Brevet FR2002053A1 — publié le 19691003

La présente invention se rapporte à des tubes à décharge de faisceaux d'électrons et, plus spécifiquement, à des tubes à décharge de faisceaux d'électrons du genre dans lequel un faisceau d'électrons est projeté vers un collecteur d'électrons et rassemblé par celui-ci, lequel est refroidi par fluide et comporte deux (ou davantage) systèmes de conduites de refroidissement, chacune refroidissant une partie différente de la longueur du collecteur et chacune ayant sa propre entrée de produit de refroidissement. Des tubes de ce genre seront ci-après désignés, pour plus de brièveté, sous le nom de tubes ayant des collecteurs refroidis par fluide par étage. L'application la plus importante de la présente invention est destinée aux Iclystrons, mais elle est applicable aussi à d'autres formes de tubes à faisceaux d'électrons avec des collecteurs, par exemple des tubes à ondes progressives. Bien sûr, il est bien connu en pratique, dans les tubes à faisceaux d'électrons à puissance élevée, de prévoir le refroidissement par fluide pour le collecteur, ce refroidissement par fluide étant d'ordinaire un refroidissement par l'eau et la vapeur d'eau. Un agencement de collecteur commun est un dispositif dans lequel un collecteur creux, grossièrement en forme de projectile et avec son extrémité ouverte faisant face au canon à électronsdu tube, a sa paroi formée pour fournir des conduites longitudinales de produit de refroidissement, qui s'étendent sur presque toute la longueur du collecteur et sont agencées tout autour. Le faisceau d'électrons pénètre dans l'extrémité ouverte du collecteur et les électrons frappent et sont rassemblés par la paroi intérieure du collecteur, en produisant bien sûr beaucoup 69 03692 ^ 20', 2C 53 de chaleur. De l'eau est admise vers les conduites de refroidissement parallèlement à leurs extrémités les plus proches du canon et se trouve transformée en vapeur d'eau par chauffage dans les conduites, la vapeur d'eau est retirée aux 5 autres extrémités de ces dernières et après quoi, elle est d'ordinaire condensée et ramenée à une cuve d'alimentation en produit de refroidissement à base d'eau. Cependant, un tel agencement est souvent insuffisant pour fournir un refroidissement adéquat au collecteur d'un klystron à énergie 10 élevée ou analogues, à moins que le collecteur ne soit rendu grand et long, ce qui est peu économique, avec la prévision d'une conduite à fort refroidissement, ce qui est également peu économique. Une manière connue d'éviter cette difficulté est de prévoir plusieurs étages de conduites de produit de 15 refroidissement, chacun refroidissant une partie différente de la longueur du collecteur et chacun ayant sa propre entrée d'eau. Dans un agencement connu de cette natufe, le collecteur est pourvu de deux séries de conduites de produit de refroidissementil est possible bien qu'inhabituel d'en 20 avoir plus de deux), les conduites des deux séries étant longitudinales et agencées autour du collecteur de manière que celles a'une série s'étendent sur une première partie de la longueur du collecteur, et que celles de l'autre série s'étendent sur une seconde partie de cette longueur. Dans 25 la pratique normale, chaque série s'étend plutôt sur moins de la moitié de la longueur totale de l'électrode. De l'eau est admise vers les Conduites de chaque série à leurs extrémités lès plus proches au canon et de la vapeur d'eau est retirée des autres extrémités des deux séries de con-30 duites. Les collecteurs ainsi refroidis par fluide par 69 03692 3 ^ C 1P C 0 z -J . v étage, grâce à des séries de conduites de refroidissement s'étendant sur les parties successives différentes de la longueur du collecteur et chacune ayant sa propre entrée de produit de refroidissement, représaitaitce que l'on appelle 5 ici des collecteurs refroidis par fluide par étage, et la présente invention se rapporte à des tubes à faisceaux d'électrons ayant de tels collecteurs refroidis par fluide par étage. Un défaut rencontré avec des tubes connus à fais-to ceaux d'électrons ayant des collecteurs refroidis par fluide par étage est que des "points chauds" (c'est-à-dire des surfaces localement surchauffées) peuvent se produire dans le collecteur, dans des régions entre l'extrémité de sortie du produit de refroidissement d'une série de conduites de pro-15 duit de refroidissement et l'extrémité d'entrée de produit de refroidissement de la série suivante. On appréciera qu'à l'extrémité d'entrée d'eau d'une série de conduites, dans laquelle l'eau n'a pas encore été chauffée jusqu'à la température de la vapeur d'eau, le taux d'écoulement de produit 20 de refroidissement est relativement faible et le taux de refroidissement est également relativement faible. Cependant* le taux de chauffage de toute partie particulière du collecteur dépend de l'entrée d'énergie par suite de son bombardement par les électrons ett comme c'est le cas avec des collec-25 teurs connus refroidis par fluide par étagef l'intensité de l'entrée d'énergie à la région au voisinage entre l'extrémité de sortie d'un étage de refroidissement et l'extrémité d'entrée de l'étage suivant est plus ou moins la même que pour d'autre régions moins refroidies, des points chauds 30 locaux étant suceptibles de se produire» La présente inven AQ 0369? 4 n. n tion cherche à éviter ce défaut. Selon des caractéristiques de la présente invention, la paroi intérieure du collecteur d'un tube à faisceaux d'électrons ayant un collecteur creux refroidi par 5 fluide par étage est conformée de manière telle qu'une partie de la surface intérieure de la paroi, dans une région entre un étage de refroidissement et le suivant, est soumise à une intensité de bombardement par les électrons (quand le tube est utilisé), sensiblement inférieure à l'intensité 10 moyenne de bombardement partout ailleurs sur la paroi intérieure . De préférence, la paroi intérieure est en gradin dans une région entre un étage de refroidissement et le suivant pour fournir sur le gradin une surface intérieure amincie 15 qui est approximativement tangentielle aux trajectoires des électrons ou s'amincit à partir de ces trajectoires (quand le tube est utilisé) vers la région. De préférence, la paroi intérieure est conformée, sur des régions autres que celles entre un étage de refroi-20 aissement et le suivant, pour recevoir, quand le tube est utilisé, une valeur approximativement uniforme d'entrée d'énergie par surface unitaire par le bombardement électronique, cette valeur étant sensiblement supérieure à celle de l'entrée d'énergie, par le bombardement électronique, 25 par unité de surface des régions entre un étage de refroidissement et le suivant. Dans un exejnple de réalisation préféré de la présente invention, le collecteur est refroidi dans deux étages et sa surface intérieure comprend deux parties, chacune étant incurvée (comme on peut le voir en coupe) pour recevoir 69 03692 5 "j r\ n i o z 3 Z w O une valeur approximativement uniforme d'entrée d'énergie par bombardement électronique, par surface unitaire, et chacune s'étendant approximativement sur la longueur d'un étage différent de refroidissement, les deux parties étant 5 réunies l'une à l'autre par une partie approximativement conique, son diamètre plus petit étant à l'extrémité la plus proche de l'extrémité ouverte du collecteur. De préférence, les parties de la surface intérieure de la paroi de collecteur autres que les parties dans les 10 régions entre des étages de refroidissement sont conformées pour satisfaire approximativement à l'équation Vsin (8 )_ cons-fcaft-jjg 47ïr s in ex/2 (dans laquelle 2 o{. est l'angle de cône du faisceau d'électrons pénétrant dans le collecteur, W est la puissance totale du faisceau, 0 est l'angle créé par un chemin donné d'électrons 15 vers la paroi intérieure de collecteur avec l'axe de l'axe de collecteur ; /3 est l'angle entre la paroi et l'axe au point où le chemin donné se termine sur la paroi et r est la longueur du chemin donné d'électrons depuis le sommet du faisceau d'électrons jusqu'à son extrémité sur le collecteur), 20 et l'angle entre l'axe du collecteur et la surface intérieure du collecteur dans une région entre les étages de refroidissement n'est pas inférieur à l'angle 0 . La présente invention est illustrée sur le dessin ci-joint qui représente la conformation intérieure d'une 25 forme préférée du collecteur pour un tube selon des caractéristiques de la présente invention. Le tube, qui peut être un klystron à énergie élevée, est, sauf en ce qui concerne le collecteur, tel que connu et, en conséquence, seul le collecteur est représenté ou sera 9 (H692 6 2002053 décrit ici. En se référant au dessin, il représente un collecteur creux d'une forme qui est approximativement celle d'un projectile et qui est refroidi en deux étages. Un étage de refroidissement est effectué par une série de conduites longitudinales 1, espacées d'une manière égale autour du collecteur et formées dans sa paroi. Ces conduites s'étendent sur une distance quelque peu inférieure à la moitié de la longueur du collecteur et ont des entrées d'eau à leurs extrémités 2 les plus proches de l'extrémité ouverte 3 du collecteur ët des sorties de vapeur d'eau à leurs autres extrémités 4. Des canalisations retirant la vapeur d'eau sont présentées en 5. La canalisation d'entrée d'eau n'est pas représentée. Dans le eas illustré, les conduites 1 sont parallèles à l'axe du collecteur. Le second étage de refroidissement est effectué par une seconde série de conduites longitudinales 6 avec des entrées d'eau en 7 et des sorties de vapeur d'eau en 8. Pour ne pas compliquer la figure, les canalisations d'eau et de vapeur d'eau pour les conduites 6 ne sont pas représentées. Les conduites 6 sont également formées dans la paroi du collecteur et sont également espacées de manière égale tout autour-s sais se placent sur. la surface d'un cône imaginaire pour se conformer plus ou moins à la forme générale du collecteur., •" ' Là surfae® intérieure -'du collecteur-'a "trois parties principales dont"déux, 9 ët 10;- sont en ' courbe comme on' le voit en coupe, et la troisième 11, qui est entre elles et les réunit, est conique pour former un gradin à chanfrein conique entré les pairties 9 et 10. Les deui parties 9 et 10 69 03692 7 2002053 s'étendent respectivement approximativement sur les longueurs des deux étages de refroidissement et la partie 11 s'étend sur la région entre les deux étages de refroidissement. Les parties 9 et 10 sont conformées, sur la majeure partie de 5 leur surface en tout cas, pour satisfaire approximativement à 1'équation W sin ( 6-/3? = constante 4 7T r sin (où 2 6 est l'angle créé par un chemin donné d'électrons vers la paroi intérieure du collecteur avec l'axe dans l'axe du col- 10 lecteur,fi est l'angle entre la paroi et l'axe au point où le chemin donné se termine sur la paroi et r est la longueur du chemin d'électrons donné depuis le sommet du faisceau d'électrons jusqu'à son extrémité sur le collecteur). Le chemin d'électrons de longueur r vers la jonction 15 de parties 9 et 11 est représenté par une ligne brisée sur la figure qui montre également, par des lignes en traits mixtes, les angles ®C , _/3 et Q . Dans l'exemple de réalisation illustré, le cône de la partie 11 est choisi pour que/? soit égal à & , de sorte 20 que la surface de cette partie conique est "tangentielle au chemin représenté. Ceci est préféré car cela conduit à une plus grande économie de matière. Cependant, un plus grand cône pourrait être employé pour la surface de la partie 11, e'est-à-dire que cette surface, si on le désirait, pourrait 25 être conique depuis le chemin représenté. Si le cône est inférieur à celui représenté, (ce qui est permis dans certains cas), l'entrée de puissance vers la partie 11 par bombardement d'électrons se produira et augmentera lorsque le cône sera 69 03692 8 2002053 réduit. En conséquence, l'amincissement ne doit pas être réduit à un point tel que le chauffage de la partie 11 soit suffisant pour produire des points chauds dans sa région. La présente invention n'est pas limitée aux exemple de réalisation qui viennent a'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et ae modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 69 03692 s 2002053 REVENDICATIONS 1 - Tube à faisceaux d'électrons ayant un collecteur creux refroidi par fluide par étage, caractérisé en ce que la paroi intérieure du collecteur est conformée pour qu'une partie de la surface intérieure de la paroi, dans une région entre un étage, de refroidissement et le suivant soit soumise à une intensité de bombardement d'électrons (quand le tube est utilisé) sensiblement inférieure à l'intensité moyenne du bombardement partout ailleurs sur la paroi intérieure. 2 - Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi intérieure est en gradin dans une région entre un étage de refroidissement et le suivant pour fournir sur le gradin une surface intérieure conique, qui est approximativement tangentielle aux trajectoires d'électrons (quand le tube est utilisé) vers cette région. 3 - Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi intérieure est en gradin dans une région entre un étage de refroidissement et le suivant pour fournir sur le gradin une surface intérieure conique, qui est taillée en cône loin des trajectoires d'électrons (quand le tube est utilisé) vers cette région. 4 - Tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la paroi intérieure est conformée dans des régions autres que celles entre un étage de refroidissement et le suivant , pour recevoir (quand le tube est utilisé) une valeur approximativement uniforme d'entrée d'énergie par surface unitaire par bombardement d'électrons, cette valeur étant sensiblement supérieure à celle de l'entrée d'énergie par bombardement électronique par surface unitaire des régions entre un étage de refroidissement et le suivant. 69 03692 10 20 0 20 5 ^ 5 - Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collecteur est refroidi en deux étages et sa surface intérieure comprend deux parties, chacune étant incurvée pour recevoir une valeur approximative- 5 ment uniforme d'entrée d'énergie par bombardement électronique par surface unitaire, et chacune s'étendant approximativement sur la longueur d'un étage différent de refroidissement, les deux parties étant réunies l'une à l'autre par une partie au moins approximativement conique, son plus petit diamètre étant 10 à l'extrémité la plus proche du collecteur. 6 - Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des parties de la surface intérieure de la paroi de collecteur, autres que des parties dans des régions entre les étages de refroidissement, sont 15 conformées pour satisfaire approximativement à l'équation W sin (6 - j. ô—-—5 L = constante sin of/2 (où 2c