Brevet FR2006580A1 — publié le 19691226

;-1006580 La présent; invention concerne les lobes s dschar-;:6 dans un gi cour des dizaines de kil^-olts -si plus particulis-ren-nt un-? structure grille-anode perfectionnée peur p^-rmettr^ dt = lensions de plu" de cinquante kilovclts dans des tubes du ty-5 pe thyratrono Les t/.yratrons sont des tubes a gaz a trois ou quatre électrodes utilisées principalement pour des commandes électroniques. Une anode à laquelle est appliquée une haute tension reste non conductrice jusqu'au déclenchement par une grille de 10 commandée La tension maximale de coupure sur l'anode est la tension à partir de laquelle démarre l'émission à partir de la grille-. Bien qu'il y ait une demande de thyratron pouvant supporter à l'état coupé 50 kilovolts ou plus, la limite d'établissement d'un charnp entre l'anode et la grille a empêché le développement 15 de ces tubes„ Les anodes des thyratrons sont habituellement des disques eu des cylindres creux situés près de la pointe de l'ampoule du tube. La grille entoure habituellement coaxialement au moins une partie de l'anode et de la cathode en séparant l'une de 20 i'ëutre par un écran. La grille comporte souvent des disques à fentes oc- des grille* en toile métallique c Ces combinaisons sont décrites par exemple dans "Puise Generators" par Glasoe et Labecqz, Mc'lraw-Hill, Radiation Laboraty Séries, Volume 5, pages 3'i "7-33'", qui indique les travaux récents à ce sujet de K.Jo 25 Germeehaueen. La limite d'émission du champ pour ces structures d'électrodes est habituellement de 40 kV ou moinsa Pour obtenir des résistances h uns -censions supérieures a 40 kV, les anodes et les grilles ces tubes pour les tensions les plus basses ont été combinées en série dans une mê-3€ ;..-t eir-'elcppec Cependant, la défaillance d'un élément ce la série détruit b~b3 tuellemsnt 1s possibilité d'utilisation de l8ensem-i- 3 * du ' • , La •; écerr'e invention -■> pour ~;Jet un tu*-e à de— .-h-vrj'" dru;- un gaz eyar.-'- une structure unique •;rilie-ane-'e peu-3" r::-i : .• : •' i •-•.ner êu-dessas de 50 fc"/ e L'r, hu" 1 ' i.'venTi t -s t -~ int ep ? '4cer" snt i... --.i.ir-5 clas-iqu-T gî i lle-ar:-"'?.- jioui 1p limite ns di? se i rouve 3 des tene-i bd^n -'-rieui-ss * I1" ÙAÔ ORIGINAL . r:(- î- ^ ï > selon la présents intention comprend une structir^ çrilia-ancde pouvant faci.l-.rent supccrt-or des tensions de 1! -rr-ir-; ir- 100 k\* saris établissement c'un champ d'amorçage» La nouvelle structure selon l'invention est oï:is~ 5 r.'je en partie par une^grille et une anode ayant des contours sans parties aiguës, c'est-à-dire une grille et une anode dans lesquelles sont substantiellement réduits les effets électriques des angles, des trous et autres o Deux surfaces arrondies dont 11 une est contenue dans l'autre, c'est-à-dire des hémisphères, des pa-10 raboles ou des combinaisons de ces formes sont des exemples d'électrodes à contours lisses0La grille est formée d'enveloppes coaxia-les annulaires entre lesquelles existent des ouvertures peur le passage des électrons0 Les ouvertures des grilles sont limitées par des bords arrondisforientés vers lfextérieur par rapport à 15 l'anode 0 Les ouvertures se trouvent ainsi à une distance de l'a-» node supérieure à la distance du reste de la grillée Les bords des enveloppes de la grille sont plus éloignés de l'anode que les parties centrales des grilles„ Pour réduire encore les effets électriques des ouvertures des grilles, les bords arrondis orien-20 tés vers 1®extérieur peuvent être aouverts par des segments en pont couvrant une partie des ouvertures. De ce fait,, l'anode n ï subit pas l'influence des effets électriques de surfaces voisines discontinues d'une façon abrupte comme suivant les techniques antérieures oïl n'existe aucune contrainte de champ électrique dans 23 une région concentrée tendant a provoquer l'émission d'un cnamp= La structure perfectionnée des électrodes relève 3a tension maxî •* maie de résistance a l'amorçage et permet d'obtenir des tensions de résistance à l'amorçage de 1GC IcV0 Les caractéristiques de l'invention rassortirent 2C plus particulièrement de la description suivante, et iaile en s-référant au dessin annexé, sur lequel î î3 figure 1 est une coupe Icngitudin-'-lc. lu'-- ■ ï: • r.nt Ui.e .• truc tu:: s de oril je et d'ancde su? • anl nr. .? .;=i : g ".n -e-.!v: - de 1 ;invenJ ion, • la li ;::rK 1 •: i une * ... - • : l:,i . ^uIvï;:; •••, au tic -r . .= • en • • ■ • î'i;..-. • ■ la figure 3 représente graphiq-ic.:. U •: :i 1 . . î ■ •. L v ; du temps et le courair en r -n : n ci:-.. BAD ORIGINAL^ 69 12306 3 2006580 du temps à l'amorçage d'un tube à décharge selon la présente invention, et la figure 4 est une vue en perspective et en coupe de la structure de grille de la figure 2. 5 Le tûbe à gaz 10 représenté sur la figure 1 comprend une enveloppe 38, des électrodes 12, 11 et 20, un écran thermique 36, un diffuseur 34 et des éléments auxiliaires constituant des supports, des broches d'entrée et des isolateurs » Un réservoir à gaz , non représenté,fournit le gaz pendant le chauffage», Les élec-10 trodes constituent au moins une cathode , une grille et une plaque. L'anode 12 est une électrode creuse longue et fermée ayant une surface arrondie régulièrement dans toutes les régions à l'intérieur de l'enveloppe, et en particulier dans les régions voisines de la grille 11 « Contrairement au cas d'un disque ou d'un cy-15 lindre anodique ayant une paire de bords circulaires, la surface de l'anode 12 ne comporte pas de parties angulaires « La surface sans parties angulaires de l'anode 12 est une combinaison de surfaces variant de façon régulière et progressive, c'est-à-dire d'une région hémisphérique 13 raccordée àjdne région cylindrique 17. D*au-20 très surfaces longues sans parties angulaires variant progressivement telles que des paraboles longues peuvent aussi convenir» |3ien que les exemples de surfaces à variation progressive régulière soient des surfaces quadratiques , c'est-à-dire des surfaces de révolution de courbes à deux dimensions à variation progressi-25 ve autour d'un axe de symétrie, cette condition n*est pas nécessaire. N'importe quelle surface à variation progressive régulière satisfaisant aux conditions indiquées peut convenir. Comme l'anode longue 12 est fermée à l'extrémité hémisphérique 13, des jets d'eau non représentés peuvent être en-30 voyés par l'autre extrémité « La circulation d'eau permet l'existan-ce de densités supérieures de gaz au voisinage de l'anode, et par suite des courants plus importants. La construction de la grille 23 diffère considérablement de celle des disques à fentes et des manchons cylindriques 35 habituels de la technique antérieureo La grille 23 est isolée électriquement de l'anode 12 et elle est maintenue espacée de celle-ci par un support 26. L'anode 12 est logée partiellement à l'intérieur de la grille 23. Les segments 14 de la grille formant des envelop 69 12306 4 2006580 pes annulaires coaxiales autour de l'anode 12 entre l'extrémité hémisphérique 13 et la partie de l'anode traversant l'enveloppe 38 du tube. Les parties médianes des enveloppes annulaires 14 sont plus près de l'anode 12 que les parties marginales 18 de 5 ce® enveloppes. Les enveloppes 14 ont des côtés arrondis vers Intérieur 18 et par suite sont convexes par rapport à l'anode 120 Un second groupe d'anneaux 24 connectant électriquement les régions voisines 14 par les bords de ces régions en formant ainsi des. ponts entre les anneaux 14. Les anneaux du second groupe d'an-10 neâux 24, comme ceusoélu premier groupe d'anneaux 14 ont des surfaces arrondies de façon régulière. Unrintervalle étroit entre les anneaux 24 et lesbords des régions 18 des anneaux intérieurs permet le passage des électrons lorsqu'ils sont soumis à des forces électrostatiques appropriées. Normalement, un tel intervalle au 15 voisinage de l'anode provoque des contraintes de champs électriques concentrés aux bords de l'intervalle. Dans un dispositif selon l'invention, ces intervalles sont éloignés de l'anode, de sorte que l'intensité du champ électrique est plus uniformément étalée sur des régions plus larges;:de la grille. Un élément de 20 grille 15 en forme de calotte est placé de façon à être sensiblement à une distance régulière de l'extrémité hémisphérique 13 de l'anode 12. Cette calotte de grille 15 est arrondie comme les anneaux 14 de la grille, mais avec un profil analogue à celui de l'extrémité 13 de l'anode» 25 La grille 23 est seulement à une distance d'envi ron 2,5 «m de l'an°de 12 dans les parties centrales les plus voisines , et à environ 3,8 mm au voisinage des seconds anneaux 24» La:eathode 20 est un émetteur thermoionique h chauffage indirect de grande puissance du type à oxyde0 La ea-30 thode 20 est située derrière un écran 34 de façon à ne pas être en vue directe par rapport à la grille 230 Une ouverture 18 permet la communication entre la région d'émission des électrons de la cathode 20 et la grille 23 quand celle-ci reçoit un signal puisé. La structure de la cathode peut être de n'importe quel ty-35 pe pouvant produire un courant de pointe de 500 A, un courant Moyen d'environ 0,5 A et un courant efficace moyen d'environ 16 A» Ces cathodes spnt d'un type bien connu. La cathode 20 est habituellement entoutée d'un écran métallique pour la dissipation de 6 7 V2 3 0 6 5 2006580 -1-3 ehaleur o Ce type de cathodes est décrit en détail dans "Fundamentals-cf Vacuum Tubes " par Eastman, mcGraiv-Hill 1949. Suivant la mode de réalisation de la -figure 2, une anode 41 traverse l'enveloppe 42 du tube vers l'intérieur de ce-5 lui-cio L'anode 41 a une forme générale cylindrique avec une extrémité hémisphérique 43. Le rayon de la région hémisphérique 43 est égal au rayon de la partie cylindrique de 1'anode0 =■ La grille 44 représentée à plus grande échelle en perspective et en coupe "sur la figure 4 comprend plusieurs enve-10 loppes ou parois annulaires uniformément espacées de l'anode 41. Chaque enveloppe comporte des surfaces arrondies entourant une partie de l'anode. Une enveloppe en calotte 46 se trouve à une distance uniforme de l'extrémité hémisphérique 43 de l'anode avec une courbure correspondanteo Une première* enveloppe ou anneau 47 15 est montée à côté de la calotte® L'anneau 47 entoure coaxiale-- ment l'anode et comporte un bord circulaire 52. d'un diamètre sensiblement égal au bord circulaire 53 de la calotte 46, L'intervalle entre ces deux enveloppes.constitue un passage pour les électrons. Une seconde .enveloppe ou anneau 48 coaxiale autour de l'ano-20 de est connectée à :l'anneau 47, pour former un pont autour du passage pour le's" électrons 0 Des entretoises 49 conductrices maintiennent des distances, fixes-entre l'anneau extérieur-48, le premier -anneau 47 et la calotte .46 » - Il sera noté que chaque-élément de la grille a une 25 forme d'une courbure régulière0 Un .rayon de courbure particulier caractérise le profil de chaque élément.» Le champ électrique résultant de la tension existant entre la surface de forme générale cylindrique d'un conducteur et la surface d'une autre électrode analogue est"H = Vr (1), expression dans laquelle H est-le champ élec-30 trique , V est la tension entre la surface-sphérique et l'autre électrode et r est le-rayon de courbure de la surface.L'équation (1) convient quand les surf aces - ressemblfnt,à..sdes :.parties de sphères.- 5ar-exemple,• une-partie angulaire.aigïïe, se. rapproche d'une "partie d'une très petite sphère,, -Dans . le .ç-as .d'une sphère, le 35 champ électrique localisé peut devenir, bien. supérieur à celui existant dans le cas d'autres -formes^ d'électrodes,, c*est-à-dire des électrodes planes ou-cylindriques o -.Pour 4istribuer l'inten-sité du champ é.lectrique-le long de la.-eurface-,.d'une .électrode, bi -12306 les rayonë de courbure faibles doivent être évités-. Les angles et les Lords «igus , tels qu'ils sont" vus ;d'ûné"él'ëct'rc.'âe , sont nuisibles . Far suite, la région supérieure 50 et la région inférieure 52- du' premier anneau" 47 sont" arrondies 0- De même, •. la calctte 5 46 de" la grille comporte un bord arrondi 53„ "Il êst évicent'que la Valeur de r augmente pour"des bords arrondis par rapport à la valeur çour des bords ou des angles aigus corrës'pondant à des valeurs très faibles de r. D'après l'équation (1), lés champs électriques aux bords arrondis de la grille sont bien'plus- faibles que 10 dans le cas d'une grille ayant des bords ou'des angles" aigus, c'est-à-dire une valeur très faible pour r". Pour des champs électriques de même intensité, un dispositif selon la présente invention peut supporter des tensions bien supérieures à celles supportées par les tubes antérieurs ayant des électrodes à angles 15 aigus 0 .. "' La.partie en chapeau 45 sert à transmettre la tension' des conducteurs d'entrée* 56 et 57 au premier anneau 47 de la grille «De "plus, la superficie importante de la partie en chapeau 45 assure -la dissipation de la chaleur par rayonnement vers 20 l'extérieur de la région anodique.'Une toile métallique cylindrique 58 collecte la chaleur des régions centrales du tube pour la ra'yonner aussi vers l''extérieuri La cathode 51 est identique à celle décrite par rapport à la figure 1» -L'enveloppe -42 du tube comporte une partie d'entrée 25 - 61 pour l'anode'qui ;ést étirée'pour allonger la séparation entre la partie supérieure de l'anode et les électrodes baése 'tension 56, 57," 63, 62 de -l'ex'trémité inférieure "du tube0 L'enveloppe est'allongée-pour la même raison diamétralement à la'partie supé-'' "iïeure 64"du tûbeo • f'c*- - ' 30- - Quand le tube ;est "utilisé la'7tên'si'on devant" être supportée est appliquée à l^ariode 120 La grïlle "est: toaintenue à ' une tensïcn de polarisatidri de valeur 2re±oi;de sorte qÂie1 le gradient de 'tènsîon entre l'anode'et la grille établit un premier champ ''-électrique "intense'-entre l^ahc'ëe et-la"griller Ce champ-'electrique "35 - intense établirait des contraintes - sur les "éléct-fodes'-d-run; tube ' suivant la technique'èntériéure""dans lés régions des bords et des ' angles.Par contre, en raison dès surfaces arrondies non angulaires1 dé f^ânode et"-'dë la 'grille s-ëléh Ta' présente invention, les o n.k.n Z. U V sJ -J U"U 69 12306 7 2006580 contraintes sont distribuées sur des zones larges pour éviter un claquage prématuré à travers le gaz. La proximité entre la grille et l'anode (environ 2,5 mm) d'un tube selon la présente invention permet l'existence 5 d'une couche de gaz faible entre les deux. Par suite, le trajet de décharge à travers le gaz entre la grille et l'anode est court. Quand la décharge a été amorcée , le claquage avalanche complet est assuré dans l'intervalle entre les électrodes en un temps bien plus réduit que dans le cas d'électrodes largement espacées» 10 Pour amorcer le claquage à travers le gaz, une impulsion positive est envoyée à la grille pour élever son potentiel d'une façon appréciable au-dessus du potentiel de la Gathode» Ce potentiel établit entre la région cathodique et la grille un second champ électrique qui relie le second champ au champ électrique existant dé-15 jà entre la grille et l'anode. Les,électrons de la région cathodique suivent les lignes de champs électrique ainsi établies vers la grille , et ils subissent ensuite l'action du premier champ électrique intense qui les force vers la cathode. Quand la grille a reçu l'impulsion, la circulation 20 des électrons 'de: la région de la cathode vers la grille et l'anode établit le claquage ou la conduction du gaz, de sorte que des courants de grande intensité, c'est-à-dire de plusieurs centaines d'ampères, peuvent facilement passer de/a cathode à l'anode» Quand l'amorçage initial est établi, ce qui a lieu environ en 200 nano-25 secondes , le courant est ensuite maintenu à un niveau stable à travers l'anode. La figure 3 représente graphiquement le signal de commande de la grille et le courant cathodique en fonction du temps. Quand la grille reçoit une impulsion positive à l'instant indiqué 30 par la partie 71 de la courbe du signal de la grille, le courant cathodique commence à augmenter rapidement» Le courant cathodique maximal est indiqué par la partie 72 de la courbe de courant. Il doit $tre noté que l'ensemble cathodique peut comporter un réservoir d'hydrogène non représenté. Ces réservoirs 35 sont bien connus et comportent un cylindre en titane ou un élément équivalent qui libère de l'hydrogène quand il est chauffé. L'invention a été décrite ci-dessus en considérant des enveloppes annulaires ayant des profils arrondis en section 12306 2006580 transversale » Cependant, n1importe quelle autre forme de surfaces arrondies continues dont l'une est logée dans l'autre convient pour une combinaison grille-anode selon l'invention. Bien entendu, la description qui précède n*est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sorte de son cadre. 4Ç £ z.z Ou 2006580 REVENDICATIONS 1 . Un tube à décharge dans un gaz pouvant supporter des tensions supérieures au kilovolt caractérise par une enveloppe comportant une partie inférieure et une partie supérieure, 5 une cathode pour courant de grande intensité à l'intérieur de l'enveloppe , une anode longue traversant lâ partie supérieure de l'enveloppe et dépassant vers la partie centrale, cette anode ayant des surfaces régulièrement arrondies dans la partie située à l'intérieur de l'enveloppe, une grille comportant plusieurs élé-10 ments conducteurs avec des surfaces arrondies régulièrement coaxi— alement autour de l'anode, ces enveloppes comportant un élément en calotte, à une distance régulière de l'extrémité de l'anode, une première enveloppe annulaire ûoaxiale autour de l'anode à côté de la calotte mais espacée de celle-ci, les régions périphériques 15 de la calotte et de ce premier anneau ayant sensiblement la même circonférence pour définir un passage pour les électrons à peu près sur tout le toux de ces éléments, une seconde enveloppe annulaire d'une circonférence supérieure à celle de la calotte et du premier anneau, ce second anneau entourant coaxialement l'ano-20 de dans une partie couvrant partiellement le passage pour 16s électrons , et des entretoises conductrices pour maintenir ces enveloppes en alignement axial, ces entretoises étant situées entre le second anneau et les bords voisins de la calotte et du premier anneau à des distances régulières autour des enveloppes, 25 et des conducteurs électriques connectés à l'une des enveloppes de la grille, ces conducteurs s'étendant à l'intérieur du tube pour amorcer celui-ci quand l'anode est portée à un potentiel d'au moins un kilovolt et que le conducteur électrique reçoit une impulsion de tension» 30 2c Le tube£ décharge selon la revendication 1 ca ractérisé en ce que l'anode comporte une partie de forme générale cylindrique et une extrémité hémisphérique d'un rayon sensiblement égal au rayon de la partie cylindrique. 3. Le tube à décharge selon la revendication 35 2 caractérisé en ce que le rayon de la partie cylindri que est supérieur à 5 mm. 4. Le tube à décharge selon la revendication 1 caractérisé par plusieurs éléments annulaires de grille ayant des 69 12306 10 2006580 formes arrondies régulièrement identiques au premier anneau et entourant coaxialement l'anode, espacés du premier anneau et les uns des autres,et plusieurs anneaux identiques au second anneau mais d'une circonférence supérieure à celle des premiers anneaux 5 et couvrant partiellement les bords des premiers anneaux pour établir avec ceux-ci des passages pour les électrons.. 5» Le tube à décharge selon la revendication 1 caractérisé en ce que" le premier anneau a un profil eonvexe en section transversale par rapport à l'anneau. 10 6. Le tube à décharge selon ia revendication 1 caractérisé en ce que le second anneau a un profil concave en section transversale par rapport à l'anneau „ 7o Le tube à décharge selon revendication 1 - caractérisé en ce que la distance la plus faible en-15 tre les enveloppes de la grille et l'anode est approximativement de 2,5 mm0 8. Le tube à décharge selon la revendication 1 caractérisé en ce que la largeur de chaque passage pour les électrons est de l'ordre de 2 mm, 20 9. Le tube à décharge selon la revendication 1 caractérisé en ce que le premier anneau est connecté mécaniquement et électriquement a la calotteo 10o Une structure de grille et d'anode pour un tube à gaz comprenant une enveloppe et une cathode à une extrémi-25 té de l'enveloppe caractérisée par une anode disposée dans une extrémité de l'enveloppe et comportant une surface arrondie régulière continue, et une grille isolée électriquement de l'anode et entourant celle-ci, la grille étant formée par des enveloppes coaxiales espacées mutuellement et comportant €es bords recourbés vers 30 l'extérieur par rapport à l'anode, ces enveloppes espacées définissant des ouvertures et les bords recourbés vers l'extérieur étant plus distants de l'anode que les parties médianes des enveloppes afin que des champs électriques intenses puissent être maintenus entre l'anode et les parties médianes des éléments de la grille 35 jusqu'à l'amorçage du tube, les électrons traversant ensuite ces ouvertures le long des champs, électriques' en ionisant le gaz entre la grille et l'anode»