Appareil à décharge électronique. La présente invention concerne un appa reil à décharge électronique du genre qui comporte une cathode disposée pour être chauffée et au moins une autre électrode dans un récipient clos. Elle présente la par ticul-arité que la cathode est formée d'un métal à affinité électronique élevée et que le récipient renferme des vapeurs d'une subs tance à affinité électronique faible capable de former, aux températures de 1-onctionne- ment du récipient, d'une part, et :
de la ca thode, d'autre part, une pellicule adsorbée de cette substance sur la cathode,, avec l'effet <B>cil</B> occasionner une émission électronique sen sible depuis la cathode à une température laquelle, #en l'absence de ladite pellicule, l'émission électronique depuis la cathode se rait ordinairement négligeable.
De préférence, le récipient renferme clés vapeurs de métal alcalin, tel que par exemple. de caesium, dont la pression, -à la tempéra ture de fonctionnement, est inférieure à celle à. laquelle une ionisation appréciable par choc pourra se produire, Grâce à ce-fait,. on peut faire fonctionner un appareil à décharge électronique à une température de la cathode si basse que la durée utile de l'appareil est considérablement prolongée, tandis qu'en même temps l'émis sion d'électrons est supérieure à celle que l'on obtiendrait avec la cathode si l'appareil fonctionnait à une température de cathode beaucoup plus élevée, @en l'absence des va peurs.
Ce résultat est apparemment dû à la formation de ladite pellicule adsorbée par la surface de la cathode, pellicule -qui résiste à l'évaporation à une température de beaucoup supérieure au point @de vaporisation de la substance à affinité électronique faible.
La formation clé ladite pellicule adsorbée peut être, à ce qu'il paraît, facilitée considé rablement par la présence de faibles quan tités de certains gaz dans l'espace compris entre les électrodes. L'action qui se produit lorsque cet effet est obtenu n'a pas encore pu être déterminée avec précision; toutefois, on peut donner des indications précises sur les moyens à employer. On peut d'ailleurs supposer que si les atomes de certains gaz heurtent l'électrode chauffée, ils y forment une pellicule adsorbée consistant d'une seule couche d'atomes, à laquelle les .atomes de la substance employée adhèrent beaucoup plus fortement qu'à la. surface du métal même de l'électrode chauffée.
De cette manière, la formation de la pellicule .qui émet les élec trons et qui se compose d'atomes de la. subs tance employée, serait facilitée.
On a trouvé qu'il était possible d'obtenir des résultats- favorables par l'introduction dans l'espace compris entre les électrodes, de faibles quantités de gaz électronégatifs, au sens que Berzelius donnait à ce mot, tels due, par exemple, l'azote et le protoxyde de carbone; dans le cas de caesium ou d'autres métaux alcalins, il s'agit, de préférence, de gaz incapables de réagir avec le caesium ou autre métal alcalin dont on pourrait se ser vir, mais réagissant avec a matière .de la cathode.
On sait bien que des gaz électro- négatifs, employés tout seuls, ont l'effet de réduire considérablement l'émission électroni que d'une surface de tungstène. Par contre, avec la présence d'un .métal .alcalin appro prié, certains de ces gaz semblent avoir l'ef fet contraire. On donnera plus loin encore quelques détails concernant l'explication de ces phénomènes.
Indépendemment .de toute théorie, on trouve dans la. pratique qu'il est possible d'obtenir d'une cathode en tungstène, avec la présence de caesium et d'une faible quantité rl'un des gaz susdits, une émission d'élec trons de 0,2 ampères par cm2 à, une tempéra ture absolue de la cathode d'environ<B>8000,</B> cette émission étant approximativement égale à celle obtenue avec un filament de tungs- fène pur à, une température absolue de 2500 .
Ii'émiçsiori de la cathode atteint son maximum à. une température absolue qui avoisine les <B>800</B> , et si l'on augmente considérablement la température au-dessus du point auquel l'émission maximum est atteinte, l'émission diminue rapidement, et elle devient négli geable au-dessus d'une température absolue (le 110<B>0</B> a, 1200<B>0</B>. On peul: par exemple introduire quelques microns d'azote ou de protoxyde de carbone dans le récipient après que l'évacuation a été achevée et que le caesium y .a. été introduit. On peut alors faire le vide dans le récipient <B>î</B> au degré voulu et l'isoler ensuite de la, pompe en le scellant.
On sait, bien que les électrodes métalli ques contiennent d'appréciables .quantités de gaz, même après un traitement soigné, ces quantités de gaz pouvant, être développées pendant le fonctionnement de l'appareil dans lequel les électrodes s'emploient.
Pour cette raison, il est diffieile de. séparer les effets obtenu s par l'introduction .directe de gaz lect:ro-nég@atif., <B>(le</B> ceux qui sont dus au gaz développé de l'électrode, particulièrement puisqu'on a. trouvé due, sous certaines condi tions, le gaz développé d'une électrode est susceptible (le produire les résultats voulus.
Un appareil pourvu d'une cathode eu fil de tungstène- et d'une anode en nickel ordi.- naire tel qu'on le pré pare pour le commerce, peut être évacué au moyen d'une pompe et être chauffé pendant l'évacuation pour éli miner la vapeur d'eau du récipient;
puis, l'appareil étant encore relié à la pompe, on peut; chauffer l'anode pour en chasser le gaz, et l'on peut introduire du caesium. Dans certains cas, le gaz ainsi fourni peut donner l'émission maximum voulue sans traitement ultérieur. Dans d'autre cas, il paraît que des gaz délétères tels que l'hydrogène par exem ple, sont aussi développés de l'anode, ces gaz empêchant l'émission maximum voulue de se manifester de prime abord.
Par conséquent, si l'émission au-mentée ne se produit pas tout de suite, ou peut chauffer la cathode à, une température absolue de 1.400 à. 1600 pendant quelques minutes.
Si. la. température de la ca.thorle est alors rf,rluii-e à. la iempéra- ture de fouclionnement voulue, on obtiendra de meilleur: résultats. Dans cette période de chauffe le gaz délétère est apparemment chassé de la. cathode et est enlevé par la pompe, de sorte que le gaz utile reste et forme la pellicule voulue sur la cathode. S'il est avéré que la cathode fonctionne d'une manière satisfaisante, l'appareil est isolé de la pompe par scellement.
Au dessin annexé, donné à titre d'exemple: La fig. 1 représente une forme d'exécu tion de l'appareil suivant l'invention; La fig. 2 montre un schéma de connexions de circuit .comprenant une forme d'exécution de ce genre, pour la réception de signaux radioélectriques ; La fig. 3 est le schéma d'une autre forme d'exécution de l'objet de l'invention et d'un couplage de circuit combiné avec cette forme d'exécution.
Dans la fig. 1, l'appareil à décharge élec tronique comporte trois électrodes, à savoir sine cathode -constituée par un filament en roulé en hélice 6, une anode 5 et une élec- trode-grille 2, ces électrodes étant enfermées dans un récipient clos 1, dans lequel on a fait le vide. La cathode 6 peut être chauffée par un .courant amené par les conducteurs 3 et .l qui sont introduits dans le récipient 1.
L'anode 5 est faite de caesium et l'électrode grille 2 consiste en un conducteur .enroulé en hélice qui entoure la cathode. Des con nexions avec l'anode 5 et la grille 2 sont éta blies par les conducteurs 7 et 8 introduits clans le récipient. On fait, de préférence, tout d'abord le vide dans le récipient 1, puis, une faible quantité du métal voulu est intro duite dans le récipient 1 :avant de le sceller.
Le gaz destiné à donner les résultats les plus satisfaisants est fourni au récipient avant le scellement @de celui-ci, par exemple en dé- veloppant ce gaz d'une certaine quantité de nickel placé dans une chambre latérale reliée au récipient; ou bien il peut être fourni au récipient en chauffant la grille 2 par bom- bardement ou d'une autre manière convena ble, si la grille est faite de nickel ou de molybdène, .car on .a trouvé que les mêmes résultats sont obtenus par les gaz dévelop pés du molybdène et du nickel.
L'introduc tion du caesium peut se faire en .reliant au récipient une petite ampoule ou une chambre latérale dans laquelle le métal peut s'obtenir par la réduction d'un composé de ce métal. A cet effet, on peut introduire dans cette chambre un chlorure du métal conjointement avec un agent réducteur tel que le calcium. La chambre latérale peut être alors chauffée suffisamment pour causer la réduction du métal et sa distillation, les vapeurs de métal passant dans le récipient 1.
De cette ma nière, .du métal peut être introduit en quan tité suffisante dans le récipient 1 pour cons tituer un remplissage de vapeurs ayant la pression voulue et pourvoir à un excédent de métal non vaporisé qui suffit à former l'a- node-5. L'expérience prouve qu'il y a liens d'avoir tout particulièrement soin de préser ver le récipient 1 @de toute vapeur d'eau, en le chauffant avec la .chambre latérale avant que les vapeurs de métal soient introduites dans ledit récipient 1.
On maintiendra préférablement la pres sion .des vapeurs dans le récipient 1 au-des sous du point auquel l'ionisation par choc devient suffisante pour .causer préjudice à un réglage efficace du flux ,d'électrons. La pression à laquelle une ionisation importune se produira, dépend en large mesure de la forme et .des dimensions de l'appareil. Toute fois, dans les conditions ordinaires il y aura avantage à choisir une pression d'environ 0,02 microns de mercure ou moins pendant le fonctionnement, si l'on emploie un réglage par grille.
A la température ordinaire ou d'appartement, la pression des vapeurs rte caesium est d'environ 0,002 microns et, même à cette basse pression, on peut @consta- ter un effet favorable dû à la présence des vapeurs de caesium. Toutefois, il est géné ralement avantageux que l'appareil .fonc tionne à une température d'ampoule un peu supérieure à la température ordinaire ou -d'appartement, soit, par exemple, à environ 50 C,
température à laquelle la pression des vapeurs de caesium est d'environ 0,02microns. Avec un choix .convenable -des di mensions de l'appareil, la chaleur fournie par .la cathode peut être -#,uffRSante pour chauffer l'appareil à, la température de fonc tionnement voulue.
Aux conditions décrites ci-dessus, on peut obtenir une émission d'élec trons satisfaisante, avec l'emploi d'une ca thode ordinaire en tungstène, à une tem pérature absolue d'environ 800 , l'émission d'électrons d'un filament de tungstène pur c#1 simple étant négligeable à nette tempéra ture.
Si l'on augmente la température absolue de la cathode au-dessus d'environ<B>1000</B> , l'é mission d'électrons diminue et tombe, à des températures absolues de 1100 ou 1200 , à des valeurs nébligeabiles. Cela est apparem ment dû au fait que le caesium tend, avec l'aubmenta.tion de la température, à se vapo- riser au fur et à, mesure qu'il heurte la. ca thode, de sorte qu'on ne trouve pas de pelli cule absorbée sur la cathode.
Bien que les résultats obtenus avec des vapeurs de caesium aient été plus satisfaisants, on peut égale ment obtenir des résultats favorables avec des vapeurs de rubidium. Cependant, Îi cause de la pression inférieure des vapeurs de rubidium, l'appareil utilisant des vapeurs de rubidium devrait fonctionner à une tem pérature plus élevée qu'un appareil utilisant des vapeurs de caesium, et ia température à laquelle l'émission maximum se produit, sera.
é@--alement un peut plus élevée que dans le. cas du caesium.
Ainsi due l'explique Langmuir dan; les -'Transactions of the American Electrocliemi- cal Societv" (Annales de la.
Société A.meri- caine Electrochimique), vol. XXIX, <B>1916,</B> page. 125, il se. produit une absorption d'é nergie lorsque des électrons sont émis de mé taux chauffés, absorption pouvant être me- sUrée sous forme de chaleur absorbée et cal c,ulée en raison d'une différence de potentiel en volts, qui constitue une mesure quantita tive du travail effectué par le détachement d'un électron de la surface d'émission.
Cette valeur frit dénommée "affinité électronique" de la matière émettrice d'électrons. Cette affinité électronique a été déterminée pour un certain nombre de matières. Sa, valeur pour le tungstène est de d,52 volts, tandis que pour le caesium elle est .d'environ 1,4 volts.
Lorsqu'un atome de caesiu.m se rap proche d'une surface de tungstène, le tungs tène, ayant une affinité électronique supé rieure à celle de l'atome de caesium, prive l'atome de caesium d'un électron et le laisse dans la forme d'un ion positif. Lorsque ces ions de caesium sont près de la surface de tungstène, ils induisent une .charge négative sur la. surface de tungstène et restent par suite attachés à. la surface de tungstène sous l'action .d'une force électrostatique.
C'est cette force qui cause la formation de la pelli cule adsorbée de caesium. Si la température est trop élevée, la. pellicule a,dso:rbée sera chassée en dépit de nette force.
Lors qu'une pellicule de gaz électronégatif recouvre la surface d!e la cathode, le caésium est. apparemment retenu à. la ca thode avec. plus (le ténacité, grâce au fait due ladite pellicule a.
une affinité électronique encore supérieure à celle du tungstène. En raison du fait que dans l'appareil décrit, on peut obtenir une énci.ssion électronique satis faisante avec une basse température dé fonc tionnement de la. cathode, on peut employer pour la. cathode d'autre:
matières due k@ tungstène; le nickel et. le molybdène, par c-vemple, peuvent être utilisés avec des résicl- tats analob es.
La fi-. ? montre l'appareil de la fi-. 1 intercalé dans un circuit de réception ra.dio-
EMI0004.0092
électrique <SEP> au <SEP> moyen <SEP> (les <SEP> connexions <SEP> habituel Ics <SEP> d'un <SEP> appareil <SEP> < < . <SEP> trois <SEP> électrodes. <SEP> Toute fois, <SEP> dans <SEP> ce <SEP> cas, <SEP> une <SEP> source <SEP> de <SEP> courant <SEP> aIter natif <SEP> reliée <SEP> au <SEP> transformateur <SEP> 9 <SEP> sert <SEP> à.
<SEP> clia.uf f'er <SEP> la, <SEP> cathode <SEP> ?, <SEP> la <SEP> valeur <SEP> du <SEP> courant <SEP> de
<tb> chauffage <SEP> étani <SEP> réglée <SEP> par <SEP> un <SEP> rhéostat <SEP> 10.
<tb> Lorsqu'on <SEP> eniplcrie <SEP> un <SEP> appareil <SEP> construit <SEP> de
<tb> la <SEP> manière <SEP> déorile <SEP> ci-dessus <SEP> dans <SEP> le <SEP> circuit
<tb> représenté <SEP> et <SEP> qu'on <SEP> z-hutuffe <SEP> ha <SEP> cathoidc# <SEP> à. <SEP> la.
<tb> température <SEP> de <SEP> fonctionnement <SEP> usuelle <SEP> d'un
<tb> filament <SEP> en <SEP> tungstène, <SEP> l'émission <SEP> électronique
<tb> m'est <SEP> apparemment <SEP> pas <SEP> supérieure <SEP> à <SEP> celle:
<SEP> due
<tb> l'on <SEP> obtiendrait <SEP> en <SEP> l'absence <SEP> de <SEP> caesium, <SEP> et <SEP> le
<tb> ronflement <SEP> du <SEP> courant <SEP> alternatif <SEP> produit
<tb> cens <SEP> les <SEP> récepteurs <SEP> téléphoniqu <SEP> es <SEP> pa=r <SEP> le <SEP> cou- rani -de chauffage est si bruyant qu'il em- bêche une réception satisfaisante de forts si gnaux r.adiotéléphoniques. Cependant, en ré duisant le courant du filament, on pourra, at teindre un point donné auquel l'intensité des signaux excèdera le ronflement.
du courant alternatif de telle façon qu'une réception sa tisfaisante ides signaux sera alors possible. Ces résultats :améliorés sont probablement dus à .d'eux facteurs: la chute de voltage le long du filament est considérablement réduite et, en même temps, l'émission est augmentée. A cr# point, le filament fonctionnera à une tem pérature inférieure au rouge, température à laquelle l'émission d'électrons du tungstène pur serait trop faible pour n'importe quel em ploi utile en l'absence des vapeurs de,caesium. .
La fig. 3 représente une ,autre forme de l'appareil suivant l'invention. Dans ce cas, la cathode 11 est de forme cylindrique et en toure le filament conducteur 12. Par le cou rant que fournit le transformateur 13 au con ducteur 12, la cathode 11 est chauffée par radiation à la température de fonctionne ment voulue. La cathode 11 est entouré:, d'une électrode-grille 14 qui, à son tour, est entourée d'une anode cylindrique 15. Des signaux radioélectriques reçus sur l'antenne 16 peuvent être imprimés sur le circuit de grille de cet appareil et être :détectés :dans le circuit de plaque.
Avec cet appareil, on peut obtenir des .résultats satisfaisants .avec des vapeurs de c.aesium, sans employer aucune batterie dans le circuit de plaque, et en utili sant une cathode de nickel et une anode de nickel. Bien que dans l'appareil ique représente la fig. 1, l'anode soit faite de caesium, ce n'est pas absolument nécessaire, car le caesium peut être placé à n'importe quel en droit à l'intérieur du récipient, hors, de con tact avec toute électrode.
Il est bien entendu que le rubidium et d'autres métaux alcalins appropriés pourraient être employés aux lieu et place du caesium. Dans tout les cas, ce pendant, la calhode devra être formée d'un métal à affinité électronique élevée.