Brevet FR2002690A1 — publié le 19691031

i 2002690 la présente invention se rapporte à un procédé pour produire un tube électronique photo-émissif ayant une enveloppe renfermant une photocathode pelliculaire comprenant un ou plusieurs métaux alcalins, et qui est capable de supporter des températures de fonction-5 nement relativement élevées» Il eziste un tube photo-électrique qui peut avantageusement être utilisé à des températures relativement élevées et qui possède une photocathode formée par une pellicule d'antimoine activée par un ou plusieurs métaux alcalins, tels que le sodium, le potassium et/ou 10 le césium. Les tubes de ce genre, qui sont capables de supporter des températures relativement élevées, peuvent avantageusement être utilisées dans le forage et dans les applications spatiales. Dans ces applications, les tubes considérés sont exposés à des températures de -1962C à environ +2002C pendant des périodes de temps considéra-15 bles. Or, les tubes photosensibles actuels de ce type ne peuvent pas supporter de telles températures pendant une période de temps appréciable. En effet, aux températures élevées, des gaz, et principalement de l'hydrogène, sont libérés par les composants du tube. Ce dé-20 gagement de gaz est dû à ce que les températures et les durées de cuisson utilisées pendant la fabrication des tubes n'ont pas été suffisantes pour dégazer complètement les éléments internes de ceux-ci. Après la formation de la photocathode, la température maximale à laquelle le tube est normalement exposé est limitée à 752C. On sap-25 posait que la photocathode se détériorerait ou même qu'elle se décomposerait à des températures plus élevées* De plus, on pensait que le tube souffrirait s'il était exposé à des températures plus élevées par suite de la conduction ionique de l'enveloppe de verre et à cause de l'absorption par cette dernière et par les éléments in-30 ternes du tube des métaux alcalins utilisés-pour former la photocathode. _ " Selon la présente invention, un procédé perfectionné pour produire un tube électronique photo-émissif, du type spécifié, consiste à soumettre le tube, après la formation de la photocathode, à une 35 température comprise entre 100 et 1752C pendant une période de temps comprise entre 100 et 300 heures. Le tube est évacué ou pompé pendant une partie, au moins, de la période de cuisson, puis l'envelop- 69 04972 2 2002690 pe du tube est hermétiquement scellée. La découverte de la possibilité d'utiliser des températures aussi élevées pendant le dégazage final du tube offre plusieurs a-vantages. En effet, ceci permet non seulement d'utiliser les tubes 5 photo-émissifs dans des ambiances dont la température est relativement élevée, mais, en outre, on constate une amélioration appréciable des propriétés générales des tubes ainsi traités, notamment, de la sensibilité et de l'uniformité de la cathode, ainsi que de la résolution de hauteur d'impulsions. 10 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti- ront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence à la figure unique du dessin annexé qui est une vue, partiellement en coupe, d'un tube électronique photomultiplicateur fabriqué selon le procédé perfectionné 15 décrit ci-contre. Sur la figure, on a représenté, à titre d'exemple, un tube pho-tomultiplicateur 10. Ce tube comporte une enveloppe comprenant des parties métalliques 12, 14, des bagues isolantes 16 en une céramique, telle que l'oxyde d'aluminium, et qui sont reliées entre elles par 20 des bagues métalliques d'espacement 24» Une plaque frontale translucide 18, en oxyde d'aluminium mono- ou polycristallin, par exemple, est également prévue.. La face intérieure de la plaque frontale 18 porte un revêtement ou une couche photo-émissive 20 constituant une cathode photo-émissi-25 ve. La couche photo-émissive 20 se compose d'antimoine activé par un ou plusieurs métaux alcalins, tels que le potassium et le césium. La partie métallique 14 de 11 enveloppe du tube constitue le couvercle de l'extrémité du tube située à l'opposé de la plaque frontale 18 et fait également fonction d'anode ou de collecteur des électrons émis 30 par la photocathode 20. Une bordure 21 constitue la borne de contact du collecteur 14. Entre la photocathode 20 et le collecteur 14 sont disposées un certain nombre de séries de dynodes 22 montées sur des bagues métalliques annulaires 24, s'étendant radialement, dix séries de dynodes 35 étant prévues dans le tube représenté. Les bagues 24 sont scellées entre les bagues adjacentes 16 de céramique au moyen d'une brasure appropriée, telle qu'un alliage eutectique argent-cuivre. Une bague 69 04972 3 2002690 de garde 25 est prévue pour empêcher les fuites ohmiques entre la dernière série de dynodes 22 et l'anode 14. Une partie de chaque bague 24 s'étend au-delà de la surface extérieure des bagues isolantes 16, afin de produire un contact extérieur pour la dynode corres-5 pondante. Une électrode de concentration tubulaire métallique 26 est montée à l'intérieur du tube 10 sur une bordure 24 et forme une lentille électrostatique pour diriger les électrons issus de la grande photocathode vers la première série de dynodes 22. La photocathode 20 peut être du type de celle décrite dans le 10 brevet des Etats-unis d'Amérique N2 2 770 561 et peut être formée comme il est décrit dans ce brevet. Il est également possible d'apporter des variantes au procédé de formation de la photocathode 20. _7 Le tube 10 est évacué à une pression d'environ 10 torr, par exemple. Pendant le pompage, le tube 10 subit une cuisson dans un four 15 à une température d'environ 3602C pendant environ une heure, puis est refroidi à la température ambiante. Après cela, on introduit de la vapeur d'antimoine dans l'enveloppe du tube, comme décrit dans le brevet précité, par exemple, cette vapeur se propageant vers la plaque frontale 18 pour se déposer 20 sur la face intérieure de celle-ci en formant une couche d'antimoine métallique. L'antimoine peut être introduit par l'ajutage 28. On introduit ensuite de la vapeur de potassium dans l'enveloppe par l'ajutage 28, cette vapeur se propageant vers la plaque frontale 18 où elle réagit avec la couche d'antimoine. Cette dernière opération est 25 exécutée à une température d'environ 1602C et est poursuivie jusqu'à ce que la photosensibilité du dépôt d'antimoine et de potassium atteigne un maximum. On introduit ensuite de la vapeur de césium dans le tube pour venir au contact de la pellicule d'antimoine et de potassium précé-30 demment déposée sur la plaque frontale 18. Cette opération est, elle aussi, exécutée à une température d'environ 1602C et est poursuivie jusqu'à ce que la photosensibilité du dépôt d'antimoine, de potassium et de césium atteigne un second maximum. On refroidit ensuite le tube à la température ambiante et, pendant que le tube est encore 35 raccordé aux pompes, on ferme hermétiquement l'ajutage 28 en le pinçant en 74<> Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble compre 69 04972 4 2002690 nant le tube 10 et une pompe ionique 49 raccordée à 1*ajutage 28 est ensuite placé dans un four électrique (non-représenté), la pompe ionique continuant à opérer, puis l'ensemble est soumis à un programme de chauffage qui consiste à chauffer le tube à une température d'en-5 viron 135SC pendant environ 100 heures. Après cela, on élève la température du four à environ 145-C et l'ensemble comprenant le tube 10 et la pompe ionique 49 est maintenu à cette température pendant environ 100 heures pendant que la pompe continue de fonctionner. Enfin, la température du four est portée à environ 1752C, cependant 10 que la pompe ionique reste raccordée, mais ne fonctionne pas, et le tube est maintenu à cette température pendant environ 100 heures. Le fonctionnement de la pompe ionique n'est pas affecté par les températures ci-dessus. A la fin de cette dernière étape de cuisson, on ferme herméti-15 quement l'ajutage 28 en formant dans sa région 80 un pincement analogue au pincement 74. Ceci a pour résultat de détacher la pompe ionique 49 du tube 10. On constate que la pression à l'intérieur du tube 10, après la dernière étape de cuisson, a été abaissée à une —12 valeur que l'on suppose être d'environ 10 torr et que les élé-20 ments intérieurs du tube ont été suffisamment dégazés pour permettre à celui-ci de fonctionner pendant de longues périodes de temps,dans des ambiances ayant une température pouvant atteindre 2002C, sans qu'il se produise de dégagement nuisible de gaz à l'intérieur du tube ou d'autres effets nuisibles. 25 De plus, on constate que le traitement de cuisson décrit ci- dessus confère au tube des propriétés importantes et avantageuses, telles qu'une meilleure sensibilité cathodique, une plus grande uniformité cathodique et une meilleure résolution de la hauteur des impulsions. 30 Les phénomènes qui~se déroulent au cours de ce programme de cuisson ne sont pas entièrement élucidés. Apparemment, il se produit un effet de stabilisation qui a pour résultat d'établir un état d'équilibre dans lequel les gaz résiduels, tels que l'hydrogène ou les vapeurs de métaux alcalins, sont piégés par les surfaces intérieu-35 res du tube ou sont pompés hors de celui-ci. La stabilité de cet état d'équilibre est telle qu'aucun gaz nuisible n'est libéré dans l'espace compris «ntre les électrodes du tube quand celui-ci fonc 69 04972 5 2002690 tionne dans la gamme des températures du programme de cuisson. les résultats mesurables de ce programme de cuisson sont une sensibilité cathodique améliorée qui augmente plus rapidement pendant les premières étapes de cuisson, puis plus lentement de façon 5 asymptotique. De plus, l'émission électronique devient plus uniforme sur toute la surface de la cathode. Ceci est important lorsqu'un spot lumineux, tel que celui produit, par exemple, par un tube à rayons cathodiques à spot mobile, se déplace au-dessus de la surface de la cathode. En effet, dans une telle application, une émission 10 électronique non-uniforme de la surface de la cathode aurait tendance à introduire une distorsion dans le signal de sortie du tube. la résolution de hauteur d'impulsions du tube est améliorée par le programme de cuisson ci-dessus* Cette amélioration peut,gros-so-modo, être exprimée comme une amélioration de 0,2 à 0,5 unités ex-15 primées en pour-cent. l'observation des variations de sensibilité, de résolution de hauteur d'impulsions et de courant d'obscurité dans une gamme de températures comprise entre 20 et 1752C indique que les tubes fabriqués de la manière décrite ci-dessus sont extrêmement stables aux 20 températures élevées. 69 04972 6 2002690 REVENDICATIONS 1.- Un procédé pour produire un tube électronique photo-émissif ayant une enveloppe renfermant une photocathode pelliculaire incluant un ou plusieurs métaux alcalins, qui consiste à soumettre ledit 5 tube, après la formation de ladite photocathode, à une cuisson à une température comprise entre 100 et 175 SC pendant une période de temps comprise entre 100 et 300 heures, à évacuer ledit tube pendant une partie, au moins, de ladite période de temps, puis à sceller hermétiquement ladite enveloppe . 10 2.- Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on exécute la cuisson dudit tube successivement à une température d'environ 135aC, d'environ 1452C et d'environ 1759C. 3.- Un procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacune desdites étapes de chauffage est exécutée pendant environ 15 100 heures. 4«- Un procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit tube n'est évacué que pendant les étapes de température où il est chauffé à environ 135eC et à environ 145SC. 5.- Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 20 l'évacuation du tube pendant la cuisson est continue afin de mainte- —12 nir la pression à l'intérieur de celui-ci à environ 10 torro