Procédé pour produire une décharge entre des électrodes d'un tube à décharge élec trique et tube à décharge électrique pour la mise en oeuvre du procédé. Cette invention est relative aux tubes à dé charge électrique du type contenant du gaz et employant des électrodes à basse tempéra ture, par opposition aux tubes thermioniques employant des électrodes incandescentes, c'est-à-dire employant des électrodes fonc tionnant au-dessous de la température à la quelle la décharge est produite primitivement par émission thermionique et plus particu lièrement aux tubes comportant une cathode creuse et une anode plus petite tournée vers la surface interne de la cathode.
Dans les tubes du type à cathode à basse température, les potentiels de travail sont généralement beaucoup plus élevés que dans le cas des tubes à émission thermioniques, et la surface de la cathode, de même que d'au tres surfaces exposées telles que la surface interne du tube, sont soumises à un bombar dement relativement intense d'ions positifs, ce .qui donne lieu à des difficultés dont les principales sont le l'occlusion ou rétention permanente du gaz dans la matière de la ca thode, si celle-ci est faite des matières usuel- les telles que le tungstène, le molybdène et d'autres métaux réfractaires, ce qui abaisse la pression de gaz dans le tube,
et 20 la pro- jeetion ou crachement de particules métalli ques sur la surface interne du tube et sur, d'autres surfaces exposées, ce qui détermine souvent des courts-circuits.
Ainsi qu'il est bien connu, la décharge en arc possède des caractéristiques qui la dis tinguent d'une décharge luminescente. Elle possède notamment, entre la cathode et l'a node, une chute de potentiel inférieure à celle nécessaire pour maintenir une décharge luminescente, elle ne possède pas d'espace sombre de cathode, etc. Dans le but de pro duire une décharge ayant ces caractéristiques de l'arc, on avait, jusqu'ici, considéré comme essentiel d'employer une cathode incandes cente ou une cathode de mercure comportant un point incandescent, c'est-à-dire une ca thode chauffée à une température élevée et telle que son émission thermionique soit, en raison de la température élevée, suffÎsam- ment rapide pour produire un arc.
De telles températures élevées peuvent provoquer des détériorations rapides et diminuer par là considérablement la durée du fonctionnement normal des dispositifs en question.
Les inconvénients provenant soit de ten sions, soit de températures élevées d'électro des doivent être éliminés par le procédé sui vant l'invention, en ce qu'on produit une ionisation dans le gaz situé dans la zone près de la surface active de la cathode et qu'on oppose un obstacle suffisant à la dispersion des ions produits dans cette zone pour que la décharge qui a lieu entre les électrodes pos sède les caractéristiques de l'arc, c'est-à-dire une chute de tension inférieure à. celle néces saire pour une décharge luminescente et pra tiquement l'absence d'un espace sombre de cathode.
Le tube à. décharge électronique suivant l'invention comporte un obstacle situé entre la zone entourant cette ouverture et la sur face de l'anode pour limiter le bombardement des ions en substance à l'intérieur de la ca thode, afin que la paroi du tube ne soit pas soumise à un bombardement appréciable.
Le susdit procédé offre la possibilité d'obtenir une décharge avec la faible chute de potentiel d'un arc entre des électrodes qui ne sont pas thermioniques, c'est-à-dire entre des électrodes qui ne sont pas assez chaudes pour maintenir un arc par le phénomène usuel de l'émission thermionique.
Les électrodes sont de préférence confor mées et .disposées de façon que le bombarde ment d'ions est limité pratiquement à la sur face de la cathode, et cette surface est de pré férence formée d'une matière qui ne retient pas d'une façon permanente le gaz qui y est chassé par le bombardement d'ions. Le car bone, qui est suffisamment poreux pour abandonner le gaz chassé à l'intérieur de sa masse, convient pour constituer la surface de la cathode, mais d'autres matières possèdent aussi la propriété désirée. Par exemple, une couche d'étain sur une cathode de tungstène ou autre métal est appropriée au but visé, l'étain fondant en service et permettant ainsi au gaz qui a été projeté dans sa. masse de s'en échapper.
L'obstacle mentionné. peut être constitué par du métal, auquel cas il serait préférable- ment espacée de chaque électrode d'une dis- .fanée comparable au trajet libre moyen des électrons, mais il est préférable de le faire en matière isolante (telle que la lave), au quel cas il peut entrer en contact avec l'une ou chacune des électrodes.
Dans l'un et l'au tre cas, l'obstacle présente de préférence une partie s'étendant à peu près parallèlement à la partie juxtaposée d'une ou de chacune des électrodes de façon à ne provoquer aucune tendance au passâge du courant le long de sa surface d'une électrode à l'autre.
L'ionisation susmentionnée qui a lieu dans la zone de la surface active de la ca thode peut être effectuée par le rayonnement d'un filament ou tige incandescent qui est maintenu à l'état incandescent par un cou rant auxiliaire indépendant de la décharge entre la cathode et l'anode. Grâce à, ce rayon nement de lumière et à. la. chaleur dégagée, cette ionisation est rendue suffisamment in tense pour produire des ions et des électrons capables de transporter le courant de dé charge. Toutefois, lorsqu'on fait usage d'une cathode creuse avec une ouverture de dé charge restreinte, l'ionisation peut être main tenue par le rayonnement de la. décharge en tre la cathode et l'anode en raison du fait que la perte à travers l'ouverture restreinte est faible.
Lorsqu'on n'emploie pas de moyen de rayonnement auxiliaire, il faut un poten tiel plus élevé pour amorcer la décharge, no tamment un potentiel assez élevé pour pro duire une décharge luminescente, le voltage tombant aussitôt que l'ionisation devient suf fisamment intense pour assurer les susdites caractéristiques de l'are.
On peut en outre appliquer un gaz mono atomique tel chie l'hélium ou un autre gaz dont le trajet libre moyen ionisant est Ion" c'est-à-dire dont les caractéristiques sont tel les que les électrons se mouvront plus loin à travers lui sans exercer de choc ionisant sur les molécules gazeuses, de telle sorte que les surfaces juxtaposées des électrodes peuvent être éloignées d'une distance plus grande tout en restant isolées l'une de l'autre aux potentiels normaux.
Des formes d'exécution de tubes pour l'exécution du procédé sont représentées, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans le quel Fig. 1 montre comme première .forme d'exécution un tube redresseur monté sur un circuit redresseur simple; Fig. 2 et 3 sont deux variantes; Fig. 4 est une vue de côté partiellement brisée d'un redresseur double agencé pour utiliser les deux demi-cycles d'un courant alternatif; Fig. 5 est une coupe suivant 2-2, fig. 4; Fig. 6 est une coupe suivant 3-3, fig. 5;
Fig. 7 est une coupe longitudinale d'un redresseur double modifié et montre un cir cuit convenant pour chacun des deux redres seurs doubles représentés; Fig. 8 est une coupe suivant 5-5, fig. 7. La forme d'exécution de la fig. 1 com prend un récipient en verre 2" rempli de gaz et muni d'une tige rentrante ou interne 1". L'extrémité supérieure de la tige porte une anode, préférablement en carbone, laquelle anode comporte un élément de base à rebord 8" et une saillie centrale 10" s'étendant vers le haut.
Une cuvette 12" en matière diélec trique est emboîtée au-dessus de l'anode, cette cuvette présentant une ouverture centrale pour recevoir la saillie 10" et une partie lon gue 14" s'étendant vers le bas et s'adaptant exactement autour de la tige 4". La cuvette 12" peut être faite de tout diélectrique de qualités d'isolement suffisamment élevées, mais on a trouvé préférable, pour une raison qui n'a pas. été bien expliquée, d'employer la lave ou un autre diélectrique possédant aussi des propriétés réfractaires et poreuses élevées. La cuvette 12" est élargie en 13" pour sup porter une cathode creuse 16", laquelle ca thode est aussi préférablement en carbone.
La cathode 16" comprend une base 18" re posant sur un épaulement annulaire 20" de la cuvette et un couvercle 22" s'adaptant exactement. autour de la base. Le couvercle 22" s'emboîte dans un rebord cylindrique 24" de la cuvette. La partie centrale de la base 18" présente une ouverture centrale qui est entourée par un rebord cylindrique 26" qui enveloppe ainsi un passage central 28" dans lequel pénètre la saillie cylindrique 10" de l'anode. Les surfaces de la saillie 10" et du rebord 26" sont pratiquement parallèles et espacées l'une de l'autre d'une distance dont l'ordre de grandeur est le trajet libre moyen des corpuscules du gaz, de sorte qu'aucune conduction ne peut se produire directement entre ces surfaces.
Par suite de l'épaulement 20", il reste un petit intervalle 30" immé diatement au-dessous de la base de la ca thode. Il convient que cet intervalle soit aussi approximativement de l'ordre de gran deur du trajet libre moyen des corpuscules du gaz, de telle sorte qu'on obtient un inter valle de grande résistance entre les surfaces opposées de la cathode et de la cuvette. La cathode est maintenue en position par un fil métallique 32" qui l'embrasse et qui est fixé par une ligature 34" enveloppant la cuvette au-dessous de l'élargissement 13". Le fil mé tallique' 32" sert aussi de fil d'amenée de courant pour l'électrode, une connexion étant établie entre ce fil et l'enveloppe d'un culot 38" de forme usuelle par un conducteur 36".
La connexion à l'anode est effectuée par un ressort 40" auquel est fixé un fil conducteur 42" scellé dans la tige de verre et relié à la partie inférieure du culot. La coopération de la cathode creuse avec l'anode produit un effet de redressement par l'accumulation d'une charge d'espace d'ions positifs dans la cathode. Dans le présent exemple, le tube est monté sur un circuit redresseur simple relié à un générateur de courant alternatif 44" par un transformateur 46" et comprenant une charge à courant continu convenable 0.
On voit que la cuvette en lave entoure et enveloppe complètement toutes les surfaces des électrodes à l'exception des surfaces dé sirées. Ces surfaces actives sont l'extrémité supérieure de la saillie 10" et l'intérieur de la cathode creuse 16". La surface périphéri- que de la saillie 10" est séparée de la surface interne du rebord 26" par uni- pellicule annu laire uniforme de gaz, tandis que la surface inférieure de la base 18" est séparée de la surface supérieure de la cuvette 12" par une pellicule de gaz discoïde uniforme indiquée en 30". Ces pellicules de gaz séparent les parties étroitement associées des électrodes à l'endroit desquelles une formation d'étincelles et des phénomènes de décharge analogues sont sujets à se produire, et elles se compor tent à. la façon d'agents d'isolement qui s'y opposent.
Le prolongement inférieur de la cuvette recouvre et protège aussi la tige de verre contre le risque de décharge se produisant près de cette tige. Il ressort du dessin que les chemins offerts à la conduction électri que à travers la cuvette elle-même sont rela tivement longs de sorte que les efforts électri= quel s'exerçant dans la cuvette elle-même ne sont pas suffisants pour avoir aucune con séquence. L'évidement 30" prévu dans la cu vette pour constituer le faible intervalle ga zeux de résistance élevée empêche spéciale ment tous efforts exagérés de se produire soit dans cette partie de l'agent gazeux, soit dans la, partie centrale de la cuvette elle-même, tandis que le contact réel entre la. cuvette et la cathode n'a lieu qu'au bord périphérique, ou près de ce bord.
Il s'ensuit que les lignes d'effort diélectrique les plus courtes possibles existant dans la lave s'étendent entre les angles externes de l'anode et la cathode. On a constaté aussi que l'espace gazeux restreint 30" empêche la production de toute décharge longitudinale entre la saillie 10" de l'anode et la surface inférieure de la cathode.
Dans la construction ainsi prévue, la dé charge entre la cathode et l'anode est régie, dirigée et limitée à des parties prédétermi nées de leur surface, tandis que les parties restantes de la surface des électrodes et des surfaces adjacentes des éléments de support sont protégées efficacement contre une dé charge exposant la surface de la cathode aux effets du "crachement" ou désagrégation.
La variante de la fig. \.2 est analogue à la construction de la fil-. 1 et les pièces ont été désignées d'une façon correspondante. Toute- i'ois, le rebord 26' s'étend vers le bas, c'est- à-dire vers l'extérieur de la cathode et la mince couche de gaz 30' s'étend le long de l'anode au lieu de s'étendre le long de la sur face de la cathode, la longueur axiale de la cuvette isolante l.?' étant, par conséquent, plus grande. Cette construction présente sur celle de la fig. 1. les avantages suivants.
En engageant le rebord 26' dans la cuvette 12', la cathode peut être centrée plus exactement; et montée plus solidement. Un donnant à l'intervalle de gaz 30' une forme cylindri que, il est plus facile de le rendre exactement concentrique à l'anode 10' en perçant ou alé sant la cuvette, ce qui permet de donner à 1'c',paisseur de la pellicule gazeuse 30' une valeur constante et exacte.
' La cathode de la fi-. 3 est égale à celle de fi-. 1 excepté que la partie 18"--26" est supprimée. Cette disposition ne fonctionne pas aussi efficacement, mais peut effectuer un redressement en vertu de la différence de forme et d'aire des surfaces opposées des électrodes.
La chute de potentiel entre la cathode et l'anode peut être diminuée en recouvrant la surface active de la cathode d'une matière à faible affinité électronique, par exemple d'un composé d'un métal alcalino-terreux (baryum, strontium ou calcium), cet enduit ayant aussi. pour effet d'empêcher dan: une grande meure que le gaz contenu dans le tube ne soit emprisonné d'une façon perma.- nente dans la surface de la cathode. Le tube peut avantageusement être rempli d'hélium ou d'un autre gaz inerte monoatomique. Une pression appropriée à. la majorité des emplois, pour du hélium est de 10 à. 15 mm de mer cure.
Une façon d'appliquer l'enduit précité consiste à appliquer sur la surface interne de la cathode une solution aqueuse (ou une suspension) d'un nitrate de baryum, de stron tium et (ou) de calcium, par aspersion, trem page ou badigeonnage, à sécher l'enduit, et à chauffer suffisamment pour convertir le nitrate en oxyde. Un enduit plus uniforme et plus durable peut être obtenu en répétant ce procédé plusieurs fois avec une solution diluée plu±ôt qu'une seule fois avec une so lution concentrée. Des oxydes mélangés peu vent être employés avec avantage, un mé lange de parties égales d'oxydes de baryum et de strontium étant particulièrement avan tageux.
Une construction comportant une couche d'oxyde placée à l'intérieur d'une cathode creuse dont l'ouverture est relativement pe tite a l'avantage que les particules de la couche susceptibles d'avoir été délogées par le bombardement des ions, se déposent de nouveau sur la surface interne de la cathode et la quantité de particules délogées s'échap pant par l'ouverture restreinte est très faible, à supposer même qu'il s'en échappe. Ceci non seulement conserve la couche, mais évite les effets nuisibles qui résulteraient d'un nouveau dépôt des particules sur la paroi in terne du récipient en verre ou sur d'autres surfaces situées à l'intérieur du récipient.
La forme d'exécution des fig. 4, 5 et 6 comprend un tube 1 qui peut être en verre, une cathode creuse 2, des anodes 3, un bloc isolant 4 préférablement en lavite, et un cu lot comprenant des douilles métalliques em bouties 5 et 6 fixées l'une à l'autre par une matière isolante 7. Le tube de verre 1 com prend une tige rentrante 8 munie de deux saillies tubulaires 9 qui pénètrent dans des évidements prévus dans la partie inférieure du bloc isolant 4, le bloc 4 étant emboîté sur les saillies 9 et maintenu en position par la cathode 2. Les anodes 3 sont montées dans des ouvertures prévues dans le bloc 4 con centriquement aux saillies 9 et aux ouver tures 10 de la cathode.
La cathode est com posée de deux éléments dont le supérieur comprend une cuvette cylindrique renversée et l'inférieur 11 un couvercle pour l'extré mité ouverte de la cuvette, les ouvertures 10 étant prévues dans le couvercle 11. Le bloc isolant 4 présente des évidements circulaires 12 près des ouvertures 10, la distance entre les parois de ces évidements et les anodes étant préférablement de l'ordre du trajet libre moyen des électrons dans ces évidements. Le bord des ouvertures 10 est replié vers le bas pour s'adapter dans les évidements 12 comme représenté sur la fig. 5.
La cathode peut être supportée uniquement par le bloc 4, mais il est préférable qu'elle soit supportée au moins en partie directement sur la tige 8 à l'aide d'un anneau 13 entourant la tigé et de branches 14 disposées de part et d'autre de la cathode, les extrémités supérieures des branches étant préférablement soudées par points à la cuvette de cathode en 15.
Les anneaux 5 et 6 du culot sont reliés entre eux en raison du fait qu'ils sont moulés dans la matière isolante 7, et le tube 10 est monté dans l'anneau 5 à l'aide d'une matière fusible 16. L'anneau 5 est relié à une des anodes par un fil 17, l'anneau 6 est relié à l'autre anode par un fil 18, et la cathode est reliée au contact central 19 du culot par un fil 20. Grâce à cette disposition, toutes les électrodes sont montées sur l'extrémité infé rieure du tube et tous les fils sont reliés à des éléments de contact séparés faisant partie du culot.
Le dispositif est monté dans une douille ordinaire 21 munie de contacts agen cés pour coopérer avec les contacts 6 et 19 en prévoyant un contact a.dditionnei 22 destiné à coopérer avec l'anneau 5.
La fig. 5 montre un tube de 12 centi mètres de hauteur environ. Ce tube travail lera avec une chute de tension d'environ 120 volts aux bornes du tube lorsqu'on em ploie. une cathode en fer dont la face inté rieure est revêtue d'une couche formée d'un mélange d'oxyde de baryum et d'oxyde de strontium, le tube étant rempli d'hélium- sous une pression de 13 mm. Ce tube délivrera alors un courant permanent jusqu'à 60 milli ampères sans échauffement inadmissible.
La variante des fig. 7 et 8 comprend un tube 31, une cathode 32, des anodes 33, un bloc isolant 34 et un fil métallique en U 35 servant à ancrer la cathode sur le bloc iso lant 34, les extrémités du fil 35 étant fixées au bloc par un anneau en fil métallique 36. L'extrémité inférieure de la cathode présente des ouvertures 37 concentriques aux anodes 33, le bord de ces ouvertures étant relevé pour former des rebords. Le bloc isolant 34 présente des creusures 38 entourant les extré mités de l'anode.
Les pièces sont montées sur une tige rentrante 39 d'une manière ana logue à celle montrée dans les fig. 4, 5 et 6, et le tube peut être muni de tout culot appro prié, par exemple du type à baïonnette, ou d'un culot du genre de ceux représentés dans les figures précédentes.
Pour le redressement d'un courant, les anodes peuvent être reliées aux extrémités du secondaire d'un transformateur 40 et le cir cuit à courant continu 41 peut être relié à la. cathode, d'une part, et à un point central du secondaire, comme on le voit sur la fig. 8, d'autre part.
L'intérieur du tube peut être rempli d'un ou plusieurs gaz appropriés, de préférence de gaz monoatomiques sous une pression con venable. Par exemple, le gaz peut être de l'hélium à. 13 millimètres de pression.
La surface interne de la cathode est pré- férablement revêtue d'un oxyde d'un métal alcalino-terreux tel que le calcium, le stron tium ou le baryum pour diminuer la chute de voltage à la cathode.
En fonctionnement, le courant passe entre la cathode et l'une des anodes lorsque la. ca thode est négative et que l'anode envisagée est positive. Comme les anodes sont alterna tivement positives, le courant passe succes sivement entre la cathode et l'une des anodes et entre la cathode et l'autre anode d'une fa çon alternée. Le courant est empêché de pas ser en sens inverse, c'est-à-dire des anodes à la. cathode, en raison du fait qu'on a. fait en sorte que sensiblement toute la décharge élec tronique passe entre les extrémités des anodes et l'intérieur de la cathode.
Le courant est empêché de passer à travers les intervalles compris entre les anodes et le bord des ouver tures de la cathode en raison du fait que ces intervalles reçoivent une largeur si faible que les électrons qui les traversent ne produisent pas une ionisation suffisante pour amorcer une conduction importante. La conduction gazeuse entre les anodes et l'extérieur de la cathode est empêchée par le bloc isolant 4; en outre, en prévoyant des creusures telles que 12 et 38, la tendance du courant à passer en tre la cathode et les anodes le long de la, sur face du bloc isolant est empêchée ou réduite à un facteur négligeable.
On a trouvé que l'appareil fonctionne plus efficacement lors qu'on arrondit les extrémités des anodes comme le montrent les fig. 5 et 8.