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Perfectionnements aux tubes électroniques détecteurs de radiations ultraviolettes.
L'invention est relative aux dispositifs sensibles à une radiation, et elle concerne, plus spécialement, des dis- positifs améliorés, sensibles à une radiation, spécialement adaptés à la détection d'une radiation ultraviolette ; elle concerne , aussi les procédés de fabrication de ces dispositifs.
La plupart des flammes de combustion émettent des raies dont la longueur d'onde correspond à des radiations in- frarouges, des radiations visibles et des radiations ultraviolettes; la présence de l'une de ces raies est souvent utilisée comme un critère permettant de s'assurer, à l'aide d'un dispositif de contrôle de combustion, de la présence d'une flamme. Etant
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donné qu'un haut degré de sûreté de fonctionnement, ainsi qu'une réponse précise sont essentiels dans ces dispositifs il est indispensable d'avoir l'assurance que la source de la raie dé- tectée est bien la flamme de combustion placée sous surveillance . et non une source extérieure-'telle que le soleil.
Les flammes do combustion émettent une raie de fréquence basse, unique, caractéristique, qui est utilisée, dans les dispositifs sensibles à l'infrarouge par exemple, pour obtenir une surveillance sûre de la combustion. On sait aussi que certaines flammes de com- bustion émettent une forte radiation ultraviolette, dont la longueur d'onde se situe dans une région intérieure à 2800 Angström et que la longueur d'onde de la radiation ultraviolette solaire qui'atteint.la terre se situe au-dessus de cette valeur.
En conséquence, une réponse sûre et précise aux signaux ultra- violets émis par les flammes de combustion pourrait être obtenue grâce à un détecteur sensible à une radiation ultraviolette et dont la réponse présenterait une coupure brutale aux environs de 2800 , de sorte que ce détecteur reste insensible aux sources ultraviolettes extérieures telles que le soleil. Il existe beaucoup de dispositifs sensibles à une radiation,dans lesquels un champ électrostatique créé entre deux électrodes produit une décharge en.avalanche quand des photons viennent frapper les élec- trodes; des électrodes en tungstène qui se comporteraient comme dans le montage du tube bien connu Geiger- Muller de- vraient théoriquement fournir la réponse désirée.
Toutefois, cette réponse sélective que l'on peut théoriquement obtenir a été très difficile à recueillir en pratique.
En conséquence, un but de la présente invention est de fournir un tube de détection amélioré sensible à des radia- tions ultraviolettes telles que celles émises par des flammes de combustion, mais insensible aux radiations ultraviolettes dont les longueurs d'onde existent dans le rayonnement solaire.
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Un autre but de l'invention est de fournir un procé- dé nouveau et amélioré de fabrication d'un dispositif sensible à une radiation.
Un but supplémentaire de l'invention est de fournir un procédé nouveau et amélioré permettant la confection d'élec- trodes métalliques utilisables dans un équipement électronique sensible.
Un autre but encore de l'invention est de fournir un procédé nouveau et amélioré permettant la purification d'électrodes en tungstène utilisables dans des dispositifs électroniques sensibles à une radiation ultraviolette.
Selon une réalisation préférée de l'invention, un tube détecteur sensible à l'ultraviolet comprend deux élec- trodes allongées en tungstène pur, espacées l'une de l'autre, et maintenues dans une enveloppe transparente aux radiations ultraviolettes. Les précautions connues dans cette technique, comme le polissage électrolytique des constituants et le soin apporté à la fabrication,sont naturellement observées afin de maintenir le haut degré de pureté du métal pendant la confec- tion des électrodes. On introduit de l'hydrogène hautement puri- fié à l'intérieur de l'enveloppe qui est ensuite scellée.
Les électrodes sont alors chauffées lentement par effet Joule grâce à leur résistance électrique, jusqu'à 12000C, dans cette atmosphère d'hydrogène pur, pour que les gaz et les contaminants métalliques du tungstène en soient chassés et qu'ils tendent à se combiner avec l'hydrogène dans le but de diminuer la possi- bilité de laisser des impuretés emprisonnées dans lesdites électrodes en tungstène. Quand celles-ci ont été maintenues à cette température pendant une durée prédéterminée, elles sont refroi- dies rapidement à la température ambiante de façon qu'il existe à leur surface au moins une-couche monomoléculaire de tungstène pur.
Le gaz hydrogène véhiculant les impuretés est alors complète- ment retiré de l'enveloppe (jusqu'à une pression inférieure à
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10-15 mm Hg) ,puis celle-ci est à nouveau remplie avec de l'hy- drogène pur. Le dispositif est ensuite soucis à des décharges brutales (décharges en avalanche entre les électrodes du tube) pendant une durée déterminée, puis l'hydrogène en est encore retiré. Enfin, le tube est à nouveau rempli avec de l'hydrogène , pur jusqu'à une pression d'environ 180 mm Hg et soigneusement scellé.
Le tube ainsi obtenu ,quand il est alimenté de façon à créer un champ électromagnétique de grandeur suffisante pour qu'une décharge en avalanche se produite entre les électrodes par suite de l'impact contre ces dernières de photons ayant des longueurs d'onde voulues, constitue un détecteur de radiations ultraviolettes présentant les caractéristiques de coupure précise désirée qui sont nécessaires, en général à l'obtention d'une réponse sélective sûre dans la détection des incendies et la surveillance des combustions.
Les dispositifs confectionnés conformément à la pré- sente invention sont extrêmement sensibles à une radiation ultraviolette émise par les flammes de combustion,mais à peu près complètement insensibles aux radiations ultraviolettes so- ' laires, de sorte qu'ils constituent des dispositifs fidèles de surveillance de combustion.
D'autres buts et d'autres caractéristiques,ainsi que les avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une réalisation préférée donnée uniquement à titre d'exemple en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: la Fig.l est une vue en perspective d'un tube détecteur de radiations ultraviolettes construit conformément à la présente invention ; la Fig.2 est une vue de coté partiellement coupée du tube détecteur de radiations ultraviolettes de la Fig.1; la Fig.3 est une vue en coupe selon 3-3 de la ?ig.2 montrant le rapport entre l'enveloppe et les électrodes;
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la Fig.4 cet un graphique représentant la courbe ca- ractéristique de réponse du détecteur de radiations construit conformément à l'invention.
Le tube détecteur de radiations ultraviolettes 10 de la Fig.1 comprend deux électrodes en fil cylindrique 12, 14 de diamètre constant, dont les parties extrêmes 16 sont cour- ' , bées en demi-cercle et soudées par leurs extrémités 18 aux supporte d'électrode 20, 22, les extrémités inférieures de ces derniers constituant les bornes extérieures 24 du tube, La partie centrale 26 de chaque électrode 12, 14 est un élément rectiligne de diamètre constant (environ 5/10èmes de mm). Chaque partie centrale 26 est disposée exactement parallèlement à la partie centrale correspondante de l'autre électrode, à une distan- ce d'environ 7 à 8/10èmes de mm.
On confectionne les électrodes 12, 14 et les supports 20,22 en tungstène de la plus haute pureté commercialement disponible et, après les avoir soudés en- semble (en utilisant un flux de platine) on les nettoie convena- blement, en utilisant notaient une opération de polissage élec- trolytique dans une solution de phosphate de soude afin que la totalité de la surface en soit lisse et relativement exempte de substances contaminantes.
On fixe les supports 20,22 dans ur, culot 28 et on enferme l'ensemble dans une enveloppe ou, par exemple, un verre au borosilicate tel que celui commercialement connu sous le nom de Corning type 9741. Pendant que l'on scelle l'enveloppe 30 au culot 28, les électrodes et leurs supports sont baignés par un gaz convenable, tel qu'un mélange non explosif d'azote et d'hydrogène, afin d'empêcher leur oxydation.
On vide une première fois l'enveloppe scellée grâce à un raccord de vide 32 disposé au centre du culot 28, puis on la remplit avec de l'hydrogène hautement purifié (H2) (passé à travers un filtre de palladium) pour arriver à un taux d'im-
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puretd de l'ordre d'une partie pour 1010 à une pression de 180 mm Hg. On chauffe ensuite les électrodes par effet Joule, en amenant un courant électrique aux bornes 24, de façon à augmen- ter lentement et soigneusement leur température pendant une période d'environ 1 heure jusqu'à 1200 C, température à laquelle elles sont portées à l'incandescence.
On observe cette augmenta- tton graduelle de la température pour éviter l'emprisonnement d'impuretés à l'intérieur du tungstène pendant la phase de transition qui conduit à l'état d'incandescence. On maintient la température à cette valeur pendant 15 minutes pour continuer à chasser hors du tungstène les impuretés métalliques et à les faire se @@mbiner dans l'atmosphère d'hydrogène. On refroidit ensuite rapidement les électrodes jusqu'à la température ambian- te en 1 minute environ. Elles présentent alors, dans cet état, une sensibilité photoélectrique à la radiation ayant la longueur d'onde jugée intéressante.
On fait le vide dans le tube jusque une pression inférieure à 10-5 mm Hg pour en retirer l'atmosphère véhiculant les contaminants, puis on le remplit à nouveau avec de l'hydrogène purifié passant à travers un filtre de palladium et on le soumet à des décharges en avalanche en appliquant une tension de l'ordre de 700 volts entre les électrodes pendant qu'on les expose à une radiation ultraviolette d'une longueur d'onde de 2500 A. On a constaté qu'il est très utile, pour donner au tube les caractéristiques désirées, de le soumettre de cette manière pendant une heure à ces décharges dans l'hydro- gène, avant le scellage final et après que les électrodes aient été portées à l'incandescence.
Cette opération a également pour but de créer la couche monomoléculaire composée essentiellement de tungstène absolu.':1enent pur. Enfin, on vide à nouveau le tube et on le remplit encore une fois avec de l'hydrogène hautement purifié, passant à travers un filtre de palladium, jusqu'à une pression d'environ 180 mmHg, puis on scelle le tube avec soin
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en utilisant les techniques bien connues dans le soufflage du verre.
Un tube de ce genre ne présenta substantiellement aucune réponse à une radiation ultraviolette supérieure à 2800 A de sorte qu'il est presque complètement insensible eux radiations ultraviolettes solaires qui atteignent la terre alors qu'il fournit une forte réponse à une flamme de combus- tion. Bien que cette réponse du tungstène pur et la nécessité qu'il y a de donner aux électrodes une apparence uniforme, soient connues depuis longtemps dans cette technique ( se reporter à Photoelectric Phenomena de Hughes and Du Bridge ,1932), il a été constaté qu'en plaçant le tungstène porté à l'incandescence dans une atmosphère réductrice, on obtient un tube électrique amélioré dont les caractéristiques sont plus facilement repro- duites.
Tandis que le fait de porter à l'incandescence les constituants de l'électrode placée dans une atmosphère réductrice améliore les caractéristiques du tube terminée l'opération supplé- mentaire qui consiste à soumettre les électrodes à des conditions de décharge comparables à celles de leur utilisation finale est également utile à l'obtention de détecteurs sensibles à l'ultra- violet. Le tube construit conformément. la présente invention peut être alimenté par un transformateur produisant entre les électrodes, 120 fois par seconde, une différence de potentiel alternative s'élevant jusqu'à 700 V, de telle sorte que toute décharge en avalanche qui en résulte prenne fin avant que les électrodes arrivent au premier état suivant la valeur nulle du courant.
Du fait qu'elles sont symétriques, l'une conne l'autre des électrodes peut jouer le rôle d'un émetteur d'électrons en réponse à une radiation incidente de longueur d'onde appropriée susceptible de déclencher la décharge en avalanche.
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La fig.4 représente un graphique montrant la réponse des tubes construits conformément à l'invention exprimée, en ordonnée, en coups par seconde, en fonction de la fréquence de leur radiation incidente portée en abscisse. La réponse maximum a lieu aux environs de 2300 A. Toutefois, le tube présente un débit de saturation de 120 coups par seconde (qui est fonction de la fréquence de tension appliquée) entre 2200 et 2500 .
En dessous de ces longueurs d'onde, la transmission ultraviolette de l'enveloppe réduit la réponse; cette partie de la courbe -caractéristique varie selon le type de l'enveloppe utilisée.A l'extrémité supérieure de la courbe (aux environs de 2600 ) on peut observer une coupure brutale de la réponse,coupure dont la valeur est fonction du comportement du tungstène, lui-même dépendant de la pureté que le procédé de fabrication conforme à l'invention a permis d'atteindre.
L'invention apporte donc des techniques améliorées ,applicables à la purification des constituants des électrodes et en particulier à la construction de dispositifs améliorés sen- sibles à une radiation. Selon l'inventton, on nettoie d'abord soigneusement les composants électroniques métalliques à l'aide des techniques connues et ensuite on les chauffe soigneusement jusqu'à l'état d'incandescence dans une atmosphère réductrice à une pression qui peut varier selon le degré de vide précédemment établi dans l'enveloppe. On utilise de préférence de l'hydrogène pur. Pendant l'opération de purification des électrodes en tungstène, on augmente graduellement leur température pendant une durée d'au moins une demi-heure et, de préférence, pendant une durée de l'ordre d'une heure.
Pendant ce traitement, on doit donner aux électrodes en tungstène une température maximum d'au moins 1000 C environ et on doit éviter de dépasser la température minimum d'évaporation du tungstène dans cette atmosphère qui est de l'ordre de 1500 C. On maintient les électrodes à l'état incan-
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descent pendant une substantielle fraction du tempe employé , pour les amener jusqu'à la température d'incandescence (15 mi- nutes quand la durée de montre en température est d'une heure)/ ensuite on les refroidit rapidement.
On retire alors de l'envelop- pe l'atmosphère réductrice véhiculant les contaminants extraits des électrodes pendant l'opération d'incandescence et on la rem- place par uno atmosphère réductrice pure - de préférence encore de l'hydrogène pur. Avant l'opération de scellage final, on soumet les électrodes à une succession de décharges dans des conditions comparables à celles de l'utilisation finale, ce qui . peut améliorer la reproductibilité de la réponse du tube aux ultraviolets. Les constituants des électrodes ainsi obtenus approchent plus étroitement de la réponse théorique du métal con- stituant les électrodes qu'il n'a été.possible de le faire avec les meilleurs procédés connus.
De plus, le procédé conforme à l'invention peut être mis en oeuvre plus rapidement et avec un équipement moins spécialisé.
Bien qu'on ait représenté et décrit une réalisation préférée de l'invention, il est évident aux spécialistes de cette technique que des modifications peuvent lui être apportiez.
On notera par conséquent que la réalisation décrite n'implique aucune intention de limiter l'invention et que des variantes sont possibles sans qu'on sorte pour autant de l'esprit ni du cadre de l'invention.