Brevet FR2009195A1 — publié le 19700130

-1- 2009195 La présente invention se rapporte à des électrodes, et plus particulièrement à des électrodes destinées à être utilisées comme cathodes dans des accélérateurs de particule , telles que par exemple comme sources de faisceau d'électrons. 5 Suivant la présente invention, une électrode comprend une âme intérieure en une matière conductrice de la chaleur, laquelle est disposée dans un manchon extérieur réalisé en une matière de conductivité thermique inférieure à celle de l'âme, l'âme comportant un canal pour l'écoulement d'un réfrigérant„ et un évi~ 10 dement destiné à recevoir un élément rapporté amovible en une matière de conductivité thermique supérieure à celle du manchon extérieur, l'élément rapporté peut être maintenu dans l'évidement par un capuchon muni d'une ouverture. A volonté, l'âme intérieure peut être pourvue d'un moyen ser-15 vant à chauffer sélectivement la partie de l'âme qui se trouve au voisinage de l'élément rapporté. De préférence, l'âme intérieure est en cuivre, et le capu«hc.r. et le manchon extérieur sont en acier inoxydable. A volonté, l'é- uîl lément rapporte peut être en aluminium ou en/alliage d'alunîiniua, 20 D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre faite en regard des dessins annexés qui donnent à titre explicatif, mais nullement limitatif deux formes de réalisation conformes à l'invention. 25 Sur ces dessins, la figure 1 est une coupe à travers une première forme de cathode selon la présente invention, et la figure 2 est une coupe à travers une autre forme de cathode selon l'invention. 30 Dans la description qui va suivre,et sur les dessins annexés, les cathodes indiquées sont destinées à être utilisées dans des dispositif servant à produire un faisceau d'électrons, lesquels sont du type comprenant une chambre, une anode, dont au moins une partie est disposée à l'intérieur de la chambre ou fait partie 35 de celle-ci, et une cathode. Lorsque le dispositif .fonctionne, la chambre est mise au vide, et un gaz approprié, tel que par exemple de l'hélium, de l'argon ou de l'oxygène, est admis à l'intérieur de la chambre et y est maintenu à une pression prédé- BAD ORIG»NaL 69 16724 -2- 2009195 terminée. Un potentiel de fonctionnement approprié est appliqué à l'anode et à la cathode pour faire ioniser le gaz qui entoure la cathode t ce qui a pour résultat quo^q/cathod^èst bombardée par les ions et 5 les électrons qui sont émis de la cathode. Une ferme de dispositif produisant un faisceau d'électrons est décrite dans le brevet britannique IIe 1.145.013. . En se reportant à la figure 1, la cathode 1 comprend -une âme intérieure en cuivre 2, sensiblement cylindrique, comportant un 10 alésage borgne 3 et une chambre annulaire 4 destinée au passage de l'air de refroidissement provenant d*"un orifice d'admission d'air 5. L'air de refroidissement est pompé dans l'orifice d'admission 5 par un moyen de pompage (non représenté) et il refroidit l'âme intérieure 2. La chambre annulaire 4 permet un plus 15 grand refroidissement de l'âme intérieure 2, dans la région de la chambre annulaire dans la région de l'extrémité borgne de l'alésage 3, Un manchon tabulaire extérieur en acier inoxydable 6 est fixé è mie première extrémité de l'âme intérieure 2. Une plaque.d5extrémité 7 qui peut être en laiton, est fixée par des 20 vis 8 au manchon extérieur 6„ La plaque d3extrémité 7 porte l1orifice dsadmission 5 de l'air, un tube 9 de sortie de l'air qui s:étend coaxialement par rapport à l'alésage 3 de l'âme intérieure 2, et la plaque d'extrémité 7 comporte une saillie annulaire 10 qui forme avec la chambre annulaire 4 un intervalle 11» 25 à travers lequel l'air qui provient de la chambre annulaire 4 s'écoule vers l'alésage 3 de l!âme intérieure 2. L'autre extrémité de l'âme intérieure 2 est pourvue d'un évidement 12 qui est destiné à recevoir un élément rapporté en aluminium,amovible,13. L'élément rapporté en aluminium 13 est maintenu dans 1'évidement 30 12 par un capuchon taraudé 14 qui est vissé sur une partie filetée de l'âme intérieure 2. Le capuchon 14 est pourvu d'une ouverture 15 à travers laquelle les ions passent pour bombarder l'élément rapporté 13 lorsque le dispositif produisant le faisceau d'électrons est en fonctionnement. 35 Le diamètre de l'âme intérieur 2 est réduit sur yne partie de sa longueur pour assurer qu'il existe un intervalle entre une partie du manchon extérieur et une partie de l*âme intérieure, afin • -■ '*''q RAD ORIGINAL 69 16724 -3- 2009195 de réduire la transmission de la chaleur de l'âme intérieure 2 vers le manchon extérieur 6. l'âme 2 comporte une découpe inférieure 16 servant à réduire la conduction de la chaleur depuis la région de l'âme intérieure 2 qui se trouve au voisinage de 5 l'élément rapporté 13, vers la manchon extérieur 6 pour assurer que l'écoulement de la chaleur s'effectue au-voisinage de l'alésage 3 de l'âme intérieure 2, et que de ce fait la chaleur est dissipée d'une manière plus efficace sur le réfrigérant. Le diamètre du manchon extérieur 6 est réduit sur une partie 10 de sa longueur de façon à permettre d'introduire la cathode 1 dans l'alésage d'un tube isolant en verre 17 tout en maintenant un petit intervalle entre l'âme intérieur 2 et le tube isolant 17. Il est préférable, pour faire fonctionner le dispositf produisant le faisceau d'électron, de dissiper la chaleur avant 15 qu'elle n'atteigne le manchon extérieur 6 car toute dilatation du manchon extérieur 6 peut conduire à une rupture du tube isolant 17. On voit que la réalisation d'un évidement 16 découpé par dessous, de l'intervalle formé entre l'âme intérieur 2 et le manchon extérieur 6, et de l'intervalle entre l'âme intérieure 20 2 et le tube isolant 17, ainsi que le passage de l'air de refroidissement à travers le canal annulaire 4 et l'alésage 3 de l'âme intérieure 2, permettent de réduire la conduction de la chaleur de l'âme intérieure 2 vers le manchon extérieur 6. Le tube isolant 17 présente une structure commode permettant 25 de fixer la cathode 1 à une autre structure 18 qui fait partie du dispositif produisant le faisceau d'électrons. . Des joints 19 et 20 sont prévus pour recouvrir le joint situé entre le manchon externe 6 et le tube isolant 17 et le joint situé entre le tube isolant 17 et l'autre structure 18 du dis-30 positif engendrant le faisceau électronique. En se reportant à la figure 2, la cathode 21 comporte une âme intérieure 22 à peu près cylindrique, en une matière extrêmement conductrice de la chaleur, telle que par exemple du cuivre, comportant un évidement 23 destiné à recevoir un élément rapporté 35 amovible en aluminium 24. L'âme intérieure 22 est fixée dans l'alésage du manchon 25 en acier inoxydable à une première extrémité de ce dernier et elle comporte une partie de diamètre réduit. 69 16724 2009195 de façon à former un intervalle entre l'âme intérieure 22 et le manchon 25» sur une partie de la longueur de l'âme intérieure 22. Un alésage central 26 de l'âme intérieure 22 communique avec des ouvertures 27 qui s'étendent radialement. 5 Le manchon 25 est pourvu d'une partie filetée à son extrémité ©st qui/voisine de l'â©e intérieure 22 et sur laquelle se visse un capuchon taraudé 28. Le capuchon 28 maintient l'élément taraudé 24 dans 1'évidement 23, et il est pourvu d'une ouverture 29 . L'autre extrémité du manchon 25, c'est-à-dire l'extrémité qui 10 est la plus éloignée de l'âme intérieure 22 est fraisée et porte fixée sur elle une plaque d'extrémité 30. La plaque d'extrémité 30 porte des orifices d'admission 31 et 32 pour l'air, un orifice de sortie d'air 33 et elle est pourvue d'une saillie annu]aire 34, qui, avec le fraisage 35, forme un canal annulair^6. L'orifice 15 d'admission 32 de l'air est allongé par un tube 37 qui est introduit dans l'alésage central 26 de l'âme intérieure 22. L'orifice de sortie 33 pour l'air est allongé dans l'alésage du manchon 25 par un tube 38* Le diamètre extérieur du manchon 25 est réduit sur une partie de sa longueur de façon à s'ajuster dans l'alésage 20 d'un tube isolant en verre 39. Ce diamètre est encore réduit afin de recevoir un second manchon tubulaire 40 qui est fixé au manchon 25 à une première extrémité par des vis 41 ( dont l'une d'entre ellegfest représentée). Le manchon 40 est disposé de telle sorte qu'il existe un petit intervalle entre lui et le 25 manchon 25, du fait de la réduction du diamètre extérieur du manchon 25 sur une partie de sa longueur, suivant un diamètre qui est inférieur au diamètre de l'alésage du manchon 40. Un évidement découpé par dessous 42 est formé dans le manchon 25, de façon à réduire la conduction de la chaleur de l'élément rap-30 porté 25 à travers l'âme intérieur 22 et à travers le/mlêcêon^U 25 se trouvant au voisinage de l'âme intérieure 22, jusqu'à la région du manchon 25 qui est en contact avec le tube isolant en verre 39. L'évidement 36 assure également que l'écoulement de la chaleur s'effectue au voisinage du canal annulaire 36 pour 35 l'air et de l'alésage de l'arbre intérieure 22, ce qui permet de la disperser d'une façon plus efficace. Le manchon 40 est en acier inoxydable, et il est espacé du 69 16724 -5- 2009195 tube isolant en verre 39 de façon à former-un écran contre la chaleur pour le tube isolant 39. l'intervalle entre la cathode 21 et le tube isolant 39 doit être maintenu petit, sino^ùn champ électrique intense s'établit dans l'intervalle, et des arcs s'a-5 morcent. le tube isolant 39, forme une structure commode permettant de fixer la cathode 21 à une autre structure 43 qui fait partie du dispositif produisant le faisceau d'électrons. Des joints 44 et 45 servent à recouvrir le joint entre le tube isolant 10 30 et le manchon 25 , ainsi que le joint entre le tube isolant 39 et l'autre structure 43 du dispositif produisant le faisceau d'électrons. Pour faire fonctionner le dispositif produisant le faisceau d'électrons, on applique un potentiel électrique approprié à la 15 cathode et à l'anode, ce qui se traduit par le bombardement de la cathode par des ions qui font émettre des électrons de la cathode, l'élément rapporté et la région de la cathode qui se trouve au voisinage de l'élément rapporté se trouvent chauffés et si on ne les refroidit pas, ils se dilatent finalement et 20 font briser le tube isolant 39. De l'air de refroidissement admis par l'orifice d'admission 31 s'écoule à travers l'alésage du manchon 25 et sort .par l'orifice de sortie 33 en traversant le tube 38. lorsqu'on désire refroidir l'âme intérieure 22, on admet de l'air à travers l'orifice d'admission 32, et il s'écoule à 25 travers l'alésage 26 et les ouvertures 27 de l'âme .intérieure 22 en sortant par l'orifice de sortie 33 par le tube 38. A volonté, un dispositif de chauffage (non représenté) peut être disposé autour de la partie de diamètre réduit de l'âme intérieure 22 pour élever initialement la température de l'âme 30 intérieure à une valeur prédéterminée, par exemple comprise entre 200°C. et 300°0. Dans ce cas, l'air de refroidissement provenant de l'orifice d'admission 28 est réglé de façon à permettre d'élever initialement la température de l'âme intérieure 22, mais de manière à empêcher de surchauffer l'âme intérieure et 35 de ce fait le manchon 25 après le stade initial d'échauffement. Le dispositif de chauffage peut être coupé après le stade de chauffage initial. 69 16724 -6- 2009195 On peut introduire un thermocouple (non représenté) dans l'ouverture borgne 46 de façon à pouvoir contrôler la température de l'âme intérieure 22 et/ou on peut introduire un thermostat (non représenté) dans l'ouverture borgne 46, de façon à couper 5 automatiquement le dispositif de chauffage. Les ouvertures formées sur les capuchons 14 et 28 sont proportionnées de façon à mettre en forme le champ électrique proche, et de ce fait, modifier le trajet parcouru par les électrons qui sont émis. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et 10 représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 15 69 16724 -7- 2009195 KB VEITOICATI PUS 1. Electrode caractérisée en ce qu'elle comprend une âme intérieure en matière conductrice de la chaleur disposée dans un manchoijèn une matière de conductivité thermique inférieure à celle 5 de l'âme, l'âme présentant un canal destiné à l'écoulement d'un réfrigérant, et comportant un évidement destiné à recevoir un élément rapporté amovible en une matière de conductivité thermique supérieure à celle du manchon extérieur. 2. Electrode suivant la revendication 1, caractérisée en ce s si} 10 que l'élément rapporté/ maintenu dans 1'évidement par un capuchon muni d'une ouverture. 3. Electrode suivant la revendication 1, caractérisée en ce que des moyens de chauffage servent à chauffer sélectivement .au voisinage une partie de l'âme/ae l'élément rapporte. 15 4. Electrode suivant l'une des revendications 1 et 2, carac térisée en ce que l'âme intérieure est en cuivre. 5. Electrode suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le manchon est en acier inoxydable* 6. Electrode suivant l'une des revendications 1 à 5, carac- 20 térisée en ce que l'élément rapporté est en l'une des matières suivantes : aluminium, alliage d'aluminium. 7. Electrode suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'âme intérieure est pourvue d'un alésage central, destiné au passage d'un réfrigérant, l'âne étant évidée 25 de telle sorte que le trajet d'écoulement de la cha-leur par conduction est concentré au voisinage d'une partie de l'alésage central. 8. Electrode suivant la revendication 3, caractérisée en ce qu'un thermostat sert à régler le fonctionnement du moyen de 30 chauffage. 9. Electrode suivant l'une des revendications de 1 à 8, caractérisée en ce que l'âme est cylindrique, le diamètre extérieur de l'âme étant réduit sur une partie de sa longueur pour former un intervalle entre une partie du manchon et l'âme. 35 10. Electrode suivant l'une des revendications de 1 à 9, caractérisée en ce que l'âme est disposée à une première extrémité* du manchon. 69 16724 2009195 11. Electrode suivant la revendication 8, caractérisée en ce que le manchon est évidé de sorte que le trajet d'écoulement de la chaleur par conduction est concentré au voisinage de l'alésage du manchon. 5 12. Electrode suivant la revendication 11, caractérisée en ce que le manchon constitue un premier manchon et comporte une partie extérieure destinée-à être disposée dans l'alésage d'un second manchon, le diamètre, extérieur du premier manchon étant réduit sur une partie de sa longueur pour ménager un intervalle 10 entre le premier et le second manchons. 13. Electrode suivant la revendication 7, caractérisée en ce que l'électrode est supportée par un élément isolant fixé directement ou indirectement sur l'âme, sur le côté de 1'évidement qui est éloigné de l'élément rapporté. 15 14. Electrode suivant la revendication 11, caractérisée en ce que l'électrode est supportée par un élément isolant, fixé directement ou indirectement sur le manchon sur le côté de 1'évidement qui est éloigné de l'élément rapporté. 15. Electrode suivant l'une des revendications 1 à 14» carac-20 térisée en ce qu'un conduit d'admission et un conduit de sortie communiquent avec ledit canal.