Dispositif à décharge électrique à voltage élevé. L'invention se rapporte à un dispositif à décharge électrique à voltage élevé, en parti culier à un tube à vide élevé ou à remplis sage de gaz rare disposé pour fonctionner à des potentiels élevés en l'absence d'ionisation -de gaz appréciable à l'intérieur du dispositif, le remplissage de gaz rare étant destiné par exemple à réduire la charge d'espace à la cathode.
On sait que la paroi des dispositifs à. dé charge d'électrons @de ce genre, par exemple de tubes à rayons X, des tubes à rayons Lenard, des redresseurs, des disjoncteurs à vide ou à remplissage gazeux sans ionisation appréciable du gaz, et d'autres appareils simi laires de construction ordinaire, est percée lorsque le dispositif est amené à fonctionner à des potentiels très élevés, de l'ordre de par exemple 200 000 volts.
Or, la décharge qui provoque ces percements dans des dispositifs pareils prend naissance dans l'extrémité né- gative ou à cathode du tube et il semble cer tain que le percement de tubes à. voltage élevé est provoqué par des électrons ou des ions négatifs. Ces ions, peuvent heurter l'anode et les parois du tube, provoquant ainsi la libération de gaz qui devient ionisé, augmen tant par là le courant déjà présent avec le résultat de percer le tube.
Des essais toute fois indiquent que le courant d'ions négatifs partant de prime abord de parties froides du dispositif est grand, s'élevant à des milli ampères et pouvant lui-même provoquer le percement du tube. Il en suit que, par exem ple, des simples écrous métalliques, à l'inté rieur de l'enveloppe, même soigneusement li bérées des gaz occlus, ne suffisent pas pour mettre la paroi du tube à l'abri du perce ment. Le fort courant susdit ne peut pas être expliqué par la supposition d'une émis sion d'électrons à froid, à partir d'une sur face métallique de courbure modérée, car le gradient de potentiel pour une pareille émis- sion est beauc=oup plus élevé que celui auquel les métaux sont soumis.
On a trouvé que des impuretés dans le tube, spécialement des matières de nature or ganique, telles que du caoutchouc, abaissent sensiblement le voltage que le tube suppor tera. Il est probable que @de telles impuretés plutôt que le métal lui-même sont une cause de ces difficultés et que le gradient de po tentiel pour l'émission. d'électrons froide à partir des impuretés est -de beaucoup moin dre. Les impuretés sont très tenaces et n'ont jamais été entièrement éliminées d'un tube.
Des pointes aiguës ont aussi la tendance d'abaisser le voltage que lé tube supportera.. Bien qu'il soit vrai que le gradient de poten tiel est élevé à de telles pointes, il est dou teux qu'il approche le gradient nécessaire pour l'émission à froid à partir de métaux purs, bien qu'il soit possible que toute la dif ficulté provienne de la présence de pointes très fines. Celles-ci devraient cependant être extrêmement fines, attendu qu'on a trouvé que même une pellicule apparemment unie d'or sur du verre .donne encore lieu à ces dif ficultés.
On croit que la limitation actuelle du voltage pouvant être appliqué à des dis positifs à décharge à voltage élevé et les per cements de tubes pareils de construction or- dinaire- sont surtout provoqués par l'émis sion d'électrons ou de iôns négatifs prenant naissance dans des gaz occlus, -des impuretés et éventuellement des pointes dans des par ties métalliques autres que les électrodes à l'intérieur du dispositif; mais même avec les plus grands soins, on n'arrive pas à suppri mer les percements en se bornant à éviter aussi bien que possible les défauts indiqués.
L'invention a pour but d'empêcher les percements de l'enveloppe dans un dispositif à décharge électrique à voltage élevé, fonc tionnant en l'absence d'ionisation appréciable. Ce but est atteint par une charge statique s'établissant dans le voisinage d'une électrode destinée à être soumise à des potentiels néga tifs élevés par rapport aux potentiels d'au tres éléments @du dispositif, charge qui est approximativement au même potentiel que celui de l'électrode elle-même,
l'organe por teur de cette charge étant abrité de manière qu'il ne puisse pas émettre des charges néga tives sous l'action des gradients de potentiel élevés à l'intérieur dudit dispositif.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de la présente invention.
La fig. 1 est une coupe verticale, avec quelques parties en élévation, d'un tube à rayons X; Les fig. 2, 4, 5 et 6 sont .des vues simi laires d'un redresseur, d'un tube à rayons ca- thôdiques, d'un disjoncteur à vide et d'une variante du tube à rayons X (fig. 1), respec tivement, chacun .de ces tubes étant du type à voltage élevé;
La fig. 3 est une coupe transversale sui vant la ligne III-III de la fig. 1 et La fig. 7 est une autre variante d'un tube à rayons X, partie en élévation et partie en coupe.
Sur le dessin, la fig. 1 montre un tube à rayons X comprenant une enveloppe 5 qui peut être en verre ou autre matière convena ble et qui comprend une ampoule sphérique 6 avec des bras de support d'électrode 7 et 8, cylindriques dans le cas -du dessin, qui s'é tendent en directions opposées.
Une anode 9 est supportée le long de l'axe longitudinal central du bras 8 et une cathode émettrice d'électrons 10 chauffée par un courant amené de l'extérieur est suppor tée dans le bras 7. Entre le bras 7, ou plus précisément, entre le tube qui en forme la paroi extérieure, et un culot 12, dans lequel sont scellés les conducteurs d'amenée de cou rant et de support de la cathode 10, est dis posé un moyen de protection constitué par une tige 13 rentrant à l'intérieur du tube sous forme d'une douille à double paroi.
L'espace annulaire entre les deux parois de la tige 13 est fermé à son extrémité inférieure 14 et ouvert vers l'extérieur de l'enveloppe 5 à proximité du culot 12. Ainsi un espace 15 est formé entre les parois de la douille 13, cet espace étant fermé vers l'intérieur de l'enveloppe 5 et ouvert vers l'extérieur. Les surfaces intérieures des parois de la douille rentrante 13 qui confinent l'espace 15 sont munies d'un recouvrement de métal 16, tel que de l'or, de l'argent ou de l'aluminium, sous forme d'une mince pellicule déposée sur elles. Une feuille d'étain ou de toute autre matière conductrice convenable peut aussi être employée pour établir le recouvrement métallique 16.
L'enveloppe est évacuée à un vide élevé et peut, si on le désire, être rem plie à une pression basse d'un gaz rare ou d'un mélange de gaz rares, par exemple de l'argon, de l'hélium et du néon, de sorte que le tube fonctionnera .dans tous les cas sans qu'une ionisation de gaz appréciable s'y produise.
Lorsqu'un voltage élevé est imprimé aux électrodes 9 et 10 et que la cathode 10 est chauffée jusqu'à une température suffisante à l'émission d'électrons, des électrons seront émis de la cathode 10. Les électrons partant de la cathode 10 se dirigent en général vers l'anode 9 et bombardent celle-ci pour pro duire des rayons X. Les moyens de protec tion tels qu'établis par la douille rentrante 13, soit avec ou sans couche .de métal 16, empêchent l'émission d'électrons dispersés de l'extrémité à cathode du tube qui provoque raient le percement de l'enveloppe.
La douille rentrante 13 entoure la ca thode 10 et s'étend au delà de celle-ci. La couche métallique 16 déposée sur les parois intérieures de la douille 13 est reliée électri quement à l'un des conducteurs de la cathode et porte le potentiel de la paroi de la douille 13 qui est adjacente à la cathode à une va leur négative qui tend à empêcher que des électrons y arrivent avec une vitesse sensible.
Dans bien des cas, la couche métallique 16 peut être omise de la douille 13, attendu que la cathode augmentera l'ionisation de l'air .dans l'espace 15 et le rendra conducteur. L'air fera alors passer comme conducteur la charge de même signe depuis les conducteurs de la cathode 10 à la, paroi de la douille 13 qui est adjacente à la cathode et pourra ainsi la protéger. La couche métallique sur la douille 13, par contre, semble rendre le fonc tionnement du tube plus constant. On a trouvé qu'avec les moyens de protection dis posés comme représenté et décrit ici, il n'est pas nécessaire d'éliminer complètement des électrodes les gaz occlus, pendant l'évacuation du tube, bien que ceci soit désirable.
Si on désire faire fonctionner le tube à rayons X directement à. partir d'un transfor mateur, on devra protéger aussi bien l'anode que la cathode de la manière décrite par rap port à la cathode 10.
La fig. 2 représente un redresseur à vol tage élevé comprenant une enveloppe 6' qui est évacuée à un vide élevé ou remplie d'un gaz rare ou d'un mélange de gaz rares, sous faible pression, et qui contient une cathode chauffée 10' en forme de filament et une anode 9'. Dans ce redresseur une douille ren trante 13', semblable à la douille 13 de la fig. 1 et présentant une couche métallique 16' sur la surface intérieure du repli formé par ses parois, est disposée autour de l'anode 9' et reliée électriquement à celle-ci, au lieu d'être placée autour de la cathode comme dans le cas du dispositif à rayons X repré senté à la fig. 1, ce qui s'explique comme suit.
Dans le fonctionnement d'un redresseur, le potentiel négatif maximum est établi dans la moitié inverse de la période, auquel mo ment l'anode 9' est à un potentiel négatif élevé par rapport aux autres éléments du re dresseur. La douille rentrante 13' est élar gie à. son extrémité intérieure 20 pour s'a dapter à la grande anode 9'. La fonction de la douille rentrante 13' et de la couche métalli que 16' dans celle-ci est essentiellement la même que celle de la douille rentrante 13 et de sa couche 16 dans le dispositif à rayons X représenté à la fig. 1.
La fig. 4 représente un tube à rayons Lenard qui peut être employé pour des buts oscillographiques ou autres. Ce tube com prend une enveloppe sensiblement cylindri que 22, évacuée à un vide élevé ou rempli de gaz rare ou d'un mélange de gaz rares sous faible pression et dans laquelle .est disposée une cathode en filament 23 et une anode tu bulaire 24.
A l'intérieur de l'enveloppe 22 sont disposées des plaques 25 et 26 ayant pour but de dévier le courant d'électrons à vitesse élevée émis par la cathode 23 lorsque le dispositif est employé pour des buts oscil- lographiques. Une mince fenêtre en matière vitreuse 27 est formée à l'extrémité du tube 22 à proximité de l'anode 24. Cette fenêtre est perméable aux rayons cathodiques. Une tige ou douille rentrante 28 pourvue d'une couche métallique 29 entoure la cathode 23 et s'étend au delà de celle-ci pour lui servir de -moyen ou écran .de protection.
La fonc tion de ce dernier est la même que celle dé crite en regard du -dispositif à rayons X re présenté à la fig. 1.
La fig. 5 représente un disjoncteur à vol tage élevé à vide ou à remplissage de gaz, comprenant une enveloppe 30 ayant une paire d'électrodes 31 y renfermée. -Les électrodes 31 sont longitudinalement déplaçables par rap port à l'enveloppe -de façon à permettre de les éloigner ou de les rapprocher l'une de l'autre. Afin de pouvoir effectuer cela sans déranger le vide ou la pression de gaz dans l'enveloppe 30, des portions de l'enveloppe indiquées en 32 et 33 sont établies sous forme de soufflet disposé pour admettre un mouve ment longitudinal des électrodes 31.
Des tiges ou douilles rentrantes 34 ayant des cou ches métalliques 35 reliées aux électrodes<B>31.</B> sont prévues dans le même but que celui décrit en regard des autres dispositifs. Cha cune des électrodes 31 est ainsi munie d'un écran, de sorte que le dispositif peut être re lié directement à un transformateur ou une autre source de courant alternatif convenable. Les douilles rentrantes peuvent être amenées tout près l'une de l'autre, attendu qu'avec un vide élevé un écartement d'un millimètre semble donner une bonne isolation à des vol tages excessivement élevés.
La fig. 6 représente une variante du tube à rayons X (fig. 1). Dans cette figure, 36 désigne une enveloppe similaire à l'enveloppe 6 montrée à la fig. 1. L'enveloppe peut être évacuée ou remplie de gaz rare et être pour vue de bras porte-électrode 37 et 3'8 qui s'é tendent en sens opposés. Une anode 39 est supportée le long de l'axe central longitudi nal du bras 38 et une cathode émettrice d'é lectrons 40 est supportée d'une manière cor respondante clans le bras 37. Un culot 41 établit le scellement des conducteurs 42 de la cathode 40, ledit culot étant supporté par une douille rentrante 43 qui s'étend vers l'in térieur à partir de l'extrémité extérieure du bras 37.
Un écran 44 de métal ou autre ma tière conductrice est disposé autour de la ca thode 40 et s'étend au delà de celle-ci. L'é cran est relié électriquement à un des con ducteurs d'alimentation -de la cathode 42 au moyen d'un conducteur 45.
La surface extérieure de l'écran protec teur 44 est recouverte de verre ou autre ma tière isolante convenable comme représenté en 46. L'écran peut être aisément supporté par l'extrémité de la douille 43. La fonction de l'écran 44 est la même que celle des écrans 16, 16', 29 et 35 mentionnés plus haut. La matière -clé recouvrement 46 isole l'écran 44 de l'espace intérieur de l'enveloppe.
La fig. 7 représente une autre forme de tube à rayons X, bien qu'il soit entendu que cette forme d'exécution peut être tout aussi bien appliquée à n'importe quel dispositif à décharge électrique. Dans cette figure, 50 désigne une enveloppe qui a un bras porte cathode 51 et un bras relativement long porte-anode 52 s'étendant dans la direction opposée au bras 51. Une anode 53 et une ca thode 54 sont prévues le long de l'axe central longitudinal desdits bras.
La cathode 54 est disposée à l'intérieur du bras 51, de façon qu'un écran protecteur 55 sous forme de cou che métallique sur la surface extérieure du bras puisse entourer jointivement la cathode 54 et s'étendre au delà de celle-ci. L'écran fait contact avec un des conducteurs d'en trée 56 de la cathode. L'enveloppe 50 peut être évacuée ou remplie de gaz rares, sous une pression assez faible pour que l'ionisa tion du gaz soit pratiquement évitée.
Le bras porte-anode est rendu relativement long, at- tendu que l'écran 55 raccourcit la longueur effective du tube, le bord -de l'écran étant plus près 4u conducteur d'anode 57 que l'en trée des conducteurs 56. La distance de l'é cran à la cathode, :dans des formes d'exécu tion de ce genre, sera toutefois choisie plus petite que la distance de la cathode à l'anode du tube, sans quoi la protection voulue n'au rait pas lieu.