Brevet FR2007054A1 — publié le 19700102

La présente invention concerne un tube électronique comportant une surface photo-électrique et plus particulièrement un tube électronique comportant une surface photo-électrique activée par un métal alcalin et un procédé pour sa fabrication. Les tubes électroniques comportant une surface photoélectrique sont des tubes convertisseurs d'image tels que les tubes de vision nocture par infrarouge, les tubes renforçateurs d'image et les tubes renforçateurs d'image pour rayons X. Le tube convertisseur d'image comprend une enveloppe sous vide, une surface cathodique photo-électrique formée sur une face d'extrémité de l'enveloppe pour émettre des photo-électrons et des électrodes pour accélérer et focaliser les photo-électrons et un écran luminescent formé sur l'autre face d'extrémité de l'enveloppe pour recevoir les photo-6lectrons. Le tube électronique comportant la surface photo-électrique ci-dessus mentionnée est préparé par un procédé qui consiste à placer les électrodes dans l1enveloppe, à mettre sous vide la dite enveloppe, à former une surface photo-électrique pendant la dite mise sous vide et à sceller le dit tube sous vide. Une telle formation de la surface photo-électrique, pendant l'opération de nise sous vide, est motivée par le fait que la dite surface est très serieurement affectée par la température ambiante et l'atmos père. L'activation de la surface photoZélectrique nécessite des métaux alcalins tels que le césium, le potassium et le sodium, Par exemple une surface photo-électrique à l'antimoine et au césium est préparée en chauffant un générateur d'antimoine, en introduisant la dite vapeur d'antimoine dans une enveloppe pour déposer tout d'aborda un film d'antimoine sur la partie de lenvew loppe, par exemple une face d'extrémité de celle-ci, sur laquelle on cherche à former la surface photo"6lectriquea à chauffer ensui- te un générateur de césium et à introduire la vapeur de césium dans l'enveloppe pour superposer un film de césium sur le film d'antimoine afin d'activer le film d'antimoine.Toutefois l'intro- duction d'une telle vapeur d'un métal alcalin dans ltenveloppe présente, de façon inévitables l'inconvénient que, lorsque la vapeur du métal alcalin est introduite dans la direction de la surface de l'enveloppe où on désire former la surface photo-électriqye la vapeur reaplit tous les coins à l'intérieur de l'enveloppe en raison de la pression de vapeur généralement élevée-du dit métal. En fait le métal alcalin est fixé sur d'autres parties de l'enve- loppe que la surface photo-électrique; par exemple sur les Surfaces de la paroi interne de l'enveloppe, les électrodes et l'écran luminescent. Les développements récents-afin d'accroître l'intensité de la Lumière projetée par l'écran luminescent nécessitent d'appliquer une tension plus élevée entre les électrodes. I1 en résulte que les métaux alcalins qui sont fixés sur la surface de la paroi interne de l'enveloppe et sur les électrodes enfermées dans celle-ci, engendrent des décharges sur toute la surface de l'enve- loppe et des décharges-locales dans le vide et, en conséquence, la revaporisation des métaux alcalins ou l'émission d'étincelles de décharge. De tels aléas ont un effet nuisible sur les débits lumineux recherchés pour l'écran luminescent.Quoique écran lumi- nescent soit muni d'un doublage métallique par exemple en aluminium, le film d'aluminium mince est essentiellement poreux et permet inévitablement aux métaux alcalins de pénétrer par les pores du film jusqu'à l'écran luminescent. Ceci provoque une brillance réduite de l'écran luminescent et l'apparition de taches ou points sur celui-ci avec une dégradation en résultant de la qualité des tubes électroniques. De plus, un tube photo-multiplicateur utilisant des cathodes secondaires présente l'inconvénient que le dépit des métaux alcalins sur la surface d'une cathode secondaire réduit son aptitude à émettre des électrons secondaires et empêche de pr-dlib re des signaux présentant la multiplication de débit recherchée. Un procédé utilisé jusqu'ici dans un tube renforçateur d'image pour rayons X pour éviter le dépit des métaux alcalins par exemple sur l'écran luminescent, consiste à disposer une plaque séparatrice de manière à fermer ltouverture de l'anode entourant l'écran luminescent du caté de la surface photo-électrique afin d'empocher les métaux alcalins qui sont introduits dans ltenve- loppe lors de la formation de la surface photo-électrique, de parvenir sur écran luminescent et ensuite à déplacer par gravité la plaque séparatrice en secouant l'enveloppe pour libérer le trajet de propagation des électrons Le secouement d'une enveloppe tel qu'utilisé dans le procédé ci-dessus mentionné, pour modifier la position de la plaque séparatrice, est très gênant et nécessite de I'habiletg, De plus, le fait dé soumettre l'enveloppe à des seZ cousses présente l'inconvénient d'endommager les parties mécanique, ment faibles des électrodes enfermées dans celle-ci. Même si un tel endommagement ne se produit pas, il en résulte une déformation des électrodes, ce qui perturbe la position relative prédéterminée de celles-ci et détériore les qualités du tube photo-multiplicateur. Avec un tel type de tube, on applique, pendant le fonctionnement, une tension élevée entre les électrodes. Si, en conséquence, une matière etrangère telle que des métaux alcalins, est fixée sur l'électrode, particulièrement sur l'anode, il se produit des décharges entre l'anode et les autres électrodes, par exemple les électrodes de focalisation. Les faisceaux lumineux engendrés à ce moment donnent une brillance inutile à l'écran luminescent. En conséquence, on utilise un procédé qui consiste à imposer pendant la fabrication du tube une tension d'impact ayant une énergie extremement élevée entre l'électrode et les électrodes de focalisation, de manière à obtenir volontairement des décharges pour éliminer par avance les matériaux étrangers fixés sur l'anode. La lumière projetée à ce moment s'accompagne de la libération d'un grand nombre de photoZélectrons depuis la surface photo-électrique, mais les photo-électrons sont arrêtés par la paroi séparatrice et ne parviennent pas sur l'écran luminescent.Cependant, cette paroi séparatrice a jusqu'ici été disposée de manière à couvrir seulement le côté de l'anode faisant face à la surface photo-électrique de sorte que la décharge ci-dessus mentionnée se produit principalement entre la plaque séparatrice et l'électrode de focalisation. En conséquence, il existe une très grande probabilité pour que le matériau étranger fixé sur l'anode qui risque de poser un grand nombre de problèmes pendant le fonctionnement, ne puisse être com piétement éliminé. En conséquence, un objet de la présente invention est de réaliser un tube électronique dans lequel le métal alcalin utilisé pour former la surface photo-électrique ne peut en aucune manière se déposer sur d'autres parties se trouvant dans l'enveloppe à vide et de proposer un procédé pour fabriquer celui-ci. L'objet est atteint en disposant dans l'enveloppe à vide un mécanisme à volet pour séparer la surface photo-électrique des autres parties se trouvant dans l'enveloppe au moment de la formation- de'la dite surface. Un autre objet de la présente invention est de fournir un tube électronique qui élimine la nécessité de soumettre Iten veloppe à vide à un secouement inutile pour ouvrir le mécanisme à volet après formation de la surface photo-électrique et un procédé pour fabriquer celui-ci. Le but recherché est atteint en munissant le mécanisme à volet, en vue de son ouverture, dtun moyen solidarisant temporairement ensemble les éléments respectifs du dit mécanisme à volet et en faisant fondre ensuite le dit moyen par application d'une énergie externe telle que la lumière ou 1' électricité. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un mode de réalisation faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: Fig. 1 est une vue en coupe d'un tube renforçateur d' image pour rayons X constituant un mode de réalisation de la présente invention; Fig. 2 est une vue fragmentaire agrandie du tube multiplicateur de figure 1 avec arrachement partiel pour montrer les détails; Figs 3 et 4 sont des vues en plan agrandies d'un mode de réalisation réel du mécanisme à volet de figure 2, figure 3 représentant le volet à l'état fermé et figure 4 le volet à l'état ouvert) Fig. 5 est une vue en plan agrandie d'un autre mode de réalisation du dit volet, et Fig. 6 est une vue en plan agrandie d'un autre mode de réalisation supplémentaire du dit volet. En se référant à la figure 1, le tube multiplicateur comprend une enveloppe cylindrique sous vide 1 réalisée en verre, Dans l'enveloppe est disposé, au moyen dtun cadre support 4 un écran d'entrée 3 de manière que celui-ci se trouve en face et à une faible distance d'une extrémité fermée 2 de l'enveloppe. L' écran d'entrée 3 et le cadre support 4 peuvent Qtre du type connu. Par exemple, l'écran d'entrée 3 peut être constitué par une plaque support transparente 5 réalisée par une membrane de verre mince de 0,1 à 0,2 mm d'épaisseur, un écran luminescent d'entrée 6 t par exemple un film d'argent activé au sulfure de zinc) formé, par exemple, par dépôt sur la face externe de la plaque support 5 à travers laquelle sont introduits les rayons X et projetant une lu mière fluorescente lors de ltexposition aux rayons X et un film cathodique photo-électrique 7 déposé sur la surface interne de la plaque support 5 et comprenant par exemple un système à llantimoi- ne-césium.Le film photo-electrique 7 est préparé par les mimes stades successifs que dans le procédé de l'art antérieur, à savoir en déposant tout d'abord unfilm mince d'antimoine sur la plaque support 5 avec l'enveloppe 1 sous vide et en superposant ensuite un film de césium, un métal alcalin, sur le dit film d'antimoine avec le mécanisme à volet décrit ciZaprès fermée Sur toute la pa roi interne de la surface de l'enveloppe 1 est déposé sous vide, par exemple, de l'aluminium, pour former une électrode de focalisation cylindrique 8. A autre extrémité fermée de l'enveloppe 1 est positionnée une saillie cylindrique 9 s'étendant vers l'tinté rieur. Sur la saillie 9 est formé l'écran de sortie 10 décrit ciw après.Sur la surface périphérique externe de la saillie 9 est fixée la partie inférieure de ltélectrode anode cylindrique 11. Au voisinage de la partie avant de l'écran de sortie de débit 10 est positionné un mécanisme à volet 12. La figure 2 est une vue fragmentaire agrandie de l'écran de sortie 10. Sur la surface supérieure 13 se trouvant vers térieur de la saillie 9 réalisée dans une partie de 1lextrémité de l'enveloppe 1 est positionné l'écran de sortie 10. Cet écran de sortie 10 comprend un film en un matériau fluorescent, par exemple du sulfure de zinc et cadmium activé à l'argent déposé sur une face d'une plaque support en verre transparent 14 qui fait face à l'écran d'entrée 3 de manière à former un film fluorescent 15 un doublage métallique de la couche fluorescente de sortie 16 constitué par un film d'aluminium monté sur le film fluorescent 15 et deux cadres de maintien 18 pour presser la couche-fluorescente de sortie sur ses deux faces, chacun des dits cadres de maintien 18 comportant une ouverture centrale 17. L'ouverture 17 a une di- mension égale à la région efficace (partie effectivement utilisée) de la couche fluorescente. Le mécanisme de volet 12 est superposé à l'écran de sortie 10 et maintenu rigidement entre la surface supérieure 13 de la saillie 9 ci-dessus mentionnée et la partie en gradin 19 de la paroi interne de l'anode 11. L'anode 11 s'adapte de façon étroite sur la paroi périphérique de la saillie 9 au moyen d'un ressort à lame cylindrique 20 constitué par un matériau élastique plissé en forme de ruban mis sous forme annulaire. Les figures 3 et 4 représentent le mécanisme à volet 12 et son mode de fonctionnement, le mécanisme étant vu depuis: le co- té de écran de sortie 10. Le mécanisme à volet 12 comprend une plaque support 22 pour ltélément de volet, plaque en forme de disque comportant une saillie cylindrique à sa partie périphérique et une ouverture centrale circulaire 21, au droit de la région efficace de l'écran de sortie, et une paire d'éléments de volet en segments 23 positionnés sur le côté de la plaque support faisant face à écran de sortie L1une des extrémités du bord diamétral des éléments de volet en forme de segments 23 est montée pivotante, par des broches 24 noyées dans la plaque support, et les autres extrémités des dits éléments de volet 23 peuvent osciller sur la plaque support autour des broches comme axes. Lorsqu'ils sont ac colés les éléments de volet en segments ferment complètement 1' ouverture 21 de la plaque support 22 De plus2 les éléments de volet en segments 23 sont sollicités à 11ouverturea à savoir pour libérer l'ouverture 21, par un ressort 26 dont la partie centrale est enroulée autour d'une tige support 25 faisant saillie sur la plaque support, au voisinage des broches d'articulation 24.Pendant la fabrication d'un tube électronique, les extrémités oscillantes des éléments en segments du mécanisme à volet 12 sont solidarisées temporairement par un fil de liaison 27 comme représenté dans la figure 3 à savoir de manière à assurer la fermeture de l'ouvertu- re 21 de la plaque support 22. Le mécanisme de volet 12 est mis en place dans l'enveloppe 1 en se trouvant en cet état et, pendant que l'enveloppe est sous vide, on réalise la surface photo-électri que par le procédé connu qui consiste à introduire des métaux alcalins.Après scellement de lgenveloppe et achèvement des autres opérations ultérieures nécessaires, le fil de jonction 27 ci-dessus mentionné qui solidarisait jusqu'à ce moment les éléments de volet en forme de segments est fondu pour amener les dits éléments de volet à s'ouvrir sous l'effet de la force de l'élément élastique 26 de manière à libérer l'ouverture 21 de la plaque support 22. Conformément à la présente invention, la fusion du fil de jonction 27 est effectuée en appliquant depuis l'extérieur des rayons laser sur celui-ci par les ouvertures 28 des plaques d'assemblage 18 de l'écran luminescent perforées de manière que le fil de jonction 27 soit visible depuis l'extérieur de l'écran de sortie 10. Si, dans ce cas, le mécanisme à volet 12 utilisé dans le tube multiplicateur d'image pour rayons X du type connu comporte un fil de jonction constitué par du titane, on utilise les rayons d'un laser à rubis qui présente un débit de 2 joules et une largeur d'impulsion de 1X0 à 1w5 m/s. Pour collecter ces rayons laser, on utilise une lentille de focalisation dont la distance focale est de 40 mm.Si les matériaux de la plaque support de volet, du corps du volet et du fil de jonction sont choisis de façon convenable, la fusion du dit fil de jonction peut être assurée simplement par un chauffage électrique ou par un chauffage par induction haute fréquence. De plus, si le fil de jonction est constitué par un matériau ayant une action de dégazage par exemple du titane ou du tantale, on bénéficie de l'avantage considérable d'obtenir un haut degré de vi de dans l'enveloppe. Si l'un ou autre des éléments de volet 23 est muni d'une bande écran supplémentaire 29, l'effet de blindage sera de toute évidence amélioré. Les figures 5 et 6 représentent des mécanismes à volet constituant d'autres modes de réalisation de la présente invention. Le mécanisme à volet de la figure 5 comprend un élément de volet 23 réalisé par un disque unique. La fusion d'un fil de jonction 27 solidarisant ltélément de volet 23 et la plaque support du vo- let en forme de disque 22, amène le dit élément de volet unique 23 à basculer dans une direction sous l'action d'un ressort 26 pour libérer l'ouverture de la dite plaque support 22. Le mécanisme à volet de la figure 6 comprend trois éléments de volet 23 espacés l'un de l'autre d'un intervalle de 120 . Ces éléments de volet 23 sont solidarisés ensemble par trois fils de jonction 27. La fusion de ces fils 27 amène les éléments de volet 23 à s'ouvrir vers 1' extérieur sous l'action des ressorts correspondants 26 pour libérer l'ouverture 21 de la plaque support 22.Ainsi se trouve formé un passage pour les photo-électrons émis depuis la surface photoélectrique 7. Comme cela est évident d'après la description des modes de réalisation précédents, la présente invention consiste à disposer un mécanisme à volet au voisinage de l'écran de sortie enfermé dans l'anode en maintenant le mécanisme à volet fermé pendant la fabrication du tube électronique, en solidarisant les éléments de volet par un fil de jonction et, après achèvement de la fabrication de l'enveloppe, à éliminer par fusion le dit fil de jonction pour amener les dits éléments de volet à s'ouvrir vers ltextérieur sous l'action d'un élément élastique. En conséquence, le procédé de fabrication de la présente invention ne se heurte pas aux différents inconvénients rencontrés avec le procédé conventionnel qui consiste à déplacer une paroi séparatrice dans une position convenable en secouant l'enveloppe.De plus, le fait que l'on empêche le dépit des métaux alcalins sur l'écran luminescent de sortie permet à cette dernière surface de présenter une inten sité lumineuse élevée et de donner des images excellentes. De plus, l'élimination complète de tous éléments étrangers, tels que les métaux alcalins, fixés sur l'anode,réduit l'apparition des déchar- ges accidentelles pendant le fonctionnement du tube électronique. Jusqu'ici, on a décrit un tube renforçateur d'image pour rayons X conforme à la présente invention et plus particulièrement le cas où le mécanisme à volet était positionné immédiatement devant l'écran luminescent. La raison en est qu'avec ce tube renfor vapeur, le dépôt des métaux alcalins sur l'écran luminescent présente un inconvénient plus grand que lorsqu'ils sont fixés sur les autres parties du tube, par exemple sur les électrodes enfermées dans celui-ci ou sur les parois du tube. I1 est évident que, dans le cadre de la présente invention, il est possible de placer le mécanisme à volet entre la surface photo-électrique et les élecZ trodes afin d'éviter le dépôt de métaux alcalins sur l'écran luminescent et les autres parties se trouvant dans l'enveloppe telles que les électrodes. En particulier, avec un tube renforçateur dt image, le dépôt des métaux alcalins sur une cathode secondaire a un effet extremement désastreux sur le fonctionnement du dit tube. Dans ce cas, en conséquence, il est souhaitable que le mécanisme à volet soit positionné immédiatement derrière la surface photoélectrique ou en avant de la cathode secondaire. Comme on le voit d'après l'explication qui précède, les parties d'un tubé électronique conforme à la présente invention qui doivent être mises à 1' abri d'un dépôt de métaux alcalins, varient avec le dit tube mais en général ce sont les parties qui détérioreraient sérieusement les propriétés du tube électronique si elles étaient contaminées par des métaux alcalins, R E V E N D I C A T I O N S 1.- Un tube électronique comportant une surface photoélectrique comprenant une enveloppe sous vide, une surface photoélectrique disposée dans ltenveloppe et contenant au moins des métaux alcalins et un mécanisme à volet positionné dans l'enveloppe de manière à empêcher les métaux alcalins d'être déposés sur des parties de l'enveloppe, autres que la surface photo-électrique, oii un tel- dépôt est inutile, lorsque la dite surface est réalisée en introduisant des métaux alcalins dans ltenveloppe, caractérisé en ce que le mécanisme à volet comporte un moyen qui est éliminé par fusion en lui appliquant une énergie, depuis l1extérieur de la dite enveloppe, de manière à amener le mécanisme à s'ouvrir après la formation de la surface photo-électrique avec les métaux alca linos. 2.- Un tube électronique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le mécanisme à volet comprend un élément de plaque perforé par une ouverture centrale, un élément de volet monté sur le dit élément de plaque et susceptible de libérer et de fermer la dite ouverture et un moyen qui est éliminé par fusion en appliquant une énergie depuis l'extérieur de l'enveloppe de manière à amener le mécanisme à s'ouvrir après la formation de la surface photo-electrique avec les métaux alcalins. 3." Un tube électronique selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le moyen de jonction est constitué par un matériau capable d'être fondu à l'aide de rayons laser émis depuis l'extérieur de l'enveloppe. 4.- Un tube électronique selon les revendications 1 2 ou 3 caractérisé en ce que le moyen de jonction est réalisé en un matériau ayant un effet de dégazage. So Un procédé pour fabriquer un tube électronique comportant une surface photo-électrique qui consiste à préparer une enveloppe sous vide recevant un mécanisme à volet, à introduire des métaux alcalins dans l'enveloppe pour former la surface photoélectrique avec le mécanisme à volet fermé de manière que les métaux alcalins ne soient pas fixés sur les parties de ltenveloppe où leur dépôt ntest pas nécessaire et, après formation de la surface photo-électrique, à ouvrir le mécanisme à volet, caractérisé en ce qu'il comporte de plus un stade qui consiste à monter au préalable le mécanisme à volet comportant des moyens pour maintenir fermé le dit mécanisme à volet et à assurer l'ouverture du méca nisme à volet par fusion des dits moyens par application d'énergie depuis l'extérieur de ltenveloppe. 6o Un procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que le stade de fusion du moyen de jonction est effectué en ap- pliquant des rayons laser depuis l'extérieur de ltenveloppe de manière à les focaliser sur le moyen de jonction.