Dispositif à décharge électronique. Cette invention est relative aux dispositifs à décharge électronique ayant une cathode et une anode, avec ou sans une troisième électrode servant à régler le passage du courant entre la cathode et l'anode, dispositifs destinés à être utilisés comme redresseurs, oscillateurs, amplificateurs, détecteurs, modu lateurs, etc.
L'invention peut servir à faire passer du courant à une faible différence de 'potentiel entre la cathode et l'anode, à éviter un échauffement exagéré des électrodes et des pièces qui s'y rattachent par le courant ca- thodique-anodique tout en produisant une ample émission électronique de la cathode, à éviter la nécessité d'employer de grandes quantités de matière engendrant de la vapeur, à empêcher la conduction électronique de l'anode à la cathode sous l'influence d'un potentiel inverse comme dans le redressement; dans certains cas, les effets de la charge d'espace dans la zone de l'anode peuvent aussi être éliminées.
En vue de la réalisation de ces buts, le dispositif suivant l'invention contient deux gaz dont l'un est plus facilement ionisable que l'autre, et des moyens pour maintenir la pression du gaz le plus ionisable à une va leur plus élevée à l'intérieur d'une chambre, par une ouverture de laquelle sortent les électrons, qu'à l'extérieur de cette chambre.
Le dispositif comprend de préférence un tube à basse pression ou à vide poussé (de l'ordre de, par exemple, 0,01 mm de mercure) contenant une chambre-cathode dans laquelle règne une pression beaucoup plus élevée (de l'ordre de 0,1 min de mercure, par exemple) maintenue dans la zone de sa surface de décharge par des forces dues à un champ électromagnétique;
électrostatiques ou ma gnétiques ou les deux en même temps, dans le but d'assurer une ample émission élec tronique, par exemple à l'aide d'une action centrifuge, préférablement produite par un champ magnétique s'étendant longitudinale ment par rapport à l'axe de l'ouverture de décharge et réagissant avec la décharge élec trique pour faire tourbillonner le gaz et établir une pression plus élevée près de la périphérie interne de la chambre-cathode.
On peut. aussi prévoir le maintien d'une proportion plus élevée du gaz plus ionisable dans la zone de la source d'électrons, à l'in térieur de la cathode creuse, que dans la zone de l'anode ou autre zone recevant les élec trons. De préférence, ceci est accompli à l'aide d'une paroi ou membrane poreuse ou semi-perméable, constituée par exemple par du carbone ou du quartz ou par une feuille de métal percée de trous suffisamment petits pour restreindre le transfert de gaz à ce qu'on appelle une diffusion pure, paroi ou membrane à travers laquelle le gaz le moins ionisable peut s'échapper de la cathode (de préférence uniquement par le phénomène de diffusion)
en rie permettant pas au gaz le plus ionisable de s'échapper aussi facilement ou en l'empêchant de s'échapper. Par exem ple, par l'application combinée d'un mélange d'hélium et de cfiuin ou de vapeur de mer cure avec une paroi de quartz, l'hélium s'échappe, tandis que la vapeur de mercure, plus ionisable, ne petit pas-passer à travers la paroi de quartz et s'accumule par consé quent dans la cathode.
Comme la vitesse de diffusion de l'hélium est à peu près sept fois plus grande que celle de la vapeur de mer cure, on peut faire en sorte que la pression de la vapeur de mercure à l'intérieur de la cathode prédomine considérablement sur la pression de cette vapeur à l'extérieur de la cathode, même dans le cas où l'on fait usage d'une paroi poreuse, en carbone par exemple qui laisse passer la vapeur de mercure dans une certaine mesure.
Pour certaines applica tions, le tube à vide petit être rempli d'hélium sous (nie pression de l'ordre d'un denii-cen- timètre de mercure, et une petite quantité de mercure (réduite par exemple à une seule goutte dans le cas de. petits tubes) peut être placée dans le tube pour engendrer et fournir la vapeur de mercure. Les voltages d'ionisa tion du mercure et de l'hélium sont 10,5 volts et 25 volts, respectivement. De cette façon, le gaz que renferme la cathode peut être ionisé à un degré plus élevé et donner ainsi lieu à une chute de potentiel plus faible entre les électrode.
L'effet peut être accentué en portant à une température très élevée le gaz que renferme la .cathode (par exemple â,<B>2,8000</B> 0 ou au- dessus). Lorsque le gaz que renferme la ca thode a été porté à une température élevée, un grand nombre des atomes sont à un état excité, c'est-à-dire que leurs électrons sont déplacés de leurs orbites voisines des noyaux atomiques vers des orbites plus éloignées, sans être entièrement amenés hors de portée d'in- fluetice des noyaux et, par conséquent,
des électrons émis par la surface interne de la cathode peuvent facilement ioniser le gaz que renferme cette cathode. De cette façon, la chute de potentiel est réduite à une faible valeur. Quoique les mêmes avantages généraux puissent être obtenus à l'aide d'autres gaz ayant des caractéristiques d'ionisation et de diffusion différentes (oit petit par exemple remplacer l'hélium par de l'hydrogène et la vapeur de mercure par de la vapeur de cxsium, par du krypton ou par du xénon,
la combi naison de gaz susmentionnés offre des avan tages spéciaux. Par exemple, l'hélium offre titi long trajet libre moyen, et le mercure peut être incorporé à l'état liquide, ce qui assure une réserve de vapeur pratiquement inépuisable.
L'invention permet aussi de protéger l'anode contre le bombardement d'ions posi tifs lorsque l'électrode constituant normale ment l'anode est portée à un potentiel négatif, de sorte que la décharge gazeuse qui se produit entre les électrodes est limitée de faon plus efficace à, l'un des sens, par exemple lors de la mise en marche d'un dis positif avec la cathode froide, par suite de la raréfaction du gaz plus ionisable dans la région de l'anode, le gaz moins ionisable contribuant à la protection de l'anode.
L'invention est particulièrement applicable au redressement du courant alternatif, et des. redresseurs suivant l'iuventioii peuvent pré senter une faible chute de potentiel, ce qui joue un rôle important lorsqu'on redresse un courant de voltage modérément élevé (par exemple de l'ordre de grandeur du millier de volts).
Le dessin annexé montre, à titre d'exemple d'exécution, une coupe axiale schématique d'un dispositif redresseur comprenant une anode g, une cathode C', un écran S, un tube T et une bo bine 1L1 entourant le tube. Ces pièces ont préférablement la forme de corps de révolu tion coaxiaux.
Le tube T peut être fait de verre dur ou extrêmement réfractaire et les électrodes .A et C et l'écran S peuvent être faits de tungstène ou d'une autre matière convenable et peuvent être supportés dans le tube par tous moyens convenables; par exem ple à l'aide de tiges a c et s, comice repré senté. D représente une goutte de mercure ou autre matière engendrant de la vapeur, soit spontanément, soit par l'application d'unesource de chaleur extérieure(par exemple à l'aide d'une bobine de chauffage H). Cette vapeur constitue l'un des deux gaz employés dans le dispositif.
Une goutte de mercure suffit pour des petits tubes. Comme deuxième gaz, l'on peut em ployer de l'hélium, sous une pression d'en viron un demi-centimètre de colonne de mer cure. P désigne une membrane ou paroi po reuse ou semi-perméable. Quand on fait usage d'hélium et de mercure, cette paroi est pré- férablement faite de quartz, qui permet la diffusion de l'hélium sans laisser pssser la vapeur de mercure. Ladite paroi peut être fixée au bord inférieur de la partie cylindrique de la cathode creuse Cde toute manière conve nable.
Avec un potentiel convenable imprimé entre la cathode C et l'anode 9., un courant d'électrons passe de l'intérieur de la cathode creuse à l'anode à travers des ouvertures E et L, l'écran S ayant pour rôle de localiser la chaleur produite dans la cathode par le passage du courant et d'augmenter ainsi l'ionisation à l'intérieur de la cathode. L'écran sert aussi à localiser le passage du cou rant le long du chemin le plus direct. Quand la bobine M est excitée, le champ produit par cette bobine,- en agissant sur. la compo sante radiale du courant dirigé vers l'ouver ture, fait tourner le gaz à l'intérieur de la cathode.
Cette rotation du gaz produit une pression plus élevée près de la paroi interne de la cathode; le nombre de ibns près -de la surface active de la cathode est augmenté et l'émission électronique par cette surface est facilitée. En prolongeant la tige c à travers le centre de la cathode jusqu'à un point voisin de l'ouverture E, on empêche une sortie directe du gaz de la cathode, suivant l'axe de celle-ci.
Les moyens décrits ont comme résultat que<B>du</B> gaz pénètre dans la, cathode par l'ouverture E, jusqu'à ce que la pression moyenne relativement élevée que la rotation du gaz tend à produire dans la ca thode y soit établie.
Un faible courant gazeux persiste après ce moment, en raison du fait que le gaz le moins ionisable (par exemple l'hélium), tra verse par diffusion la paroi P. Le gaz plus ionisable, à diffusion faible ou nulle, prédo mine ainsi dans la cathode creuse;
sur le gaz moins ionisable, ce qui augmente encore, et d'une manière très importante, le nombre de ions près de la surface active et l'émission électronique de celle-ci. Quand le gaz le plus ionisable est aussi plus lourd que le gaz le moins ionisable (comme c'est le cas de la vapeur de mercure qui est plus lourde que l'héliutn),- la prépondérance du gaz le plus ionisable près de la paroi interne de la ca thode creuse est en outre favorisée par l'ac tion centrifuge.
L'effet combiné des susdits facteurs, effet conduisant à un état d'ionisation élevé à l'intérieur de la cathode, est que l'intérieur de la cathode creuse devient une source efficace d'électrons. Cet effet peut être encore augmenté, soit en chauffant la cathode indé pendamment du passage de courant entre la cathode et l'anode, soit en revêtant la sur face interne de la cathode d'une matière éminemment émettrice d'électrons telle que le c#sium, soit en combinant ces deux moyens. On peut aussi, en vue de maintenir la ca thode à une température plus élevée, donner à sa surface externe ou à la surface interne de l'écran S ou à ces deux surfaces un pou voir réfléchissant élevé.
En polissant brillam ment la surface interne de la cathode, celle-ci absorbera moins de lumière et l'ionisation sera encore augmentée à l'intérieur de la cathode.
Pour .certaines applications, on peut avan tageusement limiter la distance entre la ca thode C et l'écran S ou celle entre ce dernier et l'anode .1, ou ces deux distances, à la valeur du libre parcours moyen des électrons dans le gaz que renferment ces espaces, c'est-à-dire à la distance moyenne parcourue par un électron à la vitesse ionisante sans choc ionisant avec une molécule de gaz, ce qui contribue à éliminer les effets de ionisa tion indésirables.