Brevet FR2226747A1 — publié le 19741115

La présente invention concerne un tube à décharge de commutation du type thyratron, c est-à-dire un tube à décharge rempli de gaz à cathode thermoionique. Les thyratrons à hydrogène connus dans l'art antérieur conduisent normalement dans un seul sens et si un tel tube est forcé de conduire dans le sens opposé, ltélectrode en est généralement endommagée en raison de sa pulvérisation. Ceci présente l'inconvénient de limiter les types de circuit pour lesquels les thyratrons à hydrogène connus sont adaptés. Ainsi, par exemple, un thyratron à hydrogène classique unique ne peut pas être utilisé de façon sûre comme commutateur dans un circuit de nature oscillante dans lequel il est nécessaire de prévoir un commutateur à déclenchement rapide qui maintienne les tensions positives jusqu a ce qu'il soit déclenché, mais qui une fois déclenché, laisse passer le courant dans les deux sens. De façon à atténuer cet inconvénient rencontré avec les thyratrons connus, la présente invention prévoit un tube à décharge du type thyratron comprenant une structure de cathode, une grille de commande et une structure d'anode disposées dans une enveloppe remplie avec un gaz à pression convenable, la structure d'anode comprenant des moyens pour produire un plasma comprenant une électrode thermoionique et au moins une électrode à décharge adjacente, et, ce plasma, une fois produit, pendant le fonctionnement, servant de source de particules chargées, d'où il résulte qu'immédiatement après l'inversion de la polarisation du chemin anode-cathode, après le déclenchement du tube, une circulation de courant peut être réalisée avec un minimum de bombardement de la structure d'anode par des ions à haute énergie. Ainsi, dans un tube à décharge selon la présente invention, au moins l'anode est constituée par un plasma qui est produit par une décharge et qui est capable à la fois d'émettre des particules chargées et de neutraliser des particules chargées incidentes. En réduisant ainsi la collision entre les particules chargées à haute énergie et l'électrode d'anode, on réduit en même temps considérablement les dommages provoqués sur une électrode par la pulvérisation. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, la structure de cathode du tube à décharge comprend également des moyens pour produire un plasma comprenant une seconde électrode thermoionique et au moins une électrode de décharge adjacente. Cette caractéristique évite la pulvérisation de l'électrode de catho de, bien que cette difficulté ne soit en aucune manière aussi grande que la difficulté normalement rencontrée avec l'électrode d'anode. Qui plus est, cette caractéristique rend possible l'utilisation de structures de cathode et d'anode identiques l'une à l'autre, d' où il résulte une simplification considérable des techniques de fabrication. Sans difficulté, on peut disposer entre la grille de commande et la structure d'anode une ou plusieurs électrodes intermédiaires, qui, en fonctionnement, sont maintenues à un potentiel intermédiaire entre les potentiels des structures d'anode et de cathode, de sorte qu'aucune tension entre deux électrodes adjacentes du tube n'est suffisante pour causer le clouage avant le déclenchement du tube. De façon préférée, les structures de cathode et d'anode qui sont chacune associée avec leur électrode de décharge sont montées sur des plaques terminales respectives qui, avec un isolant cylindrique, constituent l'enveloppe Au tube. Ces caractéristiques de la présente invention vont être exposées ci-après de façon détaillée en liaison avec le dessin cijoint qui est une vue de dessus partiellement en coupe d'un thyratron et qui représente également de façon schématique le circuit de commande de ce thyratron. Dans la description suivante, les expressions "anode" et cathode seront utilisées pour décrire les électrodes qui au moins avant que le thyratron ne soit déclenché sont connectées au point à potentiel positif et négatif respectivement, mais il faut souligner que ces deux éléments sont indiscernables de façon structurelle l'un de l'autre, de sorte que si l'on inverse la tension aux bornes du thyratron, la fonction de ces électrodes serait inversée et ce qui était précédemment l'anode agirait ensuite comme cathode et vice-versa. Le tube est structurellement symétrique par rapport à un plan central I-I perpendiculaire au flux d'électrons dans le thyratron. Le thyratron comprend une enveloppe 10 formée, par exemple, de plusieurs sections cylindriques, 10a et lOb, et remplies d'hydrogène, ce mot hydrogène étant pris au sens large et comprenant notamment les isotopes deuterium et tritium. Les sections adjacentes sont séparées l'une de l'autre par des saillies annulaires 12 et 14 qui sont connectées aux électrodes déposées à l'intérieur de l'enveloppe et qui constituent un moyen pour établir un contact élec trique sur ces électrodes. La section terminale de l'enveloppe 10 est fermée par une plaque de couverture 16 qui porte une structure d'anode ou de cathode 18 selon le cas. Chacune des structures d'anode et de cathode 18 est montée sur une plate-forme 20 qui est soutenue par la plaque terminale 16 de l'enveloppe. La plate-forme 18 porte une électrode thermoionique 22 qui entoure un élément chauffant 24 qui la chauffe. L'électrode thermoionique 22 est elle-même entourée par un bouclier thermique 26-qui est au même potentiel que l'électrode 22. Disposée axialement en ligne avec l'électrode 22 se trouve une électrode de décharge 28 qui est isolée de la cathode et soutenue mécaniquement par des entretoises non représentées dans ce dessin. Un contact électrique est établi avec l'électrode de décharge 28 par un fil séparé 30 passant à travers la plaque terminale 16. Une grille de commande 32 est placée de façon adjacente à l'électrode de décharge 28 et est constituée par une saillie annulaire 12 qui, comme cela a été décrit, s'étend de façon externe au bolier, une section cylindrique 34 et une paire de plaques radiales 36 et 38 solidaires de la partie cylindrique 34 à son extrémité éloignée de la saillie annulaire 12. Chacune des plaques 36 et 38 comprend une ouverture circulaire et une capsule cylindrique 40 occupe cette ouverture et est fixée à la plaque 38 par trois entretoises radiales qui établissent un contact électrique entre la capsule 40 et les parties restantes de la grille de commande. La structure totale de la grille de commande 32 définit ainsi deux plaques axialement espacées comprenant chacune une ouverture annulaire, le diamètre de l'une étant supérieur au diamètre de l'autre. Une telle construction des électrodes dans le thyratron a pour e- fet de diminuer la tendance au claquage en tension. Les électrodes intermédiaires 84 et 90 dans le thyratron, ressemblent à la grille de commande bien que chacune soit adaptée à une partie cylindrique centrale 42 qui est suspendue à partir de trois barres support 44 s'étendant radialement entre les parties cylindriques 42 et les sections cylindriques 46 des électrodes. Le but essentiel de ces parties cylindriques 42 est d'améliorer le refroidissement des capsules 40 des électrodes intermédiaires. Chacune des plate-formes 20 porte un réservoir à hydrogène 50 qui est lui-même connu dans l'art antérieur et qui est choisi pour laisser partir de l'hydrogène quand une tension lui est appliquée. Des conducteurs séparés pour le réservoir à hydrogène 50 passent à travers la plaque terminale 16 vers l'extérieur de l'en- veloppe du thyratron. En se référant maintenant au circuit connecté au thyratron dans le dessin joint, l'anode A et la cathode K peuvent être branchées en série avec toute charge que l'on souhaite commander ou, par exemple, peuvent être connectées en série avec un circuit résonant. Une source de tension de 6,8 volts 60 est connectée entre la cathode et l'élément chauffant pour fournir le courant nécessaire à une source à tension variable 62 est connectée aux bornes des réservoirs aux deux extrémités du thyratron pour permettre de maintenir la pression de gaz dans le tube au niveau souhaité.Une source de tension positive par rapport à la cathode référencée +DC1 dans le dessin, est branchée par l'intermédiaire d'une résistance à l'électrode de décharge 28, cette tension étant suffisante pour maintenir une décharge constante entre l'électrode de décharge 28 et la cathode 22 de façon à produire un plasma dans l'espace intermédiaire. Une tension de -150 volts, également contins est appliquée aux bornes de la grille de commande 32 au moyen du secondaire 64 d'un transformateur 63 et d'une résistance 66. Les -150 volts agissent comme une tension de maintien et empêchent l'amorçage du thyratron.L'extrémité de'enroulement secondaire 64 du transformateur auquel les -150 volts sont fournis est connectée à la borne de cathode au moyen d'une capacité de découplage 68 et son autre extrémité est connectée à l'électrode de décharge 28 au moyen d'une combinaison série d'une capacité 70 et d'une résistance 72. Le primaire du transformateur peut être connecté à un générateur d'impulsions pour fournir les impulsions de déclenchement qui, quand elles sont appliquées, ont pour effet de rendre l'électrode de commande 32 positive par rapport à la cathode pour déclencher le thyratron. Un diviseur de tension comprenant trois résistances 80 de valeur élevée, par exemple 20 MR, est connecté entre l'anode et la cathode et les prises intermédiaires de ce diviseur de tension sont connectées respectivement aux électrodes intermédiaires du thyratron. Ainsi, la prise intermédiaire 82 est connectéedirecte- ment à la saillie 12 de l'électrode 84 et par l'intermédiaire d'un montage parallèle d'une résistance 86 et d'une capacité 88 à l'é- lectrode adjacente 90. Tout nombre de sections contenant chacune une électrode similaire à celle appelée 84 et une similaire à celle appelée 90 peut être inclut et chacune aura une résistance de chute associée dans le diviseur de tension connecté entre l'anode et la cathode.L'effet des électrodes intermédiaires est d'assurer qu'aucune tension appliquée entre deux électrodes adjacentes n'est suffisante pour entraîner le claquage de tension avant le déclenchement du tube. A l'extrémité anode du thyratron, une source de tension est prévue pour le réservoir et le chauffage et à nouveau une tension continue positive (cette fois par rapport à l'anode) est appliquée pour l'électrode de décharge par une source +DC2. Contrairement au dispositif du côté cathode, il est préférable de connecter cette meme alimentation continue +DC2 par l'intermédiaire d'une seconde résistance à l'électrode du côté anode du tube correspondant à la grille de commande 32. Le thyratron décrit et- son circuit de déclenchement associé fonctionnent comme suit Le trajet anode-cathode du thyratron est connecté en série avec le circuit à contrôler, qui en ce cas peut, si nécessaire, être un circuit oscillant. L'application de tensions continues aux extrémités du tube produit des décharges dans les structures d'anode et de cathode de sorte que, même avant le déclenchement, il existe des plasmas localisés dans le tube. Mais, le contenu gazeux total du tube n'est pas ionisé en raison de la polarisation inverse de la grille de commande 32 par la source de tension à -150 volts. Quand une impulsion de déclenchement est appliquée au primaire dtun transformateur 63, une impulsion apparatt sur l'en- roulement secondaire 64, qui élève le potentiel de la grille de commande 32, ainsi que de l'électrode de décharge 28 à laquelle elle est appliquée au moyen de la capacité 70 et de la résistance 72. La polarisation positive de la grille de commande 32 attire maintenant les électrons à partir du plasma et pendant le transit, ces électrons effectuent des collisions avec l'hydrogène et ionisent le gaz et produisent plus de particules chargées. Le plasma produit entre dans l'intervalle entre les plaques 36 et 38 de la grille de commande et les électrons qui en proviennent sont alors attirés vers l'électrode intermédiaire adjacente et effectuent encore une autre ionisation. Comme la tension maintenue à l'électrode intermédiaire provient d'un diviseur à haute impédance, le flux de courant dans cette électrode intermédiaire résulte de la chute de potentiel vers la grille 32. Une tension se crée ainsi aux bornes de la capacité 88 et jusqu a ce que la charge emmagasinée diminue à travers la résistance 86, un potentiel d'accélération est présent entre les deux électrodes intermédiaires adjacentes connectées à la même prise intermédiaire du diviseur de tension et ainsi le plasma se propage plus loin vers l'anode. Ce processus se répète jusqu'à ce que les électrons arrivent à la structure d'anode. En atteignant la structure d'anode, les électrons sont attirés par le plasma produit par la décharge et avec un minimum de collision de particules à haute énergie avec la structure, un courant est amené à circuler dans le circuit externe anode-cathode du thyratron. Si le circuit auquel le thyratron est connecté est oscillant, la tension à un instant donné s inversera de sorte qu'une tension négative est appliquée à l'anode et qu'une tension positive est appliquée à la cathode. Comme il existe alors un plasma dans le tube, les ions et les électrons vont maintenant se déplacer en sens opposé par rapport à leur sens précédent de circulation, les électrons circulant maintenant vers ce qui était précédemment la cathode et les ions vers ce qui était précédemment l'anode. Les électrons nécessaires pour le flux de courant inverse proviennent d'abord du plasma produit par la décharge et ensuit l'électrode chauffée agit comme une cathode thermoionique, les rsles des structures aux extrémités du tube étant maintenant inversés. Si une électrode chauffée était utilisée seule comme anode, cette électrode serait sévèrement endommagée par l'impact de particules à haute énergie. D'autre part, si une électrode froide était utilisée, les électrons pour la circulation du courant inverse pourraient seulement être obtenus par bombardement par des ions à haute énergie, ce qui entralnerait à nouveau un endommagement permanent. Cet inconvénient n'existe plus dans un tube construit selon la présente invention dans lequel une électrode d'anode chauffée fournit des électrons suffisants pour le flux de courant inverse tandis que la prévision d'un plasma à cette électrode amorti l'effet des particules incidentes à haute énergie. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de nodifications qui apparaltront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Tube à décharge de commutation du type thyratron comprenant une structure de cathode, une grille de commande et une structure d'anode disposées dans une enveloppe remplie d'un gaz à une pression convenable, caractérisé en ce que la structure d'anode comporte des moyens pour produire un plasma comprenant une électrode thermsionique et au moins une électrode de décharge adjacen te,et en ce que le plasma produit pendant le fonctionnementsetde source de particules chargées,d'où il résulte qu'immédiatement après l'inversion de la polarisation du trajet anode-cathode après le déclenchement du tube, une circulation de courant peut être réalisée avec un minimum de bombardement de la structure d'anode par des ions à haute énergie. 2 - Tube à décharge selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est disposé entre la grille de commande et la structure d'anode, une ou plusieurs électrodes intermédiaires qui, en fonctionnement, sont maintenues à des potentiels tels qu'aucune tension entre deux électrodes adjacentes du tube n'est suffisante pour entraîner le claquage avant le déclenchement du tube. 3 - Tube à décharge selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la structure de cathode du tube à décharge comprend également des moyens pour produire un plasma comprenant une électrode thermoionique et au moins une électrode de décharge adjacente. 4 - Tube à décharge selon la revendication 3, caractérisé en ce que les structures d'anode et de cathode associées chacune à leur électrode de décharge sont montées sur des plaques terminales respectives qui, ainsi qu'un isolant cylindrique, constituent l'en- veloppe du tube. 5 - Tube à décharge selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une autre électrode de décharge est disposée de façon adjacente à la structure d'anode. 6 - Tube à décharge selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est rempli d'hydrogène et en ce qu'au moins un réservoir d'hydrogène, pouvant être branché à une source de tension est prévu pour maintenir la pression désirée à l'intérieur du thyratron. 7 - Tube à décharge selon ltune quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est associé à un circuit de commande pour le tube, ce circuit de commande comprenant des moyens pour appliquer une tension continue aux bornes de l'électrode thermoionique et de l'électrode de décharge de la structure d'anode et/ou de cathode pour maintenir un plasma entre cette électrode thermoionique et cette électrode de décharge, des moyens pour appliquer une tension de maintien à la grille de commande, et des moyens pour rendre possible la superposition d'impulsions de déclenchement à la tension de maintien. 8 - Tube à décharge et circuit de commande associé selon la revendication 7 et l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisés en ce que le circuit de commande comprend un diviseur de tension connecté entre les structures d'anode et de cathode et ayant une ou plusieurs prises intermédiaires connectées aux électrodes intermédiaires. 9 - Tube à décharge et circuit de commande associé selon la revendication 7 ou 8, caractérisés en ce que la tension de maintien est appliquée à la grille par l'intermédiaire de l'enroulement secondaire d'un transformateur dont l'enroulement primaire est connecté de façon à recevoir des impuisions de déclenchement. 10 - Tube à décharge et circuit de commande associé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, et selon la revendication 5, caractérisés en ce que l'autre électrode de décharge est connectée à la même alimentation que l'électrode de décharge de la structure d'anode, chacune au moyen d'une résistance respective.