Appareil à décharge d'électrons et procédé pour sa fabrication. La présente invention concerne un appa reil à décharge d'électrons eomportant des électrodes coopérantes, dont l'une est une ca thode disposée pour être chauffée, enfermées dans un récipient évacué d'air contenant une quantité d'un métal ,alcalin d'un poids, ato mique supérieur à celui du potassium, .comme par exemple du caesium ou du rubidium, et elle présente la particularité que la cathode est pourvue d'une couche oxygénée en vue de tenir pendant le fonctionnement le métal al calin plus tenacement. sur la surface de la. ca thode qu'avec une cathode non oxydée.
Comme on l'a déjà exposé ailleurs, lorsque des vapeurs d'un métal alcalin du genre in diqué, comme par exemple du ca:esium ou du rubidium, sont introduites dans l'espace en tourant une cathode :chauffée clans un appa reil à décharge, une émission d'électrons peut être produite, sous certaines conditions, par la cathode, qui est beaucoup plus grande que celle qui serait produite en l'absence des va peurs alcalines. Il a été trouvé que dans un appareil mtenant une électrode en tungstène et des vapeurs de caesium à une pression in férieure à celle à laquelle la ionisation par collision devient sensible,
la température, à laquelle l'émission d'électrons. est un maxi mum, se trouve .aux environs -de 430 C. A une température de tube plus .élevée et par conséquent une pression de vapeur plus éle vée, la température à laquelle l'emission est un maximum, ainsi que ce maximum lui même, augmentent d'une manière correspon dante.
Ce pouvoir d'émission doit être interprété comme étant dû à la formation continuelle sur l'électrode :chaude d'une pellicule adsor bée de métal alcalin vaporisé, dont l'évapora tion, pour une température donnée, est beau coup moins rapide que celle du métal alcalin pur en corps massif. La pellicule adsorbée forme une surface qui est capable d'émettre des électrons bien plus facilement qu'une sur face formée entièrement. du métal réfractaire dont est. fait ler:corps de la cathode. S'il y a..
d'une part, une évaporation continuelle de cette pellicule adsorbée, il y a, d'autre part, une régénération continuelle de 1a pellicule par les atomes du métal alcalin frappant la surface chauffée. Lorsque la. température est -Mentée au-dessus d'une certain= tempéra <B>.</B> auC ture, fonction de la. pression de vapeur qui règne dans le tube, la. pellicule de .caesium, l,ar exemple, se réduit par évaporation à un tel degré que l'émission d'électrons diminue.
L'effet de certains gaz électronégatifs, au .sens que Berzelius :donnait à. ce mot, comme par exemple, le nitrogène etc., de for'- rner une couche liante sur le corps de la. ca thode chauffée et d'augmenter ainsi la. sta bilité de la pellicule de métal alcalin adsorbée a aussi déjà été spécifié .ailleurs.
En présence de ces matière. liant-es la pellicule a,clsorbée est plus stable; il est alors avantageux de travailler à des températures plus élevées que 430 C afin d'obtenir une plus brande émis- sio.n d'électrons.
Des considérations analogues permett-nt (le comprendre l'avantage qu'il y a d'em ployer une cathode avec une couche adsorbée oxygénée, qui a la propriété de tenir tenace ment une pellicule de métal alcalin, même à un température élevée.
Pour la fabrication d'un appareil à tlé- eha.rbP d'électrons suivant l'invention, on prend un récipient renfermant une cathode émettrice d'électrons et une autre électrode coopérante et qui est:
évacué d'air, on expose la cathode à de l'oxygène sous une pression très faible en l'absence sensible d'autres gaz, on chauffe la cathode à environ 1030 à 1\l30 C, on enlève l'oxygène résiduel et. on mine des vapeurs d'un métal alcalin à poids atomique supérieur à :celui du potassium en @Iontact avec la cathode.
Deux formes d'exécution d'un appareil établi suivant l'invention sont représentées, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans le quel la fig. 1 montre une vue latérale d'un appareil à deux électrodes; la fig. 2 en est une vue latérale prise sous un angle de 90 environ par rapport à la première vue;
les fig. 3 et 4 représentent un appareil à. trois Mectrodes, L'appareil représenté en fig. 1 comporte un tube évacué d'air 1 .contenant une cathode \ et une anode 3. La. cathode 2 qui est un filament en forme de<B>V,</B> est établie en métal réfractaire, comme par exemple du tungs tène ou mol.ybdène. Ses extrémités sont ton neotées aux fils d'entrée usuels. 4, 4' et il est supporté à son coude à un support 5 por tant un fil de fixation 6 (fig. 2).
L'anode 3 peut être constituée de tungstène, nickel, cuivre ou tout autre matière conductrice ap propriée, la connexion électrique étant éta blie par un conducteur scellé 7. Le socle extérieur a été omis pour plus de simplicité.
Pour obtenir l'aucmentation désirée de l'émission d'électron:, dans un appareil à anode en nickel, on peut procéder par exem ple :de la. manière suivante qui a été, en par tie, déjà décrite ailleurs: L'appareil î1 .anode en nickel. est d'abord évacué de manière îi obtenir le vide élevé usuel, sa cathode étant portée à une tempé rature élevée (environ 2230 C), et l'anode est ensuite chauffée, par exemple à l'aide d'un champ magnétique variable de haute fréquence.
Cela développe des gaz qui sont adsorbés sur la cathode froide.
On peut alors introduire du caesium dans le tube et fermer hermétiquement celui-ci. Si des gaz nuisible, empêchant la réalisation de l'émission que l'on peut obtenir en leur absence, ont été développés, en même temps que les gaz formant la couche liante ou ad sorbée désirée, par le chauffage: de l'anode, et ont été fixés par la cathode, ces caz peuvent être éliminés en chauffant la cathode pour quelques secondes à. environ<B>1130' C</B>.
La, couche de gaz qui reste adsorbe fortement du caes,ium et donne l'augmentation désirée de l'émission d'électrons.
On a trouvé qu'on peut obtenir des effet plus stables et d'une plus grande durée qu'a vec les autres gaz dont il a été question ci dessus et ailleurs, si l'on utilise de l'oxyb@@e pour former la couche liante sur la. cathode. Les particularités mêmes, d'ailleurs, des gaz dérivés du nicl@el rendent probable que leur i.ct*on favorable est .due à une teneur en ,<B>- 1</B> oxygène.
La manière préférée d'exécuter le procédé de fabrication selon l'invention est la sui vante: Un appareil comme représenté en fig. 1 est évacué à fond et le filament est. chauffé à une température élevée, dans le cas de tungstène à au moins<B>1730</B> C, afin de libé rer sa. surface d'impuretés et pour chasser -du gaz enfermé. Ensuite de l'oxygène est admis dans le récipient à une pression de 20 à. 30 microns (0,020 à 0,030 mm) environ, le fila ment étant. de préférence chauffé à une tem pérature .de 1100 à 1200 C environ pendant quelques secondes, ce qui" donne lieu à la for mation d'une mince couche d'oxygène adsorbé sur la. cathode.
Le reste de l'oxygène est alors pompé dehors. et une quantité de -cae- sium par exemple (ou de rubidium) est intro duite dans le récipient qui peut. former un condensat sur la paroi, comme représenté en 8, une quantité assez grande de ce métal étant introduite dans le récipient pour obtenir un excédent de caesium non évaporé à la. tem pérature de fonctionnement désirée.
De préférence le métal alcalin, tel que le caesium, est introduit, après l'évacuation, de puis un tubelatéral (non représenté) contenant un mélange d'un agent de réduction, comme par exemple du calcium ou du magnésium et d'un composé approprié du métal qui doit être introduit, tel que du chlorure de caesium.
Lorsque l'anode consiste entièrement en matière non oxydée, on introduit une quan tité suffisante d'oxygène après l'introduction du caesium, pour oxyder une partie du ca.e- s.ium. Le mélange de ca.esium et d'oxyde de caesium résultant éliminera la. plus grande partie des gaz nuisibles, en particulier l'hy drogène.
Après cette phase du procédé, on peut introduire dans le récipient de l'hydro gène, à peu près la moitié (en volume) de la quantité d'oxygène introduite préalablement, et attendre quelques instants pour que cet hydrogène soit fixé, le tube étant enfin scellé pendant. que l^ pompe à vide travaille en core.
L'introduction d'hydrogène, en addition à l'oxygène, produit de l'hydrure de caesium (CsII) et de l'hydroxyde de caesium (CSOH). Le mélange de caesium et de composés de caesium a la. propriété d'éliminer le monoxyde de carbone, nuisible comme on le verra plus loin, par .combinaison chimique.
Dans quelques cas l'anode peut être cons tituée entièrement ou en partie d'un métal oxydé approprié. Comme représenté en 9 (fig. 1), une bande de métal oxydé est fixée à l'anode. Cette bande peut être du cuivre oxydé. Si on prévoit une pareille bande, on n'a pas besoin d'introduire de l'oxygène après l'introduction du métal alcalin, attendu que le caesium réagit avec l'oxyde de cuivre pour former de- l'oxyde de caesium. De l'hydrogène peut être introduit comme décrit ci-dessus.
Dans ces tubes qui contiennent un métal alcalin, il faut avoir soin d'éviter une conden sation du métal sur le pied porte-électrodes (7 en fig. 1), attendu qu'une pareille coii- densationc9userait un court-circuit entre les fils passant par le pied. Une candensation de ce genre peut en particulier axriver aux en droits où il y a de l'oxyde de ca.esium en présence.
Ainsi, lorsque de l'oxygène est in troduit dans le tube, le pied devrait avoir été rendu exempt de caesium condensé, par chauffage. et les parties .où -du caesium s'est déposé, devraient .être suffisamment refroi dies pour éviter qu'il y ait une pression sen sible de vapeur de caesium, lorsque l'oxygène est introduit. Pour réduire les fuites électri ques, il est avantageux d'entourer les con ducteurs -des. électrodes de petits tubes de verre espacés des conducteurs. comme montré en 10 dans le dessin.
Lorsque le tube préparé suivant une mé thode quelconque a été fermé, la cathode de vrait être chauffée pendant quelques secondes à. environ 1030 à 1230<B>' C,</B> afin d'éliminer des substances nuisibles de la couche d'oxy gène. Ensuite l'appareil peut être utilisé, par exemple pour redresser du courant alternatif, comme indiqué schématiquement en. fig. 1, aussi bien que pour d'autres buts' pour les quels les tubes à cathode chauffée ont été utilisés.
Dans le cas du dessin, la cathode est chauffée par du courant dérivé d'une sec tion 11 du secondaire du transformateur 12, la cathode et l'anode étant reliées aux bornes de la. section principale 13 du secondaire du transformateur par les conducteurs 14, 15 en série avec la charge 16.
Lorsque un appareil préparé comme décrit ci-dessus par l'admission d'oxygène gazeux fonctionne avec la, cathode à une température de environ 630 C, le tube en entier ayant une température de 30 C, on obtient une émission d'électrons de la. cathode de l'ordre (le énviron 200 à 300 milliampères par cm\ de surface. Cette émission est du même ordre de grandeur que l'émission d'un filament en tungstène fonctionnant dans le vicie en l'ab sence de caesium ou de substances activantes similaires à une température de 2200 C en viron. mais l'énergie nécessaire est. de beau coup inférieure.
La couche liante d'oxygène sur la. cathode ne s'évapore pas rapidement jusqu'à ce que la. température soit élevée à<B>1300'</B> C. Si le tube contenant. du caesium a. environ<B>30'</B> C, l'émission d'électrons -de la pellicule de cae- sium .adsorbée sur la. couche d'oxygène aug mente constamment avec la température du filament jusqu'à. une température de<B>630'</B> C environ.
Une augmentation ultérieure de la température réduit l'émission d'électrons, parce que la surface du filament devient en partie dégarnie de caesium. La température de fonc tionnement la.
plus favorable est donc -de 630 C environ et à cette température il n'y a pas d'évaporation mesurable de la couche d'oxygène. A des températures de tube plus élevées, respectivement .aux pressions ,de va peur de caesium plus élevées qui lieur cor respondent, la pellicule de caesium rect.era. in tacte pour des températures de cathode plus élevées, pourvu que des précautions soient prises pour prévenir un bombardement indu de la cathode par des ions positifs.
L'émission d'électrons à la. température de cathode la plus favorable avec le tube à. 43 C est approximativement le double du maximum pouvant être obtenu avec. le tube ;@ 20 C. La couche d'oxygène peut toutefois être enlevée par un bombardement d'ions positifs. Par exemple, des ions de caesium d'une éner- de 40 volts enlèvent l'oxy gène dans une ffi <B>a</B> e mesure mesurable. D'autres ions, par exem ple, des ions -d'hydrogène, peuvent réagir chi miquement avec la. couche d'oxygène.
Des ions qui n'ont. pas assez d'énergie pour en lever l'oxygène peuvent adhérer à, la pellicule et. réduire son pouvoir d'adsorber du cacsium. Cela. est le cas pour les ions. de monoxy de de carbone avec une énergie d'environ 20 volts.
Il -est donc désirable d'éviter un bombarde ment de la, cathode par des ions positifs; la construction représentée en fi-. 1 est favo rable pour le fonctionnement de l'appareil même à des voltage. assez élevés pour pro- eluire une ionisation positive considérable du gaz résiduel. Le nombre d'ions positif; en présence étant, même dans ce cas, relative ment faible, les parois du récipient deviennent négativement chargées, du fait des électrons qui viennent les frapper.
Dans un appareil comme représenté en fib. 1, où aucun obstacle n'est interpo:aé entre la cathode et les parois, les ions positifs qui peuvent être engendrés, sont attirés par les parois chargées et ne bombardent par conséquent pas la, cathode.
La fig. 3 montre un appareil à trois élec trodes établi suivant l'invention. Cet appareil comporte une cathode linéaire constituée par un filament. 17 porté par un support 28, se terminant en un ressort 29, une électrode de commande 18 et une anode 19, toutes mon tées à l'intérieur d'un. tube 20. L'électrode de commande aussi bien que l'anode sont cons tituées de plaques plates qui sont placées ra- dia.lement par rapport â, la cathode.
L'élec trode de commande 18 comprend les plaques plus longues de deux groupes de plaques alternant les unes .d'un groupe avec celles de l'autre groupe et qui sont connectées par des fils à. un anneau 21. La manière de laquelle sont disposées, les unes par rapport aux au tres, les plaques de l'électrode de commande et celles de l'anode, est représentée en fig. 4, les plaques de l'électrode de commande étant désignées par 18a, 18b, 18e et. 18d et les pla ques d'anode par 19a, 19b, I9c et 19d.
Les plaques sont. assemblées par les anneaux 21, 9@ 2 et 23 qui les maintiennent à leurs places.
Dans un tube de -ce genre les ions positifs sont formés presqu'entièrement dans l'espace entre l'anode et les plaques de commande et non entre le filament, et les plaques. Les ions sont par conséquent produits en des endroits où le -champ électrique les amène vers: la grille, et ils sont ainsi empêchés de' frapper la cathode.
Ces électrodes respectives sont re liées aux parties extérieures du dispositif par les conducteurs usuels scellés dans le verre, les conducteurs -de .cathode étant désignés, par 24, 25, le conducteur d'éleofrode de commande par 26 et le conducteur d'anode par 27. Pour plus de simplicité le socle n'est pas représenté. Cet .appareil peut être utilisé comme radio détecteur ou comme amplificateur avec les connexions de circuit usuelles pour des appa reils à trois électrodes.
Le procédé de fabrication prévu est le même que celui qui a été -décrit en regard (le la fig. 1. Si on s'est référé dans la, description spécialement au ca.esium, il est entendu que le rubidium est considéré comme équivalent du caesium et peut être utilisé à la place du caesium, bien que l'émission d'électrons obte nue avec du rubidium soit un peu plus faible.
Avec des appareils tels que ceux montrés au dessin, on peut utiliser des tensions bien au-dessus de la tension d'ionisation: Une du rée de fonctionnement convenable a été obte nue, dans des appareils suivant fig. 3, avec des tensions de 45 volts environ. Avec des tubes du type montré en fig. 1, on a obtenu une durée de fonctionnement convenable .à 80 volts.
Ires appareils décrits présentent l'avan tage de demander une très faible puissance pour le filament. Avec des proportions ap propriées de la longueur et du diamètre du filament on peut obtenir une émission d'élec trons de 5 à 10 milliampères en utilisant un courant de -chauffage du filament. .d'environ 40 milliampères fourni par un seul élément de pile sèche.