Brevet FR2125357A1 — publié le 19720929

L'invention concerne une cathode dont l'élément assurant l'émission d'électrons thermiques est chauffé par le passage d'un courant électrique. De telles cathodes comportent un élément d'émis-5 sion, de préférence formé par un fil ou une bande en tungstène ou un matériau correspondant à haut point de fusion, qui, sous l'effet d'un courant électrique peut être chauffé à une température tellement élevée qu'il se produit une émission d'électrons. Ces cathodes dites chauffées directement sont utilisées généra-10 lement dans les microscopes électroniques, dans des appareils de traitement par rayonnement électronique, etc..., et ont l'avantage de résister assez convenablement à l'influence de gaz résiduels et de pouvoir être également après l'emploi, soumises à l'atmosphère sans que de ce fait, les propriétés d'émission 1" soient influencées défavorablement. L'invention a pour but de fournir une cathode appartenant au genre mentionné dans le préambule et dans laquelle par une. répartition de chaleur favorable, une forte densité de courant d'émission est possible à la surface émissive qui, en 20 outre, est limitée constructivement. A cet effet, une cathode du genre mentionné dans le préambule est remarquable en ce que l'élément d'émission de la cathode comporte un, évidement qui réduit la section transversale disponible pour le passage du courant destiné à l'élément, - • 25 Du fait que dans la cathode conforme à 11 invention l'élément d'émission présente à l'endroit de l'évidement une section transversale qui est plus faible que celle des parties voisines, la température du fil devient, à l'endroit de 1'évidement, plus élevée que dans les parties voisines. Du fait que la surface 30 de la partie d'élément d'émission correspondant à 1'évidement fournit par radiation une quantité de chaleur moindre que celle fournie par la surface de l'autre partie d' élément, il se produit un accroissement de la différence entre les températures de 1'évidement et des parties voisines. Par conséquent, une forte 3" émission est possible dans 1'évidement sans que cela donne lieu à une émission d'électrons par les bords de 1'évidement et du reste de la surface de l'élément d'émission. De ce fait, le bord de 1'évidement limite ainsi la surface émissive de l'élément d' émission. 4q La description suivante, en regard du dessin an 72 04480 2 2125357 nexé, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1a est une vue en élévation d'un élémerfc d'émission conforme à l'invention, muni d'un évidement et réali-5 sé sous la forme d'un fil cylindrique. La figure 1b est une coupe axiale de l'élément représenté sur la figure 1. La figure 1c est une coupe transversale suivant le plan Ic-Ic sur la figure 1a. 10 La figure 2 represente un ensemble cathode-grille équipé d'un élément d'émission conforme à l'invention. Sur les figures 1a , 1b et 1c, il s'agit d'un fil cylindrique 1, par exemple en tungstène et présentant un diamètre de par exemple 200 microns. La section du fil ne doit pas 15 être nécessairement circulaire, mais peut tout aussi bien être rectangulaire, par exemple. Le matériau formant le fil peut être une substance autre que le tungstène, par exemple" le titane, le bore} le lanthane, ou un autre matériau connu utilisé ci pour des cathodes chauffées directement. Le fil 1 présente un évidement 20 2 à bord 3 et à surface limite h. A la surface du fil 1, 1'évidement 2 a une dimension transversale de par exemple 125 microns et, par rapport à cette surface, une profondeur de par exemple 125 microns également. Les flèches 5 et 6 indiquent le sens de passage d'un courant appelé à chauffer le fil 1. 25 Sur la figure 1b, le fil 1 est observé de la di rection suivant laquelle une grille de commande est à élaborer dans le voisinage du fil. Dans l'exemple, le bord 3 de 1'évidemerfc est donc circulaire, mais il est possible aussi d'utiliser des évidemenits limités par exemple par une ellipse. La région 4,c'esij-30 à-dire la surface dans 1'évidement 2, fait maintenant office de surface émissive, tandis que pendant l'émission, le reste 7 de la surface du fil garde une température inférieure à la température d'émission. Sur la figure 1c, qui est une coupe transversale 3 e- 8 du fil 1 à travers le centre de 1 ' évidement, la section 9 normalement disponible pour le passage du courant a été réduite de la surface 10 de cet évidement. Du fait que pendant le fonctionne ment, la surface k dans 1'évidement acquiert une température plus élevée que le reste 7 de la surface, 1'évidement devient de 40 plus en plus grand sous l'effet de 1'évaporation de matériau, et 72 04480 3 2125357 est, après un certain temps, limité par exemple par la ligne 11 en pointillé. La surface 9> disponible pour le passage du courant^ diminue ainsi davantage, de sorte que pour une même intensité du courant la température ainsi que l'émission d'électrons augmentent. Du fait de l'agrandissement de 1'évidement et donc de la surface limitant cet évidement, également la surface contribuant à l'émission, augmente et(dece fait^1'émission totale lorsque la température reste constante. Inversement, l'intensité du courant de chauffage peut donc être réduite après une certaine durée de fonctionnement. Or, pour une cathode connue de ce genre la surface émissive devient juste plus faible par 1'évaporation ayant lieu de toutes part sur le fil, alors que pour garantir une émission d'électrons constante, le température du fil doit être augmentée, ce qui à son tour cause de nouveau une évaporation plus rapide. Du fait que dans la cathode confoiE à l'invention, une évaporation de quelque importance n'a lieu que dans 1'évidement et non pas sur la surface entière du fil comme c'est le cas des cathodes connues, la quantité de matériau dispersé dans l'appareil auquel la cathode est associée est donc beaucoup plus faible. De ce fait, les appareils équipés d'une cathode conforme à 1' invention s'encrassent moins fortement, ce qui à son tour conduit à un fonctionnement fiable de longue durée. Du fait que les parties de fil situées à côté de 1'évidement ne s'évaporent pas, le fil est positionné de manière plus stable. Lorsque la cathode est utilisée dans un appareil à faisceau électronique, le bord de 1'évidement doit être centré convenablement par rapport à une ouverture d'une grille de commande. C'est pourquoi il peut être favorable que lors de l'élaboration de 1'évidement, la grille de commande soit utilisée comme élément de commande. Pour ce faire, une solution pratique est d'élaborer 1'évidement à travers l'ouverture de la grille de commande. Ceci peut être réalisé de manière simple lors de la mise en oeuvre des nombreux procédés permettant l'élaboration de 1'évidement, de tels procédés étant par exemple l'érosion par étincelage, le traitement par rayons électroniques, le photodécapage, etc...La cathode et la grille forment alors un ensemble pouvant être incorporé dans des appareils. Ce procédé de l'élaboration de 1'évidement dans le fil est particulièrement avantageux lorsque les perforations de la grille ne sont pas à symétrie de révolution et que du point de vue électronique optique, 72 04480 4 2125357 la surface én.issive est limitée de manière appropriée cette situation, ce qui dans ce cas signifie donc que I*évidement se termine à la surface du fil. La figure 2 représente scûéma.tique.f.ent un e.iaeir.ole cathode-grille conforme à l'invention. L-"évidement L se si eue en un endroit 12 du fil recourbé 1. Par exernrùe à l'aide d'appuis therndqueuierrfc et électriquement isftJF-nte inaiq-fts ~ar les références 14 et 15, une douille de grille 13 est moulée autour du fil 1. Ces appuis 14 et 15 sont par exemple en matière céramique. Une plaquette de grille 17, comportant une ouverture 16, obture la douille en face du fil recourbé. Pour l1élabora ion de i'é— videœent la technique utilisée étant l'érosion par étincelage, l'arc d'étincelage peut être déterminé par l'ouverture de la grille ; l'ouverture de grille peut être utilisée comme électrode de commande lorsque 1'évidement s'obtient grâce à un traitement par faisceau électronique, tandis que l'exposition peut avoir lieu à travers ladite ouverture de grille lorsque l'évidement est le- résultat d'un photodécapage. Si au cours du fonctionnement, on éprouve des difficultésde la part d'électrons émis à partir de la surface 4 mais à proximité du bord 3, on peut pratiquer un évidement rentrant. Sur la figure 1 c cèci est indiqué par la lijne 11 en pointillé. Les cathodes "conformes à l'invention sont destinées en particulier à être utilisées dans des appareils à faisceau électronique dans lesquels on désire établir une forte densité de courant d'émission. Outre cetlre forte densité de courant dans le centre du faisceau électronique émis, lesdites cathodes ne donnent lieu qu'à un courant périphérique non utile d'intensité réduite, et ne contribuent que peu à l'encrassement de l'appareil. 72 04480 5 2125357 Revendications ; 1. Cathode dont l'élément assurant l'émission d! électrons thermiques est chauffé par la passage d'un courant é— lectrique, caractériséeen ce que l'élément d'émission de la ca— 5 thode comporte un évidement qui réduit la section transversale disponible pour le passage du courant destiné à l'élément. 2. Cathode selon la revendication 1, caractérisée ai ce qu'en position centrée par rapport au bord de 1!évidement de l'élément d'émission, une grille de commande perforée est 10 réunie avec l'élément d'émission à l'aide d'une construction rigide. 3. Appareil à faisceau électronique, muni d'une cathode selon la revendication 1 ou 2.