Procédé de réglage de la durée du temps résiduel de la conductibilité d'énergie haute fréquence dans un plasma de décharge gazeuse La présente invention a pour objet un pro cédé de réglage de la durée du temps résiduel de la conductibilité d'énergie haute fréquence dans un plasma de décharge gazeuse après coupure de la source d'ionisation ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procé dé. Un tel dispositif peut être utilisé comme élément d'une ligne de transmission pour haute fréquence.
Il a eté proposé jusqu'ici d'utiliser un plas ma de décharge gazeuse provoqué dans un tu be à décharge à atmosphère gazeuse pour trans mettre des ondes haute fréquence entre deux électrodes immergées dans le gaz. Après l'io nisation d'un gaz rare provoquée par l'applica tion d'un potentiel de décharge entre les élec trodes immergées dans le gaz, il existe une condition de quasi stabilité entre le nombre des électrons libérés dans la décharge et le nombre des électrons diffusant jusqu'aux parois du tube à décharge en plus des électrons qui sont perdus pour la décharge par suite d'au tres phénomènes,
par exemple le captage élec- tronégatif. Après l'extinction de la décharge un temps déterminé est nécessaire pour que les électrons résiduels se dispersent hors de l'espace compris entre les électrodes jusqu'aux parois du tube, ou disparaissent en raison de la recom binaison. Pour un gaz, une pression et une den- sité initiale d'électrons déterminés, la densité des électrons dans l'espace compris entre les électrodes est fonction du temps et va en dé croissant depuis la valeur atteinte durant la décharge jusqu'à zéro.
Du fait que la conducti- bilité haute fréquence d'un tel plasma à dé charge gazeuse est fonction de la densité des électrons dans l'espace conducteur et que l'exis tence d'un plasma de décharge est seulement incidente aux phénomènes de conduction de haute fréquence (nécessaire en premier lieu comme base pour une charge d'espace électro nique importante et comme moyen pour la pro duction continuelle du nombre important d'élec trons nécessaires) il est possible qu'un tube à décharge en atmosphère gazeuse soit conducteur de l'énergie haute fréquence après l'extinction de la décharge provoquant l'ionisation, à con dition qu'il existe encore dans l'espace une charge électronique suffisamment importante.
Lorsqu'on désire moduler par impulsions l'éner gie haute fréquence d'entrée en fonction de l'io nisation du milieu gazeux dans un tube à dé charge en atmosphère gazeuse, la conductivité résiduelle du plasma gazeux provoque pour les impulsions de sortie une durée plus longue que celle des impulsions de modulation provoquant l'ionisation. De plus 1e temps défini nécessaire pour la diffusion ou la disparition des électrons résiduels réduit le caractère abrupt du front arrière de l'impulsion de sortie.
Le but de la présente invention est de régler ladite durée du temps résiduel en vue d'obte nir une réduction sensible de cette durée par rapport aux durées observées jusqu'ici dans les dispositifs à décharge en atmosphère gazeuse.
Le procédé selon la présente invention qui permet d'atteindre ce but est caractérisé en ce qu'on ajoute du gaz électron-négatif au milieu ionisable du plasma de décharge gazeuse selon un pourcentage réglable.
Le dispositif selon l'invention pour la mise en aeuvre de ce procédé comprend une ligne de transmission à haute fréquence comportant un conducteur de ligne métallique présentant un intervalle, un dispositif à décharge gazeuse com prenant une enveloppe et disposé dans ledit in tervalle, et une électrode disposée à chacune des extrémités opposées dans ledit dispositif de dé charge pour ioniser un plasma de décharge ga zeuse comprenant au moins un gaz rare. Il est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens permettant d'introduire de 5 à 50 'o/o de gaz électronégatif dans le plasma.
Le dessin illustre à titre d'exemple une forme d'exécution du procédé et de l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre sous une forme schémati que une forme d'exécution de la présente in vention.
Les fig. 2 et 3 sont des graphiques illus trant une forme d'exécution du procédé.
On sait que lorsqu'un milieu ionisable, tel qu'un gaz, contenu dans une ampoule ou en veloppe est soumis à un potentiel ionisant ap proprié, il se produit à l'intérieur dudit mi lieu un plasma ou une zone qui contient prati quement un nombre égal d'ions positifs et d'é lectrons en plus des molécules de gaz. La pré sente invention est particulièrement utile lorsque ce plasma de décharge gazeuse forme une par tie du conducteur central d'une ligne de trans mission coaxiale, bien que sous son aspect gé néral, le champ d'application de la présente invention n'est pas nécessairement limité à cette propriété. Par conséquent, la fig. 1 mon- tre une ligne coaxiale pour la transmission d'ondes.
Sur cette figure le bloc 1 représente une source quelconque d'énergie d'ondes haute fréquence ainsi que le montre la courbe A, et le bloc 2 représente un dispositif quelconque d'équipement terminal de charge haute fré quence auquel l'énergie haute fréquence doit être transmise depuis la source 1. La source 1 est connectée à l'équipement 2 par une ligne coaxiale de transmission présentant un conduc teur extérieur ou tube creux 3 et un conducteur central ou intérieur 4 ; de préférence, et bien que cela ne soit pas nécessaire, le conducteur intérieur 4 se présente également sous la forme d'un tube creux. Le conducteur intérieur 4 pré sente entre ses extrémités un espace qui est oc cupé par un tube à décharge en atmosphère ga zeuse 5.
Le tube 5 est constitué par une enve loppe de verre et son diamètre extérieur est ap proximativement le même que le diamètre in térieur du conducteur intérieur 4. Un conduc teur d'entrée 6 auquel est fixée une cathode en forme de coupelle 7 est scellé à travers une extrémité du tube 5. L'extrémité opposée du tube 5 est scellée à une anode 8 constituée par un culot métallique. On fait le vide dans le tube 5 au moyen d'une pompe à vide 9 reliée à celui-ci par une ouverture 10 ménagée dans sa paroi au moyen d'un conduit 11 et d'un robinet. 11a. Un milieu gazeux approprié est introduit dans le tube 5 évacué, par un conduit 12 venant du réservoir 13. L'introduction du milieu gazeux est commandée par le robinet 14.
Habituellement ce milieu gazeux est cons titué par un gaz rare tel que le néon, l'argon, le crypton, ou l'hélium, ou un mélange de ceux- ci, introduit sous une pression prédéterminée par exemple égale à 1 -/m de mercure. L'extré mité de la cathode du tube 5 est pourvue sur sa surface extérieure d'un revêtement métalli que ou autre revêtement conducteur 15 encer clant la zone de la cathode 7.
L'extrémité de la cathode du tube 5 est conçue de manière à pouvoir pénétrer télescopiquement dans l'extré mité ouverte du conducteur intérieur 4, et si on le désire le conducteur 4 peut être un con ducteur flexible à parois minces comme indi qué en 16 de manière à produire un bon con- tact électrique avec ledit tube. De même le cu lot 8 peut pénétrer télescopiquement dans la section correspondante du conducteur intérieur 4 afin de produire un bon contact électrique avec celui-ci.
Selon le fonctionnement bien connu des tubes à décharge en atmosphère gazeuse, un potentiel de décharge provenant de la source 17 peut être appliqué entre les électrodes 7 et 8 de manière à créer un plasma de décharge gazeuse. De préférence une bobine de choc haute fréquence 18 est connectée entre la ca thode 7 et la source de potentiel ionisant de manière que l'énergie haute fréquence prove nant de la source 1 passe de l'intérieur du tube 5 à la cathode 7 et de cette dernière au re vêtement 15 par couplage capacitif. Cette éner gie haute fréquence traverse le plasma gazeux à l'intérieur du tube 5 de l'anode 8 à la charge haute fréquence 2.
Si le potentiel d'ionisation appliqué entre les électrodes 7 et 8 est pulsé ainsi que le montre la courbe B, l'énergie haute fréquence d'entrée est modulée par impulsions. Cependant ainsi qu'il a déjà été expliqué en raison des électrons résiduels présents dans le plasma, les impulsions haute fréquence de sor tie sont d'une durée plus longue et ont des fronts arrière plus longs que les impulsions de modulation comme on peut le voir à la cour be C.
Si l'on se réfère à la fig. 2 qui montre le graphique de la densité d'électrons en fonction du temps, on voit que lorsqu'un potentiel d'io nisation est appliqué entre la cathode 7 et l'anode 8, il permet à l'énergie haute fréquence de la source 1 de passer de l'anode 8 à travers le plasma gazeux à l'intérieur du tube 5 jusqu'à la cathode 7 et de là à la charge 2. Si le poten tiel d'ionisation est supprimé des électrodes à l'instant t1, un charge d'espace latente existe qui permet au tube à décharge en atmosphère gazeuse d'être conducteur de l'énergie haute fréquence après la suppression du potentiel de décharge.
Après la suppression du potentiel de décharge, la densité de la charge d'espace élec tronique décroît avec le temps ainsi que le montre la courbe D. Si l'énergie haute fréquen ce traverse la décharge gazeuse, elle continue à être transmise jusqu'à ce que la charge d'es pace électronique ne soit plus conductrice de l'énergie haute fréquence d'entrée représentée graphiquement par une densité d'électrons 12 qui n'est pas suffisante pour transmettre l'éner gie haute fréquence d'entrée, celle-ci étant alors coupée ainsi que le montre la courbe E.
L'énergie haute fréquence d'entrée présente une amplitude maximum aussi longtemps que la densité d'électrons est suffisante pour la conduction de l'énergie haute fréquence, c'est- à-dire qu'elle reste au-dessus dù point 12. Lors que la densité d'électrons diminue à partir du temps t2 l'amplitude d'impulsion décroît gra duellement jusqu'à zéro ce qui fait perdre au front arrière son caractère abrupt. Dans de nombreuses applications ce front arrière est in désirable.
La demanderesse a découvert que l'addition de quantités prédéterminées de molécules élec- tronégatives et/ou d'atomes au milieu ioni- sable habituel constitué par un gaz rare conte nu dans le tube à décharge en atmosphère ga zeuse, provoque un accroissement de la pente du front arrière de l'impulsion haute fréquence d'entrée et réduit la durée de propagation de l'impulsion haute fréquence à travers le plas ma après la suppression du potentiel d'ionisa tion.
Ceci est obtenu dans le dispositif montré à la fig. 1 en introduisant dans le tube 5 à tra vers le robinet 20, un gaz électronégatif prove nant du réservoir 19. Les robinets 20 et 14 peuvent être réglés de manière à introduire dans le tube 5 les proportions préétablies des volumes des gaz provenant des réservoirs 13 et 19.
Si l'on se réfère à la figure 3 on voit les ca ractéristiques du front arrière de la même im pulsion de décharge traversant les divers mi lieux ionisables. La courbe F représente la for me du front arrière d'une impulsion de sortie lorsqu'elle traverse le milieu ionisable habituel composé entièrement d'un gaz rare,
lorsque le potentiel ionisant a cessé à l'instant t1. On voit que la durée minimum de l'impulsion de sor tie est plus grande que 100 microsecondes. Ce- pendant l'addition de 5 % de molécules élec- tronégatives,
par exemple 02 provoque pour le front arrière la caractéristique montrée à la courbe G. Cette addition de 5 % de 02 permet à l'impulsion haute fréquence de sortie d'avoir une durée pratiquement inférieure à 100 mi crosecondes.
Naturellement l'impulsion provo quant l'ionisation peut être de n'importe quelle durée choisie, mais les courbes de la fig. 3 sont tracées en supposant que cette impulsion se termine à l'instant t1. Lorsque le volume des molécules électronégatives est augmenté jus qu'à 50 0/0, la forme de l'impulsion d'énergie haute fréquence est pratiquement celle montrée par la courbe H. Ce mélange de gaz permet d'obtenir une impulsion de sortie d'une durée minimum présentant un front arrière excep tionnellement abrupt.
L'addition de molécules électronégatives à un milieu ionisable provoque la dispersion ra pide de la charge d'espace latente qui existe après la suppression du potentiel d'ionisation en raison de phénomène bien connu du captage électronégatif, ce qui permet d'atteindre dans un temps beaucoup plus court la densité de coupure de l'énergie d'entrée. Ainsi le mélange de gaz suivant des proportions prédéterminées modifie la charge d'espace après l'ionisation et altère les caractéristiques du plasma de déchar ge gazeuse en désintégration.
En plus de la modification des caractéris tiques de forme de l'impulsion de l'énergie haute fréquence de sortie, l'addition de molé cules électronégatives modifie la durée de l'im pulsion de sortie. Lorsqu'on désire obtenir des impulsions de sortie de la plus courte durée possible, l'addition de molécules électronégati- ves au milieu ionisable amène l'impulsion de sortie à se rapprocher de très près de la durée de l'impulsion d'entrée en fonction naturelle- ment des proportions du mélange. Ceci est vir tuellement impossible lorsque le milieu ionisable est constitué par des gaz rares à l'état pur.