Tube électrique<B>à</B> vide. La présente invention se rapporte<B>à</B> un ihibe électrique<B>à</B> vide,<B>à</B> cathode émettrice d'électrons, du genre de ceux, par exemple, utilisés comme redresseurs et soupapes ther- mioniques dans les installations de télégra phie et de téléphonie sans fil.
Le tube élec trique<B>à</B> vide suivant l'invention comportb une cathode émettrice d'électrons établie de façon<B>à</B> constituer une source d'électrons concentrée et une anode disposée<B>à</B> proximité immédiate de cette cathode, alors que le courant d'espace est confiné au faible espace compris entre les électrodes, en vue que le tube puisse présenter les caractéristiques d'un tube dur même s'il ne possède qu'un vide modéré.
De préférence, la surface active de la cathode est continue. Celle-ci peut consister en -une feuille métallique, par exemple en tungstène, qui peut être plate ou cintrée. Elle peut aussi être amenée<B>à</B> la forme d'un tube cylindrique et être chauffée par une décharge thermionique <B>à</B> partir d'une cathode auxiliaire logée<B>à</B> l'intérieur du tube, ou bien elle peut être chauffée par radiation<B>à</B> par- tir d'un filament chauffé similairement dis posé. La cathode peut aussi être faite de deux feuilles plates avec la cathode auxi liaire ou filament de chauffaige placé entre elles.
Une cathode qui présente une source d'électrons concentrée peut aussi être formée d'un filament.enroulé <B>à</B> enroulements serrés. La section transversale de ce filament peut être de forme rectangulaire, celle-ci permet tant un rapprochement ou serrage très join tif des enroulements du filament.
On appellera, en général, concentrée une source d'électrons lorsqu'elle présente des parties suffisamment rapprochées pour em pêcher le passage d'électrons -capables de pro duire une ionisation appréciable.
L'anode présente avantageusement une forme similaire<B>à</B> celle de la cathode et son montage est de préférence tel que la dis tance entre l'anode et la cathode est uniforme sur la, face active de la cathode.
Dans des soupapes thermioniques ac tuelles, le degré d'ionisation est principale- menL déterminé par les électrons qui vont par des détours de la. cathode<B>à,</B> l'anode, parce que, premièrement, l'effet ionisant croît avec la longueur du parcours et que, deuxièmement, la présence de gaz ionisé réduit l'impédance des chemins détournés clans une plus fort,(, mesure qu'elle ne réduit l'inil <B> </B> )édance des chemins directs, de sorte qu'une proportion plus grande du courant d'espace passera par ies chemins détournés quand du gaz est pr,-#- sent. L'effet est cumulatif,
et, par suite, dans une soupape thermionique <B>la</B> port-ion principale du courant passe le long des chemins qui représentent des parcours de la plus grande longueur possible salis que la section des filets<B>de</B> courant soit trop ré duite, et ainsi le degré de ionisation est prin cipalement déterminé par la longueur de ces chemins et croît avec le volume de l'espace disponible pour le passage du courant d'élec- #D trons. C'est précisément sur la base de ces considérations que dans le tube<B>à</B> vide sui vant l'invention, on a réduit l'espace entre les électrodes, afin de réduire ledit espace dis ponible,
des moyens étant prévus pour<B>y</B> con- fiiier le courant, Avec un tube<B>à</B> vide établi comme on vient de le dire, la presslion. du Olaz résiduel dails le tube pendant le folie- fionnement peut être plusieurs fois la, pres- swn, admissible dans les soupapes thermie- niques de construction actuelle avant qu'une ionisation ne devienne appréciable.
Pour confiner le courant d'électrons<B>à</B> l'espace compris entre les électrodes, on peut employer des écrans ou boucliers limitateurs disposés pour empêcher, soit par effet nié- eanique, soit par effet électrostatique, que des électrons en sortent. -Un autre moyen pour confiner le courant audit espace con siste en ce qu'on établit les parties de la sur face active de la cathode émettrice d'élec trons, aux endroits où les électrons tendent <B>à</B> prendre des chemins détournés vers l'anode, en une matière ayant un faible, coefficient d'émission d'électrons.
Ainsi, dans une ca thode tubulaire cylindrique ayant sa surface active située<B>à</B> l'extérieur, le tube cathodique peut être fait en tungstène et sa surface ex- ZD térieure être enduite ou recouverte de illo- rium, ledit tube fonctionnant<B>à</B> une tempé rature<B>à</B> laquelle l'émission d'électrons du tungstène est négligeable.
Au dessin schématique ci-annexé, donné <B>à</B> titre d'exemple: Les fio-. <B>1</B> et 2 montrent deux schémas illustrant l'effet de la réduction<B>de</B> l'espace entre les électrodes dans un tube<B>à</B> deux élec- trodes;
Les fig. <B>3 à 7</B> concernent plusieurs exem ples de l'objet de l'invention, En se.référant d'abord<B>à</B> la fig. <B>1,</B> dans laquelle a désigne un filament formant la cathode et<B>b</B> une anode tubulaire, on remar quera que des électrons passeront le long d'un chemin direct tel que c et suivant des détours ou chemins indirects tels que d <I>et,</I> e. La longueur du chemin indirect e sera limi tée par l'enveloppe<B>du</B> tube ou soupape ther- mionique (non représentée).
Le rapport en tre le courant d'espace qui suit les chemins directs<B>e</B> et celui qui suit les chemins indi rects d, e dépendra, initialement,<B>d -a</B> rapport entre les flux électrostatiques suivant les chemins des deux genres indiqués. Il dépendra ainsi de l'inter valle existant entre les électrodes et de l'aire que présentent ces dernières. Si l'inter valle entre les électrodes est réduit, le rap port entre le flux suivant des chemins directs et le flux suivant d'autres chemins sera augmenté, mais ce dernier continuera<B>à</B> se manifester. Si une ionisation s'établit, le cou rant d'espace tendra<B>à</B> passer de plus en plus par les chemins indirects. Le degré d'ionisa tion est principalement déterminé, comme on l'a,<B>déjà</B> (lit, par la. longueur du chemin le <B>plus</B> long.
La fi-. 2 représente, un tube<B>à</B> vide dans lequel l'anode est formée de deux plaques parallèles entre lesquelles est placée une cathode<B>ù.</B> deux filament,,. En ne considérant qu'un seul filament cathodique, le chemin direct et le plus court pour les électrons est celui en<B>f,</B> tandis qu'une partie des électrons pourra suivre les chemins<B>g</B> et h.
Le chemin <I>h</I> est relativement loii-, et quand l'intervalle entre les électrodes est faible, disons, par exemple, dans l'ordre de grandeur de<B>1</B> cm, il ne sera pas modifié d'une manière appré ciable par une réduction de l'intervalle. Une réduction de l'intervalle entre les électrodes, quand cet intervalle est<B>déjà</B> faible, a moins d'effet, au point de vue de la réduction <B>de</B> l'ionisation, dans cette disposition des électrodes que dans la disposition suivant la fig. <B>1.</B>
Les fig, <B>3</B> et<B>3A</B> représentent un exemple (le l'objet de l'invention sous forme de redres seur fliermionique <B>à</B> cathode tubulaire cylin drique. Celle-ci est désignée par i et consti tue une source d'électrons concentrée. Elle est chauffée par une décliarge électrique<B>à</B> par tir d'une cathode auxiliaire j formée d'un filament enroulé en hélice. Elle se trouve logée<B>à</B> l'intérieur de l'anode tubulaire<B>cy-</B> lindrique<B>k</B> qui est montée coaxialement par rapport<B>à</B> elle et<B>à</B> -une très faible distance d'elle.
Aux extrémités ouvertes de la cathode i sont disposés deux écrans m n en forme de disques métalliques d'un diamètre missi grand que possible, sans toucher l'anode, afin d'obtenir le maximum de leur effet<B>d'é-</B> cran de limitation. Les écrans sont, dans l'exemple représenté, destinés a être isolés de la cathode i et<B>à</B> être électriquement reliés <B>à</B> la cathode auxiliaire de manière it se trou ver<B>à</B> un potentiel négatif par rapport<B>à</B> la cathode i.
Si l'espace ou intervalle entre les disques ou écrans et l'anode est faible, les disques peuvent être faits minces, letir épais seur devant augmenter avec l'augmentation dudit espace. La cathode i est supportée par trois tringlettes o qui traversent l'écran in. La tringle de support<B>p</B> pour la cathode auxiliaire j traverse l'écran n.
Les écrans peuvent être formés d'un fils (le tungstène enroulé<B>à</B> l'aide d'un support d'enroulement de la forme voulue, les di vers enroulements se touchant de préférence les uns les autres.
Les écrans in n empêchent des électrons venant des bords et de l'intérieur<B>du</B> tube cathodique i de passer<B>à</B> l'anode Io et servent <B>à</B> confiner les électrons passant de la surface active de la. cathode i (dans ce cas la surface extérieure<B>de</B> celle-ci)<B>à</B> l'espace intermé diaire entre les électrodes.
La cathode i est chauffée par une décharge thermionique <B>à</B> partir de la surface q de la cathode auxi liaire j, formée par un filament enroulé cri hélice<B>à</B> spires serrées, qui peut être établi en un métal analogue<B>à</B> celui de la cathode, afin de réaliser un dispositif<B>à</B> source d'élec- irons concentrée, en établissant un faible es pace intermédiaire entre la cathode princi pale et la cathode auxiliaire.
La cathode auxiliaire est chauffée par un courant élec trique et est négative par rapport<B>à la</B> ca thode principale, de sorte qu'un courant d'es pace passe avec une action<B>-</B> de bombarde ment<B>à</B> la cathode principale. Le courant d'espace chauffant est confiné<B>à</B> l'espace, en- ire la cathode auxiliaire et la cathode priii- cipale, les fuites de courant étant évitées par les écrans m n qui servent ainsi<B>à</B> un double but. Dans l'exemple représenté., la cathode auxiliaire est supportée par les tringlettes <B>p</B> et r.
Les écrans sont reliés<B>à</B> la tringlette 1), grâce<B>à</B> quoi ils seront chargés négativement par rapport<B>à</B> la cathode principale.<B>A</B> titre de variante, les écrans în n peuvent aussi être <B>à</B> montage isolé; dans ce cas, ils peuvent bien être supportés par la tringlette <B>p,,</B> mais au moyen de grains isolants, par exemple en quartz.
Si on le désire, la cathode principale Peut être chauffée entièrement par de la chaleur de radiation provenant d'un filament. Dans <B>ce</B> cas, il est 'bon que les écrans soient éta blis<B>de</B> manière qu'ils agissent<B>à</B> une tem pérature<B>à</B> laquelle l'émission d'électrons<B>à</B> partir d'eux est négligeable. Ceci peut être accompli par augmentation de leur aire- super ficielle. si ce-la. est nécessaire, de sorte que leur degré de radiation de chaleur est augmenté.
Dans ce genre<B>de</B> chauffage, les écrans peu vent être supportés par<B>la</B> cathode i a.-Li i-ùoyen d'un certain nombre de tringlettes minces, dont la faible épaisseur réduit leur transmission de chaleur de la cathode aux écrans.
La fig. 4 montre un exemple sous forme de redresseur ayant des électrodes planes. Pour plus de clarté, l'anode n'a pas été re présentée. La cathode est formée de deux plaques métalliques<B>x Y,</B> en tungstène par exemple, montées parallèlement l'une<B>à</B> l'autre. Ces plaques sont chauffées par une décharge électrique venant d'une cathode auxiliaire formée par le filament chauffé t.
Ce filament est maintenu tendu par les sup ports<B>à,</B> ressort it et il est disposé de manière que l'espace entre les brins adjacents du fila ment soit réduit<B>à</B> une valeur aussi faible que possible, afin de réaliser une source d'électrons concentrée,, de sorte que le cou rant d'espace chauffant pourra passer sans produire d'ionîsation appréciable. Le eourant d'espace passant de la cathode principale<B>à</B> Fanode (-non représentée) est confiné<B>à</B><I>l'es-</I> pace situé entre les électrodes par l'écran ou bouclier v qui passe autour des bords de la cathode.
Cet écran est séparé par un faible intervalle de<B>la</B> cathode afin de l'isoler; il est de préférence relié électriquement<B>à</B> l'ex- tr & mité négative de la, cathode auxiliaire. L'écran présente des fentes telles que iv per mettant le passage des supports clé filament.
<B>Il</B> a-it aussi comme bouclier de retenue pour <B>le</B> courant d'espace chauffant, et le confine aus si <B>à</B> l'espace intermédiaire entre la ca- thode auxiliaire et la cathode principale. L'anode (non représentée) est formée de deux feuilles métalliques parallèles aux plaques cathodiques<B>x y,</B> dont elles sont séparées par un intervalle étroit.
Les plaques cathodiques peuvent aussi être chauffées par radiation <B>du</B> filament au lieu de l'être par une dé- ,Aiarge électrique partant de la cathode auxiliaire, La, fic. <B>5</B> montre un exemple avec une cathode formée d'un filament. L'inode <B>k</B> est tubulaire;
la cathode Î' <I>est</I> formée d'un fila- ment en tungstène g _ enroulé en hélice <B>à</B> spires serrée,-, supporté<B>à</B> une extrémité par le fil de connexion<B>r</B> et dont l'autre extrémité est reliée<B>à</B> l'écran en forme de disque iii., de pré férence en tungstène ou en molybdène, ce- lui-ei ainsi que l'écran ii,
étant fixés sur la tringlette <B>p;</B> l'écran ii <I>est</I> percé de façon<B>à</B> donner passage au fil de connexion<B>r.</B> La section transversale du filament peut être de forme circulaire ou rectangulaire. Une mé thode convenable pour fabriquer cette ca thode en forme<B>de</B> filament avec une sec tion transversale rectangulaire est, par exemple, la suivante:<B>On</B> enroule un fila ment de section transversale circulaire en forme d'hélice avec ses spires serrées les unes contre les autres clé façon qu'aucun intervalle ne soit laissé entre elles.
L'hélice est ensuite placée sur un mandrin et est chauffée<B>à</B> un(,, température au-dessus du chaud rouge dans <B>en</B> une atmosphère réductrice; pendant qu'elle est dans cette condition, elle peut alors être laminée dc façon<B>à,</B> réaliser une section trans versale approximativement rectangulaire. Après cela, l'hélice est étirée de façon<B>à</B> lui donner l'écartement nécessaire entre s(-#s spires, et elle est alors chauffée pour rendre cet écartement permanent; ce chauffage peut être soutenu ju#,qu'à cc quc le tube<B>à</B> vide soit assemblé.
Lors de l'emploi d'une<B>pa-</B> reille cathode, le -voltage qui puisse être<B>ap-</B> pliqué<B>à</B> l'anode est limité par le fait que Fhélice peut être déformée par l'application d'un voltace élevé<B>à</B> l'aiiode#.
La fig. <B>6</B> montre un exemple de soupape thermionique dans lequel les électrodes pré sentent, les deux, une forme générale<B>cy-</B> lindrique, et qui est mieux<B>à</B> même de résis ter<B>à</B> des potentiels élevés.
L'anode est re présenté en<B>k.</B> La cathode i" est formée d'un filament replié suivant un chemin en zig zag situé sur une surface cylindrique, chà- cun des tronçons rectilignes du filament c - 'ta nt dirigé <B>à</B> peu près axialement et les replis du filament étant fixés<B>à</B> des sup ports élastiques 2, en forme de pattes<B>d'a-</B> raignée, portés<B>à,</B> leur tour par des grains iso lants<B>3,</B> en quartz par exemple,
montés sur la tringle de support<B>p.</B> Dans le dessin, on t, ne voit que les tronçons de filament et les éléments du support élastique qui sont situés dans le pl.-Ln de coupe de la filg. <B>6.</B> Les fron çons de filament sont placés aussi près que possible les uns des autres. La tringle 1) sert aussi<B>à</B> supporter les écrans îît' n' qui pré sentent ici une forme de cuvette.
Les fig. <B>7</B> et 7a représentent,<B>à</B> titre d'exemple, un tube<B>à</B> trois électrodes de forme tubulaire cylindrique, dans lequel la cathode est chauffée par une décharge ther- nilonique partant d'une cathode auxillaire en forme de filament chauffé. Celle-ci et la ca thode principale sont- établies sensiblement comme dans l'exemple<B>de</B> la fig. <B>3 *</B> Les écrans<B>ni</B> n en forme de disque sont fixés sur la tringle<B>de</B> support<B>p.</B> L'écran n est percé pour le passage du fil de connexion r et<B>de</B> la tringle o<B>de</B> support de la cathode i.
La, grille ou troisième électrode est composée de fils<B>5</B> sensiblement parallèles, supportés par les deux anneaux<B>6, 7</B> et maintenus ten dus par des ressorts<B>8.</B> L'anneau<B>6</B> est en coché<B>à</B> sa périphérie pour le passage des fils de la grille. Les anneaux<B>6</B> eL <B>7</B> sont supportés par des entretoises<B>9</B> prises par fu sion dans les -crains isolants<B>10.</B> Ils servent en même temps d'écrans auxiliaires pour confiner le couiant d'espace<B>à</B> l'espace inter médiaire entre les électrodes et ils sont de préférence montés<B>de</B> façon que l'intervalle entre eux et l'anode soit aussi faible que pos sible.
Dans la construction de tubes<B>à</B> vide. électriques, suivant cette invention, on ob tient les meilleurs résultats, pour un type donné de cathode et d'écrans et pour une pression donnée du gaz, lorsque l'espace in termédiaire entre les électrodes est le plus faible. Pour un tube devant avoir des carac téristiques dures, l'intervalle entre les élec trodes devra être d'autant plus petit que la pression du gaz résiduel est plus élevée et que le poids moléculaire du gaz résiduel est plus grand.
L'intervalle nécessaire pour don ner<B>à,</B> un tube des caractéristiques dures sera donc bien plus petit dans -le cas d'un tube contenant des vapeurs de mercure que dans le cas d'un tube contenant, par exem- ple, de l'hélium. En g général, il <B>y</B> aura avantage<B>à</B> donner audit inter valle la valeur la plus petite possible, va leur qui sera limitée par les difficultés de construction.
Il est possible d'obtenir un intervalle plus petit si l'on emploie une ca- tliode tubulaire, chauffée, par exemple, par une décharge thermionique, que lorsqu'un filament est employé pour la cathode, surtout si les deux électrodes sont portées<B>à</B> des tem pératures ne différant pas trop l'une de l'autre.
Comme on l'a vu, des tubes<B>à</B> vide cons truits suivant l'invention admettent des ca ractéristiques de tube dur, bien que' la pres sion du gaz résiduel soit relativement éle vée. Plusieurs avantages pourront être ob tenus de ce fait. Premièrement, dans la mise <B>à</B> point des tubes<B>à</B> vide ordinaires, destinés <B>à</B> être employés comme redresseurs ou oscil lateurs, il est nécessaire de les porter<B>à</B> un degré de vide élevé, de, par exemple, quel ques centièmes (l'un micron, et, de plus, il est nécessaire par un procédé long et labo rieux de traiter<B>à</B> chaud l'enveloppe du tube, les électrodes et les autres parties con tenues dans le tube pour arriver<B>à</B> éliminer tous les gaz absorbés, afin que des gaz ne puissent pas être émis pendant le fonction nement du tube.
Ce procédé n'est pas seule ment coûteux, mais plus les dimensions des tubes sont grandes, plus il devient difficile d'effectuer -cette évacuation convenablement. Dans des tubes<B>à</B> vide suivant l'invention, le traitement<B>à</B> chaud n'a pas besoin d'être aussi complet, attendu qu'on peut laisser aug menter la pression du gaz clans le tube<B>à</B> des valeurs relativement élevées avant que le tube ne devienne mou, de sorte que, de la sorte, les frais d'établissement de ces tubes seront amoindris. Deuxièmement,, par suite de la quantité de gaz émise pendant- le fonc tionnement, il n'est pas recommandable d'em ployer des tubes<B>à</B> vide ordinaireg'ayant des récipients métalliques ou des anodes<B>à</B> re froidissement par l'eau.
Ces dispositions con viennent, au contraire, pour des tubes<B>à</B> vide suivant l'invention. Troisièmement, il n'est pas praticable d'évacuer un tube<B>à</B> vide or dinaire pendant le fonctionnement ait moyen d'une pompe<B>à</B> vide,<B>à</B> moins qu'une trappe de retenue,<B>à</B> air liquide par exemple, ne soit interposée entre le tube<B>à</B> vide et la pompe<B>à</B> air, par suite de la diffusion de va- peurs<B>de</B> la pompe dans le tube. Par exemple, avec une pompe<B>à</B> mercure, des vapeurs de mereure peuvent par diffusion se rendre dans ](# tube et s'y accumuler avec une pression d'environ<B>1</B> mieron <B>à</B> la température am biante ordinaire.
Des vapeurs de mercure<B>de</B> prc-ssion donnent lieu a, une lueur bleue < f des voltaues d'anode de 20<B>à 30</B> volts dans fjc#,s tubes<B>à</B> vide<B>de</B> construction ordinaire.
Les tubes suivant l'invention peuvent être évacués pendant le fonctionnement au moyen d'une pompe<B>à</B> mercure<B>à</B> laquelle ils sont ri-Ws, sans qu'il soit nécessaire d'intercaler une trappe de retenue à basse température eiitre la pompe et le tube<B>à</B> vide; toutefois il peut convenir, dans certains cas, d'inter- ualer une pareille trappe entre le tube pr-j- prement dit et la pompe.