEP> électrons-volts <SEP> sation <SEP> en <SEP> volts
<tb> Platine <SEP> Pt <SEP> 5,29
<tb> Rhénium <SEP> Re <SEP> 5,1
<tb> Nickel <SEP> Ni <SEP> 4,84
<tb> Palladium <SEP> Pd <SEP> 4,82
<tb> Rhodium <SEP> Rh <SEP> 4,65
<tb> Iridium <SEP> Ir <SEP> 4,57
<tb> Osmium <SEP> Os <SEP> 4,55
<tb> Ruthenium <SEP> Ru <SEP> 4,52
<tb> Tungstène <SEP> W <SEP> 4,50
<tb> Fer <SEP> Fe <SEP> 4,
36
<tb> Potassium <SEP> K <SEP> ---- <SEP> 4,3
<tb> Molybdène <SEP> Mo <SEP> 4,27
<tb> Cobalt <SEP> Co <SEP> 4,18
<tb> Rubidium <SEP> Rb <SEP> ---- <SEP> 4,16
<tb> Tantale <SEP> Ta <SEP> 4,12
<tb> Vanadium <SEP> V <SEP> 4,11
<tb> Titane <SEP> Ti <SEP> 4.09
<tb> Columbium <SEP> Cb <SEP> 3,99
<tb> Cesium <SEP> Co <SEP> - <SEP> 3,88
<tb> Zirconium <SEP> Zr <SEP> 3,84
<tb> Hafnium <SEP> Hf <SEP> 3,53
<tb> Thorium <SEP> Th <SEP> 3,41
<tb> Beryllium <SEP> Be <SEP> 3,37
<tb>
Le dessin représente, à titre d'exemple, des circuits extérieurs qui montrent un mode d'application du tube perfectionné. Dans l'exemple donné, une, ligne 'polyphasée d'alimentation 21 alimente un transformateur principal étoile-triangle 22 qui a, par exemple, trois bornes secondaires S1, S 2e5 s3, dont une alimente la borne anodique 5 d'un des tubes de 1'- invention.
Les deux autres bornes secondaires sont conectées à deux autres tubes non représentés sur le dessin. Le neutre du secondaire,en étoile est relié au condeucteur négatif ou de retour L2 du circuit de charge
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à courant continu. Les bornes cathodiques 6 de tous les tubes sont réunies au conducteur positif ou de sortie L1 du circuit de charge à courant continu.
Entre la borne cathodique 6 et la borne de grille 15 se trouve pn circuit de commande de grille comprenant une résistance de grille 23, une polarisation négative comme une batterie B et l'en.roulement secondaire 24 d'un transformateur à pointes 25, dont le primaire est alimenté par une des phases secondaires d'un transformateur de grille 26 connecté en triangle-étoile et dont le primaire est alimenté par l'alimentation polyphasée 21, à travers un déphaseur 27.
Quand on utilise, comme le dessin le montre, une électrode d' amorcatge filamentaire 9, il faut prévoir une source basse tension convenable de courant de chauffage de filament. Cette dernière est représentée par un transformateur de chauffage de filament 28 alimenté par une des phases de la ligne d'alimentation polyphasée 21.
Dans la forme d'exécution préférée de ?.-'invention, quand le métal cathodique est un des trois métaux alcalins, par exemple du césium, l'électrode d'amorçage filamentaire 9 est toujours maintenue à une température supérieure au point d'ébullition du métal alcalin utilisé pour la cathode, et habituellement la température de travail du filament est considérablement en-dessous de la température d'incamlsscendce nécessaine pour un filament non utilisé dans une vapeur de métal alcalin. Le filament 9 reste chaud tout le temps que le tube redresseur fonctionne, c'èst-à-dire aussi bien pendant les périodes de non-conduction que pendant celles de conduction.
Chaque fois que la borne anodique 5 est positive par rapport à la borne cathodique 6, la polarisation B tient la borne de grille 15 à un potentiel qui est négatif par rapport à la borne cathodique 6, sauf à un bref moment au début de chaque demi-période positive de la phase secondaire correspondante du transformateur de commande de grille 26, moment auquel le transformateur à pointes 25 produit une courte impulsion de tension positive dans son enroulement secondaire 24, rendant la borne de grille 15 brièvement positive par rapport à la borne cathodique 6. Le réglage du déphaseur 27 est tel que la borne de grille 15 soit rendue positive à un moment choisi, ou déphasage voulu, après que la borne anodique 5 commence à devenir positive par rapport à la borne cathodique 6.
Avant que la borne de grille 15 devienne positive, le potentiel négatif de la grille 13 règle la répartition du champ électrostatique dans le tube de telle façon que le filament chauffé 9 ne puisse émettre assez d'électrons pour amorcer un arc à l'intérieur du tube. Dès que la grille 13 devient positive par rapport au bain cathodique 3, en supposant que l'anode principale 2 est aussi positive par rapport à cette dernière, le filament 9 commence à émettre une grande quantité d'électrons pendant un court instant, au cours duquel la couche monoatomique de métal alcalin adhérent est rapidement dissipée ou évaporée de la surface limitée du filament,
du fait que la capacité totale d'émission électronique de courant spatial du filament est faible comparée aux demandes normales de courant du circuit de charge à courant continu L1' L2'
Pendant le bref instant où le filament fournit le courant de charge du tube, il se forme sur lui une tache cathodique qui probablement descend pratiquement instantanément vers l'extrémité immergée du filament refroidie par le bain cathodique, et l'arc se transporte alors de lui-même à la surface du bain cathodique 3. Si le courant continu de charge est assez grand, il faut que d'autres taches cathodiques se forment à la surface du bain'3 et s'éparpillent au hasard vers des points plus favorablement situés par rapport à l'anode 2, que le point d'immersion du filament qui se trouve sous l'extrémité inférieure de la grille tubulaire 13.
Si, après la brève impulsion de tension positive du transformateur à pointes 25, la grille tubulaire 13 est ramenée à un potentiel assez
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négatif, la chute d'arc de l'anode principale 2 au point d'immersion du filament 9 peut être augmentée, de façon à aider à l'extinction de la'tache cathodique ou extrémité cathodique de l'arc en ce point d'immersion, à 1' avantage d'autres taches cathodiques mieux situées sur la surface du bain cathodique 3.
En tout cas, une fois la tache cathodique au point d'immer- sion éteinte (et transportée en un autre endroit de la surface du bain cathodique), un potentiel négatif sur la grille d'encerclement du fila- ment 13 suffira très probablement à commander le champ électrostatique dans l'espace relativement restreint sous la grille tubulaire 13, de ma- nière à empêcher un rétablissement de l'arc au point d'immersion du filament et aussi en n'importe quel point de celui-ci.
Il faut noter qu'une grille propre à l'électrode d'amorçage al- longée immergée 9 et l'encerclement de près, est une construction qui évite tout obstacle sur la trajectoire d'arc principale entre anode 2 et bain cathodique 3, ce qui ne serait pas le cas avec une grille s'étendant sur toute la largeur de cette trajectoire. La chute de tension interne du tube n'est donc pas augmentée par la présence de la grille 13, puisque celle-ci est limitée à l'espace entourant immédiatement l'électrode d'amorçage 9 et le bout intérieur de la borne d'électrode 10.
Des effets de commande par grille semblables sont obtenus dans le cas où le métal cathodique n'est pas un des trois'métaux alcalins, comme il a été dit, la différence essentielle (et importante) étant qu'on perd l'avantage d'un filament chaud à température d'émission modérée, si la vapeur n'est pas celle d'un des trois métaux alcalins.
Quoiqu'on n'ait décrit et représenté qu'une forme d'exécution de tube et de circuits extérieurs, sous une forme très simplifiée, en omettant des détails comme les interrupteurs, refroidisseurs, régulations de température, faradisations et de nombreux autres éléments classiques connus , il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'invention, par substitution d'équivalents et addition ou omission de différentes parties.