Tétrode commutatrice pour très haute tension La présente invention a pour objet une tétrode commutatrice pour très haute tension fonctionnant avec une faible tension sur la grille de commande.
Des tubes redresseurs à haute tension usuels, uti lisés jusqu'ici comme tubes électroniques commuta teurs à haute tension, commandaient en général le sens d'écoulement d'électrons, en permettant à ceux- ci de s'écouler librement dans un sens et en bloquant complètement leur écoulement dans le sens opposé. Pour de nombreuses applications, notamment en radiographie, où un tube commutateur sert à régler la durée d'exposition à un tube à rayons X, il est très désirable de pouvoir bloquer ou laisser passer les électrons dans un seul sens, conformément à un signal de commande provenant d'un dispositif de temporisation approprié.
Bien qu'une telle action soit la fonction de tri odes usuelles utilisées en radiophonie par exemple, ces triodes ne conviennent pas pour commander cer tains tubes à rayons X à haute tension, circuits de radar, etc., d'une part, parce qu'elles sont incapa bles de fonctionner à des tensions très élevées et, d'autre part, à cause des caractéristiques spéciales exigées du circuit de commande.
On a proposé l'emploi de tubes à rayons X à haute tension comprenant une grille de commande, faisant eux-mêmes fonction de tubes commutateurs à haute tension et capables de régler la durée d'expo sition aux rayons X. De tels tubes ont donné d'assez bons résultats mais avec un appareillage compliqué et prévu spécialement pour la cinéradiographie. Ces tubes n'ont toutefois pas donné pleine satisfaction lorsqu'une faible puissance de commande est désira ble, ainsi qu'un appareillage simple.
Dans les anciens systèmes qui n'avaient pas à utiliser des tensions aussi élevées que les systèmes actuels, on employait généralement des triodes pour la commande d'appareils à rayons X ou autres, pour lesquels elles étaient spécialement construites. Mais, depuis qu'il existe des circuits à très haute tension dans certains appareils à rayons X, radars, etc., il importait de pouvoir disposer d'un tube de commu tation capable de supporter convenablement les sol licitations dues à de hautes tensions.
On a pensé qu'une tétrode était nécessaire pour répondre de manière satisfaisante aux exigences du problème car les triodes des diverses constructions connues se montraient incapables de résister aux hautes tensions auxquelles les tubes sont soumis. La grille-écran de la tétrode, les formes particulières des électrodes et les structures de montage de ces der nières peuvent contribuer à l'obtention de résultats satisfaisants dans les installations à hautes tensions dans lesquelles aucun tube connu ne peut fonction ner de manière convenable.
Or, la plupart des tétrodes connues et capables d'être utilisées dans des circuits à haute tension sont trop encombrantes, de sorte que leur manipulation est malaisée et que leur fabrication est relativement coûteuse.
Le but essentiel de l'invention est de fournir une tétrode capable de bloquer ou de laisser passer des électrons dans un sens, lorsque des tensions jusqu'à 100 kV ou plus lui sont appliquées.
Un autre but est de réaliser une telle tétrode capable de fonctionner avec un facteur d'amplifica tion tel qu'une faible tension de commande de grille bloque convenablement jusqu'à<B>100</B> kV ou plus.
La tétrode objet de la présente invention est caractérisée en ce qu'elle comprend, d'une part, une enveloppe vide d'air comportant à une extrémité un col rentrant sur lequel est montée une anode à sur- face efficace plane ; d'autre part, une cathode, une grille de commande et une grille-écran alignées co- axialement avec l'anode et supportées par l'autre extrémité de l'enveloppe, la cathode et les grilles pré sentant une forme générale approximativement plane et étant à surfaces efficaces en forme de ménisques bombés en direction de l'anode et, en outre, des con ducteurs d'amenée aux grilles et à la cathode, tra versant l'extrémité cathodique de l'enveloppe.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de la présente invention.
La fig. 1 est une coupe axiale de ladite forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe selon 2-2 de la fig. 1. La fig. 3 est une vue partielle selon 3-3 de la fig. 1, et la fig. 4 est une coupe axiale agrandie d'organes représentés à la fig. 1.
La tétrode représentée au dessin se compose d'une enveloppe de verre 10 comportant une partie intermédiaire cylindrique 11 qui entoure l'espace interélectrodes et relie des parties 12 et 13 sensible ment coaxiales, disposées l'une du côté de l'anode et l'autre de celui de la cathode et ayant un diamètre réduit. La partie 12 de l'enveloppe comporte un col rentrant 14, coaxial à l'enveloppe et dont l'extrémité intérieure circulaire est scellée en 15 à un support d'anode tubulaire 16 en métal.
Un écran tubulaire 17, coaxial à l'enveloppe et au support 16, entoure ce support et est disposé à distance de la majeure partie de celui-ci. L'une des extrémités de l'écran 17 s'étend au-delà du scelle ment 15 dans l'espace compris entre la partie 12 et le col 14, de manière à protéger ledit scellement contre un bombardement d'électrons indésirable. L'autre extrémité 17a de l'écran présente un dia mètre un peu plus petit que la première extrémité et est scellée à une anode de cuivre 18. La surface effi cace de cette anode est plane et peut être munie, au besoin, d'une couche (non représentée) de tungstène, de molybdène ou d'un autre matériau ayant un point de fusion supérieur à celui du cuivre.
L'anode pré sente une partie légèrement en retrait 19 qui reçoit l'extrémité de l'écran 17, le rebord 20 ainsi constitué étant conformé de manière à être à fleur avec l'ex trémité de l'écran, pour obtenir une surface continue, lisse et sans arêtes vives susceptibles de produire des contraintes.
L'anode 18 présente des parties 21 et 21a cylin driques, coaxiales, se prolongeant à l'extérieur et destinées à contribuer à la dissipation de la chaleur produite par l'anode et à supporter la tétrode dans sa position d'utilisation.
Lors de son montage dans l'enveloppe 10, l'anode 18 est tout d'abord assemblée à l'écran 17. Le sup port 16, scellé à la partie de verre rentrante 14, est ensuite introduit dans l'écran 17, jusqu'à ce que l'extrémité du support 16 vienne appuyer sur une saillie annulaire 22 formée dans la paroi intérieure de la partie plus étroite 17a de l'écran 17. L'extré mité du support 16 est alors brasée à l'écran 17, puis la partie de verre rentrante 14 est reliée à l'extré mité adjacente de l'enveloppe selon les méthodes usuelles en verrerie.
La partie 13 de l'extrémité cathodique de l'enve loppe 10 comporte également un col rentrant, 23, qui se termine par trois supports tubulaires coaxiaux 24, 25 et 26 faits d'une seule pièce. Le support inté rieur 24 se termine par un queusot 27 qui forme avec le support 24 une partie de l'enveloppe et obture l'extrémité de celle-ci.
Deux tiges 28 et 29 supportant la cathode pénè trent dans le queusot 27 et sont destinées à être rac cordées à une source d'énergie extérieure au tube, par l'intermédiaire de conducteurs 28a et 29a. La cathode 30, qui est portée par les tiges 28 et 29, consiste en un filament sensiblement plan enroulé en spirale ; il est, de préférence, en fil de tungstène thorié pouvant émettre facilement des électrons lors qu'il est chauffé.
Bien que la cathode 30, ainsi que les grilles décrites ci-après, sont du type connu indus triellement sous la désignation d'électrodes planes, dans la présente réalisation, la surface émissive de la cathode a une forme en ménisque ; elle est donc légè rement bombée en direction de l'anode 18 de sorte que la partie centrale de la cathode est un peu plus rapprochée de l'anode que les parties périphériques, comme le montre nettement la fig. 4.
Les extrémités 31 et 32 (fig. 4) du filament for mant cathode sont coudées vers le bas par rapport au plan général de la cathode et fixées aux extrémi tés intérieures des tiges 28 et 29 supportant la cathode. La méthode préférable pour fixer les extré mités 31 et 32 aux tiges 28 et 29, afin d'obtenir un joint rigide et sûr, consiste à recouvrir tout d'abord ces extrémités avec des spires 33 et 34 en fil de tungstène pur, puis à souder les spires aux tiges 28 et 29, les spires 33 et 34 étant réunies aux extrémi tés 31 et 32 en même temps que l'on forme les joints entre les spires et les tiges.
Une ou plusieurs spires de la cathode 30 peuvent être supportées individuellement par un fil 35, rela tivement fin, enroulé autour du filament et dont les extrémités sont fixées à un fil de support coudé 36 porté par le queusot 27. Ce dispositif contribue à éviter un endommagement de la cathode par suite de vibrations ou de chocs mécaniques et il fournit un support supplémentaire permettant d'obtenir la forme en ménisque.
Le support intermédiaire 25 que soutient le col rentrant 23 de l'enveloppe supporte une grille de commande 40 et se termine, à cet effet, en une arête annulaire à laquelle est scellée l'une des extrémités d'un manchon tubulaire métallique coaxial 37, de préférence en kovar (marque déposée) et suppor tant la grille. A l'autre extrémité du manchon 37 est fixée l'une des extrémités d'un support tubulaire 38, de préférence en nickel, et dont l'autre extrémité est munie d'une bride 39 (voir fig. 4) tournée vers l'inté- rieur. Sur cette bride 39 est montée la grille de com mande 40 qui se compose d'un treillis 41 serré entre deux anneaux 42 et 43.
Ces anneaux sont de préfé rence en molybdène, tandis que le treillis est en molybdène platiné, le revêtement de platine des fils servant à réduire l'émission de la grille durant le fonctionnement du tube.
Un potentiel électrique approprié peut être appli qué à la grille de commande 40 par un conducteur métallique 44 (fig. 2), relié par l'une de ses extré mités au manchon 37 et par l'autre extrémité à une tige 45 qui traverse le queusot 27.
Une grille-écran 46, située entre la grille de commande 40 et l'anode 18 dont elle est séparée par une distance déterminée, se compose également d'un treillis en fils de molybdène platiné 47, serré entre deux anneaux en molybdène 48 et 49. Ces trois par ties sont fixées rigidement, par brasage, à la face inférieure d'une bride 50 repliée vers l'intérieur et formée à l'une des extrémités d'un support tubulaire en nickel 51.
Ce support 51 est fixé vers le milieu de sa longueur à un manchon tubulaire en kovar s> 52 (fig. 1 et 4) qui est lui-même scellé à son autre extrémité, c'est-à-dire en 53, au support extérieur 26 du col rentrant 23 de l'enveloppe. Une partie 54 du support 51, qui se prolonge en dessous du joint avec le manchon 52, s'évase de manière à être plus rap prochée de l'enveloppe que du support 51, puis des cend suffisamment pour recouvrir le scellement verre-métal 53.
Un potentiel électrique approprié peut être appli qué à la grille-écran 46 par un conducteur métalli que 55 relié par l'une de ses extrémités. au manchon 52. Le conducteur 55 traverse une ouverture 56 du cylindre 37 et est relié par son autre extrémité à une tige 57 qui traverse le queusot 27 et est raccordée à une source de potentiel par un conducteur exté rieur 58.
Un organe 59 de support pour une substance destinée à former un getter (fig. 1) est porté par la partie 54 du support 51.
Du côté de la bride 50, qui est opposé à la grille- écran 46, est monté un anneau de renforcement 60 destiné à empêcher une déformation de la bride sous l'influence de la chaleur lors du brasage de la grille- écran 46.
Les grilles 40 et 46 sont toutes deux des électro des approximativement planes dont les surfaces effi caces ont une forme en ménisque convexe du côté de l'anode, d'une façon analogue à la cathode 30. L'expression plane signifie que ces électrodes ont une configuration généralement plane, par opposi tion à une configuration cylindrique, mais qu'elles peuvent présenter néanmoins certaines parties s'écar tant légèrement du plan parfait.
La tige 29 supportant la cathode est située sen siblement dans l'axe commun des électrodes et porte un écran métallique 61 en forme de disque et qui s'étend transversalement au tube entre la cathode 30 et la tige 57, des trous étant ménagés dans cet écran 61 par lesquels passent le fil de support 36 et la tige de support 28 de la cathode. Du fait de sa présence dans cet espace, l'écran 61 protège le queusot contre la chaleur rayonnée par la cathode.
Dans le tube décrit, les bons résultats obtenus sont dus en grande partie au fait que les électrodes sont constamment maintenues à une distance précise les unes des autres. Il importe donc que l'assemblage des électrodes soit fait avec soin, afin que les élec trodes soient d'emblée espacées comme il convient.
Cela est accompli en ménageant à. l'extrémité supérieure des manchons 37 et 52 des parties de diamètres plus faibles 62 et 63, respectivement, qui se terminent par des rebords annulaires sur lesquels viennent reposer les extrémités adjacentes des sup ports tubulaires 38 et 51, respectivement. Ces sup ports tubulaires comportent eux-mêmes des évide ments à leur face intérieure, qui s'adaptent étroite ment aux parties 62 et 63.
Les manchons 37 et 52 sont tout d'abord assem blés aux supports 25 et 26, respectivement, du col rentrant 23 de l'enveloppe, puis la cathode 30 est montée sur le queusot 27. La partie 62 est ensuite formée dans le manchon 37, au tour, sur une lon gueur telle que la grille de commande 40 soit conve nablement espacée de la cathode, lorsque le support 38 est enfilé sur le manchon 37 jusqu'à ce que l'ex trémité du support vienne s'appuyer sur le rebord annulaire 64. Le support et le manchon sont soudés ensemble dans cette position.
Afin que l'extrémité du manchon 37 s'engage bien dans l'évidement de 3 8, il faut naturellement procéder au tournage de l'ex trémité du manchon après avoir formé l'évidement.
Après que la grille de commande a été assem blée et montée comme on vient de le dire, on assem ble de même la grille-écran en formant l'évidement 63 sur la longueur voulue, ce qui distancera conve nablement la grille-écran 46 de la grille de com mande 40, lorsque le support 51 est enfilé à fond sur le manchon 52.
Bien que différentes hautes tensions de l'ordre de 100 kV ou plus puissent être appliquées au tube décrit, dans un tube fonctionnant d'une manière satis faisante, la coupure intervient lorsque environ -300 V sont appliqués à la grille de commande, tan dis qu'une tension de 125 kV est appliquée entre l'anode et la cathode et qu'environ 1000 V sont appli qués à la grille-écran 46. Dans ces conditions de fonctionnement, le facteur d'amplification est d'en viron 420.
Dans cet exemple particulier, les treillis 41 et 47 des grilles 40 et 46 sont en fils de molyb dène platiné de 0,13 mm, à raison de 6 fils par centimètre. Chacune des grilles et la cathode sont bombées avec un rayon de courbure d'environ 3,3 cm. L'espacement entre les surfaces les plus rap prochées de la cathode 30 et de la grille de com mande 40 est d'environ 1,1 mm, celui entre la grille de commande 40 et la grille-écran 46 d'environ 1,2 mm et celui entre la grille-écran 46 et l'anode 18 d'environ 16 mm. Un tube exécuté comme celui décrit supporte de hautes tensions lorsqu'il est immergé dans une huile fortement diélectrique, afin de l'isoler et de dissiper la chaleur.
Alors que des types de tubes d'anciens systèmes connus ne supportent pas une subite appli cation de hautes tensions, notamment en radiogra phie ultra-rapide, le tube décrit fonctionne impecca blement dans ces conditions. Grâce à leurs courbu res prédéterminées dans une direction commune, les grilles et la cathode du tube décrit peuvent subir une légère expansion dans le même sens, lors du chauf fage, sans risque de court-circuitage ;les scellements verre-métal sont efficacement protégés contre les bombardements et les dispositifs de support des élec trodes maintiennent celles-ci rigidement en place.