Cellule photoélectrique et procédé pour sa fabrication. La présente invention concerne une cel lule photoélectrique et un procédé pour sa fabrication.
Pour mesurer des radiations dans la par tie ultraviolette, on a jusqu'à présent em ployé en général le cadmium ou le zinc comme cathode photo-sensitive, mais le cou rant photoélectrique obtenu du cadmium est extrêmement faible et exige pour sa détection un électroscope ou électromètre sensible ou des moyens amplificateurs à tube à vide spéciaux.
Grâce à la présente invention, on obtient une cellule photoélectrique qui n'est sensi ble qu'à la lumière ultraviolette et dont l'ef fet photoélectrique estoonsidérable, à savoir du même ordre de grandeur que celui obtenu par les métaux alcalins .dans la partie visible du spectre.
L'invention se base sur la découverte que le thorium, quand il est soigneusement puri fié et traité suivant une formule déterminée, produit un effet photoélectrique qui com mence à peu près à la limite de la partie vi sible et ultraviolette du spectre et s'étend dans la partie ultraviolette. la matière in ,diquée étant pratiquement insensible à la lu mière dans la partie visible. Lorsque le tho rium ainsi traité est employé comme cathode d'une cellule photoélectrique, une sensibilité extrême à la lumière est obtenue exclusive ment dans la région du spectre au-dessous ,d'environ 3900 unités Angstrôm.
Si l'on désire mesurer une large bande de la région ultraviolette, l'enveloppe de la cellule ou une partie de celle-ci peut être composée d'une matière telle que le quartz, tandis que lorsqu'on désire limiter le mesu- rage à une bande étroite, l'enveloppe peut être composée d'un verre qui n'est transpa rent à la lumière que dans la région supé rieure de l'ultra-violet. Par exemple pour un traitement d'érythème.
l'étendue des rayons utiles est limitée sur une bande étroite de chaque côté d'environ 2900 unités -Angstrôm et il est par conséquent nécessaire, si l'on veut obtenir un -dosimètre employant. une cellule photoélectrique pour déterminer la longueur de traitement avec une source de lumière ultraviolette donnée, que la cel lule soit sensible à la lumière principalement dans la région entre environ 2700 et 3100 unités Angstrâm.
En employant pour la cellule une enve loppe qui est opaque pour des rayons de pe tite longueur ,d'onde, tel que du Carex, la cellule peut avoir une sensibilité maximum à environ 2900 unités Angstrôm et seulement une faible sensibilité pour des longueurs d'onde au-dessus et au-dessous de cette va leur. Le pourcentage,de transmission de l'en veloppe pour différentes longueurs d'onde peut être modifié en modifiant l'épaisseur d'un verre d'une composition déterminée et de .cette façon on peut faire varier la pointe de la courbe de débit de la cellule dans une étendue limitée.
En employant :des fenêtres de verre très mince pour la cellule, on y obtient un grand accroissement -du débit de courant de la. cel lule, en particulier avec, de la lumière de longueurs d'onde plus petites. Lorsqu'on em ploie -des fenêtres en Pyrex, lequel n'est ordi nairement pas considéré comme étant tram- parent à la lumière ultraviolette, d'une épaisseur d'environ 0,25 mm ou moins, la transmission ultraviolette du verre peut être comparée à .celle du quartz de l'épaisseur or dinairement employée, sauf pour l'extrémité de petite longueur d'onde -du spectre.
On emploie de préférence du thorium tant pour l'anode que pour la cathode, bien que l'anode puisse être composée d'un autre métal, par exemple de nickel. La cathode peut être constituée par une feuille -de tho rium ou elle peut avoir la forme -d'un dépôt mince -de thorium sur la paroi de l'enveloppe en contact avec un conducteur d'entrée. Lors qu'on emploie un revêtement sur l'enveloppe -de verre, le verre est de préférence .d'abord revêtu sur la partie qui ,doit constituer la ca thode, d'un métal noble, tel que l'or, afin d'obtenir un meilleur contact avec le fil d'entrée de la cathode.
Le dessin annexé représente, à titre cl'-exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fia. 1 est une vue -en perspective d'une première forme d'exécution de la cellule photoélectrique suivant l'invention, l'enve loppe étant enlevée en partie; La fig. 2 montre en élévation, partie en coupe, une seconde forme d'exécution -d'une cellule employant -deux anodes; La fig. 3 montre en élévation, partie en coupe, une fenêtre de verre mince dans l'en veloppe;
La fig. 4 représente une courbe montrant le débit de courant d'une cellule par rapport à la longueur d'onde de la lumière ultra violette incidente, et Les fig. 5, 6 et_ 7 sont des vues en éléva tion partie en coupe, d'une cellule dont la ca thode est déposée sur la paroi de l'enveloppe. et montrant les phases progressives de la for mation .de la cathode.
La photo-cellule représentée :dans la fi-. 1 comporte une enveloppe 10 composée d'une matière qui est transparente à la lumière ultraviolette, telle que -du quartz ou un verre spécial transmettant la lumière ultraviolette, tel que du Carex, VRtaglass, etc. Dans l'enveloppe 10 est montée une anode en forme de tige 11 et une cathode en forme de plaque 12, les deux étant de préférence éta blies en thorium.
L'anode 11 est montée sur un conducteuT -d'entrée 13 et la cathode 12 est supportée sur cieux fils rigides espacés 14 et 15, .dont le dernier, ensemble avec le fil :d'entrée 13, est scellé par fusion dans le bouchon 16 du tube. Un tube isolant 17 en quartz, verre ou porcelaine ou une matière similaire entoure le fil d'entrée 13 et limite l'aire active de celui-ci à. la portion d'extré mité 11. Les supports 14 et 15 peuvent être protégés -de manière similaire si on le désire.
Un cadre constitué par deux fils parallè les 18 et 19, s'étendant longitudinalement, et par un fil transversal d'assemblage 20 est monté au-dessus,du bouchon 16 et sur le ea- dre est supporté un écran .cylindrique 21 ayant sur sa surface intérieure des brides ou oeillets 22 dans lesquelles passent les fils ver ti,caux 18 et 19. En renversant le tube, l'é cran peut être déplacé d'une extrémité du cadre à l'autre. L'écran 21 sert à protéger les parois de l'enveloppe contre des parties de matière d'électrode vaporisée ou lancée sur elle pendant le traitement ides électrodes.
Après -que l'ensemble des électrodes a été enfermé dans l'enveloppe lors de la fabrica tion de la cellule, l'enveloppe est recuite et le vide y est établi -de la manière usuelle et l'é cran 21 dégazéifié par un chauffage par in duction à haute fréquence. Un remplissage d'un fluide gazeux, tel que de l'argon, du néon ou -de l'hélium est introduit ensuite dans l'enveloppe à travers le tube d'évacua- tion 23. L'emploi d'argon à une pression d'en viron 1 à 6 mm -est satisfaisant.
Le tube est ensuite renversé pour amener l'écran 21 en position autour des électrodes 11 et 12, et une décharge luminescente est créée entre les électrodes à une intensité .de courant suffi sante pour effectuer une dépuration efficace de la. matière d'électrode.
Si l'on emploie une décharge à courant continu, la cathode 12 de la cellule photo électrique devrait servir d'anode pour la d6 charge luminescente. La. décharge devrait continuer jusqu'à ce que les électrodes soient entièrement exemptes d'impuretés, ordinai rement pendant deux heures environ. La matière éliminée se dépose sur l'intérieur ;
le l'écran 21 et l'enveloppe est maintenue pro pre et libre de dépôts obscurcissants. Après que la cathode a été soigneusement purifiée, on -déplace l'écran 21 à la position représen tée à la fig. 1.
Si l'on veut remplir la cellule -de gaz, la cellule peut être employée immédiatement après la décharge luminescente; dans le cas contraire, il faut. en éliminer le gaz complè- tement par pompage, comme décrit pour les fig. 5, 6 et 7. , La fig. 2 montre une cathode plate 25 en thorium .disposée entre deux anodes en forme de tige 26 et 27. En face d'un côté de la cathode 25 est prévue une fenêtre 28 for mée en réchauffant la paroi de verre de l'en veloppe et en y formant un renforcement ayant une coupole mince 29 et des parois al lant en diminuant graduellement.
L'épaisseur de la fenêtre peut être .d'environ 0,25 mm. bien que .des fenêtres d'un diamètre d'environ 25 mm et d'une épaisseur d'environ 0,0025 mm seulement résistent bien à la pression atmosphérique. La fenêtre mince est beaucoup plus transparente à. la lumière ultraviolette que le reste de l'enveloppe.
Ainsi, par exemple, avec une enveloppe comme représenté à la fig. 2, -composée -d'un verre transmettant la lumière ultraviolette, tel que du Corex, ayant une épaisseur de pa roi d'environ 0,8 mm et une fenêtre d'une épaisseur d'environ 0,25 mm, le .débit -de cou rant de la cellule soumise à la lumière d'un arc de mercure était plusieurs fois plus grand lorsque le côté fenêtre de la cellule était di rigé vers la source lumineuse que lorsque. le côté opposé était dirigé vers celle-ci. Cet accroissement :de courant était dû à l'absorp tion moins grande -de la lumière ultraviolette de petites longueurs d'onde dans la fenêtre mince -que -dans le verre de plus grande épaisseur de la paroi.
A la. fi,-. 3, on a représenté une cellule ayant une seule anode 30 et une cathode en forme de plaque en thorium 31 et employant une autre construction de fenêtre. Dans cette construction, la. fenêtre 32 est formée en soufflant d'abord un élargissement bombé 33 dans la face -de l'enveloppe, -en réchauffant la portion. épaisse de celle-ci et en rentrant celle-ci, ide façon à former la fenêtre bombée rentrante 34 .à coupole ou sommet très mince 32.
Cette fenêtre présente l'avantage que la partie en coupole a une épaisseur plus uni forme sur une plus grande aire, grâce à. la. réduction plus graduelle :de l'épaisseur des parois. Cette construction facilite également la formation de fenêtres très minces.
Une fenêtre mince -de la. forme représen tée aux fig. 2 et 3 formée,dans des enveloppes de - verre -considéré ordinairement. comme étant opaque contre la lumière ultraviolette, tel que du verre à chaux ordinaire ou du Py rex, transmet facilement la lumière ultra violette, de façon qu'il n'est pas nécessaire d'employer des enveloppes de verres spéciaux coûteux transmettaut la lumière ultraviolette ou des enveloppes de quartz, à moins qu'on n'emploie des rayons ultraviolets très courts.
En ce qui concerne les fig. 2 et 3, il va de soi que la cathode en thorium est traitée comme -décrit pour la fig. 1. en protégeant les parois -de l'enveloppe par l'écran 21. Pour plus de simplicité, l'écran 21 n'a pas été re présenté aux fig. 2 et 3.
La fig. 4 montre le rapport entre la lon gueur d'onde de la lumière incidente et le dé bit de courant d'une cellule employant une enveloppe qui absorbe la lumière ultra violette de petites longueurs d'ondes, de fa çon à rendre la .cellule- sensible seulement à une bande :
de fréquences restreinte dans les régions les plus désiréés pour le traitement d'érythème. La courbe 35 désigne approxi- mativement la relation du pourcentage de transmission .des radiations ultraviolettes à travers la paroi .de l'enveloppe, la courbe 36 le courant total ou la sensibilité photo électrique -de lacathode de thorium en suppo sant qu'il n'y ait point d'absorption de ra diations dans l'enveloppe,
et la courbe 37 est une courbe résultante indiquant l'effet de l'absorption .d'énergie du verre (courbe 35) sur le débit .de courant (courbe 36) de la cel lule.
La forme de -la courbe 35 variera- sui vant les différentes compositions de verre et pourra être modifiée en employant du verre de différentes épaisseurs, -de façon -lue l'ef fet de l'absorption -les . rayons ultraviolets dans le verre sur le débit .de la cellule peut être modifié.
Avec la forme de courbes représentée, la sensibilité maximum -de la cellule est obtenue à environ 2900 unités Angstr5m, ce qui est dans la région du spectre la partie la plus favorable pour la production -l'érythème. Le sommet de la courbe 37 peut être dé placé vers la gauche, en utilisant une -enve loppe plus mince et en réduisant ainsi l'ab sorption des radiations de longueurs d'onde plus courtes ou il peut être déplacé vers la droite, afin de rendre .le ruban auquel la cel lule est sensible plus étroit, en augmentant l'épaisseur du verre.
Aux fig. 5, 6 -et 7, on a représenté une cellule photo-électrique, .dont la -cathode est constituée par un dépôt de thorium pur sur une paroi de l'envèloppe. La cellule comporte une enveloppe 40 avec des anodes 41 et 42 de préférence en thorium formant -des saillies à partir d'extrémités opposées de celle-ci. Les anodes 41 et 42 sont montées sur des fils d'entrée rigides 43 et 44 scellés dans les ex trémités de l'enveloppe -et entourés de douilles isolantes 45. Il va de soi, toutefois, que si on le désire, les deux anodes peuvent être mon tées les deux sur une seule tige.
Une ca thode 46 est prévue en forme d'un dépôt mince de thorium sur une paroi du tube en contact avec un conducteur d'entrée 47 logé dans l'enveloppe et relié à une borne exté rieure 48.
De préférence, l'enveloppe près du fil d'entrée 47 est revêtue, avant la formation du dépôt de thorium, .d'une couche de métal no ble, tel que de l'or, afin de produire un bon contact électrique entre la cathode et le fil d'entrée de la cathode.
Ce revêtement. d'or peut être appliqué en rapportant sur l'enveloppe -de l'or .en pail lette liquide au pinceau à environ 150 C et en le passant ensuite à une recuite pendant 10 ou 15 .minutes à une température d'envi ron 500 C. Pendant la recuite, un courant d'air passant par l'enveloppe devra être maintenu afin d'emmener la matière vola tilisée dégagée par le revêtement.
Un écran métallique tubulaire 49 est monté dans l'enveloppe, de façon qu'il peut être déplacé d'une extrémité de celle-ci vers l'autre extrémité en occupant ainsi les posi tions représentées aux fig. 5, 6 et 7 respecti vement. L'écran 49 est monté sur un cadre constitué par deux .fils parallèles s'étendant longitudinalement 50 et 51 scellés dans le bouchon 52, et une pièce d'union transver sale 53.
L'écran 49 comporte une portion infé rieure cylindrique 54 et .une portion supé rieure semi-cylindrique 55 disposées de fa çon que lorsque l'écran est dans sa position supérieure, représentée à la fi-. 5, les électro des 41 et 42 soient entièrement enfermées dans la partie cylindrique 55 de l'écran. Dans cette position de l'écran, les électrodes de thorium sont purifiées -en créant une dé charge luminescente entre elles dans un gaz monoatomique.
Après que les anodes ont été soigneusement purifiées et que les impuretés évaporées et lancées loin ont été recüeilliâ#s sur l'intérieur de l'écran, on déplace l'écran vers la position représentée à la fig. 6,. et on fait continuer la décharge luminescente afin de lancer une quantité du thorium sur une face de l'enveloppe pour former la surface cathodique 46. Le reste de l'enveloppe est protégé pendant cette opération par la partie semi-cylindrique 55 de l'écran, de façon qu'il se formera une fenêtre claire pour la lumière en face de la cathode. L'écran est alors déplacé à la position inférieure repré sentée à la fig. 7, afin de pouvoir utiliser le tube.
On comprend que, avant de purifier les électrodes et -de former la surface cathodique, l'enveloppe sera recuite et que le vide y sera établi au moyen du tube ,d'évacuation 56, que le gaz y sera introduit et que le tube sera fermé par fusion. Lorsqu'on désire faire' fonctionner la cellule avec un remplissage de gaz, on laisse le gaz employé pour conduire ou porter la .décharge luminescente à. l'inté rieur de l'enveloppe. Toutefois, si l'on dé sire avoir une cellule à vide, il faut en éli miner le gaz.
Ceci peut se faire facilement à l'aide du tube d'évacuation auxiliaire 57 dis posé du côté opposé au tube d'évacuation 56.
Le tube d'évacuation 5 7 a un élargisse ment 58 dans lequel est logée une mince cloi son -de verre bombée 59 obturant la partie inférieure du tube contre l'atmosphère. Lors qu'on désire évacuer le remplissage de gaz, on insère un piston de fer 60 dans le tube au-dessus de la cloison 59, et l'extrémité<B>58</B> est reliée à. un dispositif pour établir le vide. Après avoir éliminé l'air d'au-dessus de la cloison 59, on soulève le piston -de fer 60 par un aimant extérieur et on le laisse tomber de façon qu'il perce la cloison et re lie l'intérieur de l'enveloppe au dispositif pour faire le vide.
Une disposition de ce genre est nécessaire pour l'évacuation du gaz monoatomique, afin d'empêcher l'entrée d'air dans l'enveloppe après la formation de la cathode, attendu que la. sensibilité du tho rium est compromise ou même anéantie lors qu'il est exposé à l'air même seulement mo mentanément.
Dans le fonctionnement de la cellule, les anodes 41 et 42 peuvent être employées en semble comme anode unique ou une seule des anodes peut être utilisée, le but principal de prévoir .deux anodes dans l'enveloppe étant celui clé permettre à l'une de servir -de ca thode pour l'autre pendant la purification de l'anode et la formation ,de la pellicule de ca thode sur l'enveloppe.