Brevet FR2482778A1 — publié le 19811120

L'invention concerne un canon àe électrons Dans de nombreux dispositifs et tubes électro- niques, le faisceau d'&lectrons Drôduiîtpar le canon est soumis., dans la première partie de son parcours, à l'action de moyens qui lui impriment une c onvergence vers un point situé à une distance plus ou moins grande en avant de la -cathode Au delà, divers traitements lui sont appliqués, en rapport avec l'usage auquel est destiné l'ensemble auquel est incorporé le canon par lequel il est produit. Ces traitements se situent en dehors dui champ de l'inventiono Idéalement, le point de convergence, o se croisent les trajectoires électroniques, est un point au sens géométrique du mot; en fait, vu la répulsion mutuelle des charges qui le composent, le faisceau présente encore au point de convergence, et quels que soient les moyens mis en oeuvre, une certaine sectiono dont la surface dépend de nombreux paramètrescaracté= ristiques du canon. Les électrons, après traversée de cette zone de section minimale, connue aussi sous le nom de "cross= over", vont former une image de cette section sur la partie du tube destinée à recevoir leur impact, écran, cible... Le diamètre de cet impact dépend de celui du "cross-over" en question; on a intérêt à le réduire au maximum pour améliorer la résolution de la surface soumise à l'impact et,pour ce faire,â réduire la dimension du "cross-over"e On est limité dans cette voie, par la répulsion mentionnée, c'est-à-dire par la charge d'espace au sein du faisceau. L'objet de la présente invention est un canon à électrons pour faisceau convergent muni de moyens propres àabaisser cette limite. -Ces moyens assurent-la création, dans la région du point de croisement, d'une répartition statique d'ions positifs, dont la charge totale est sensiblement égale en valeur absolue à celle des électrons du fais- ceau dans cette région. L'invention porte sur un canon à électrons pour faisceau convergent, comprenant une cathode et des moyens coopérant avec cette cathode pour produire, à l'intérieur d'un espace sous vide, un faisceau d'élec- trons dirigé suivant un axeetpour assurer la con- vergence de celui-ci dans la première partie de son parcours vers un point de section minimale, caracté- risé en ce qu'il comprend, disposée autour de cet axe, dans le voisinage de ce point, une électrode creuse portée à un potentiel constant dans le temps, positif par rapport à la cathode. L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description qui suit et aux figures jointes qui représentent - Figures 1 et 2: deux variantes du canon à électrons de l'invention. Le canon comporte une cathode 1, chauffée par un filament 2, dans l'exemple;une électrode de Wehnelt 3, portée à un potentiel négatif ou nul. par rapport à la cathode prise comme référence, contrôle l'intensité- du faisceau 6, représenté sur la figure par la surface couverte de points, émis par la cathode dans les con- ditions de fonctionnement, lorsqu'une tension positive est appliquée à l'électrode d'accélération 8. Ces conditions sont telles que le faisceau converge dans sa partie 10 vers le point portant le repère 7 sur la figure. Sur la figure, 20 désigne l'enceinte à vide dans laquelle est logé le canon. Dans le canon de l'invention, l'électrode 8 est prévue sous la forme d'une électrode creuse en- tourant ce point de convergence; cette électrode est toute entière à la même tension, constante dans le temps. Dans l'exemple, cette pièce équipotentielle a la forme d'un tubedont les orifices portent les repères 81 et 82,disposé le long de l'axe X'X suivant lequel le faisceau se propage, en fonctionnement; au delà de l'électrode 8, on n'a pas précisé la forme de celui-ci,qui dépend des traitements auxquels il.est soumis, en rapport avec l'usage qui en est fait dans le tube auquel est incorporé le canon. Les conditions prévalant dans un tel canon sont exposées ci-dessous. En l'absence de faisceau, le potentiel le long de l'électrode 8 est uniforme- la production du fais- ceau, par déblocage du Wehnelt par exemple, a pour résultat un abaissement de ce potentiel dans la plus grande partie de l'électrode 8, o apparaît un creux de potentiel; même dans les meilleures conditions de vide, o8 a 10 torr, dans l'état actuel de la technique, le faisceau provoque sur son passage l'ionisation des molécules de gaz résiduel présentés dans l'enceinte à vide, c'est-à-dire la création de paires électron (-1, ion (+).C L'électron.créé, qui possède une faible énergie cinétique, du fait de sa masse, est repoussé par la charge d'espace du faisceau et a tendance a quitter celui-ci; il va se perdre sur les électrodes àun po- tentiel positif comme l'électrode 8. Les ions, par contre, attirés par cette même charge d'espace, viennent se méler aux électrons au sein du faisceau, et comblent le creux de potentiel créé par le faisceau, dans la mesure o ils sont dans l'impossibilité de s'échapper de l'électrode 8 par les orifices 81 et 82; on reviendra sur ce point plus loin. Les ions en surnombre, crées à partir du moment o cette situation est atteinte, en équilibre indifférent,aboutissent sur les électrodes. A ce moment un équilibre global est atteint et le poten- tiel à l'intérieur de l'électrode creuse,8 est alors uniforme. Les premièrs ions no.mmés attirés par le faisceau, y restent du fait de l'attraction électronique qu'ils subissent. La charge d'espace des électrons se trouve compensée,et le lieu de croisement 7 voit sa dimension décroître jusqu'à devenir pratiquement ponctuel. Cette situation est celle du régime permanent; elle n'est atteinte qu'au.bout du temps nécessaire pour engendrer la charge ionique compensant celle du faisceau. Ce temps est de l'ordre de 100 microsecondes pour une pression résiduelle de 10o8 torr; il ne serait plus que de 10 nanosecondes pour une pression -4 de 10 torr, valeur acceptable pour de nombreuses ap- plications,mais qui correspond à un vide généralement incompatible avec une durée de vie suffisante des cathodes,du fait de l'intensité du bombardement ioni- que auquel elles sont soumises dans ce cas. Il faut donc compter en général avec des vides de l'ordre de 10o8 torr, et des temps de mise en ré- gime de l'ordre de la centaine de microsecondes mentionnée ci-dessus. Ceci ne présente pas d'inconvé- nient dans le cas d'un faisceau qui n'est soumis à aucune modulation dans le temps. Il en va autrement lorsqu'une telle modula- tion est pratiquée. Dans ce cas, en effet, une diminu tion de l'intensité du faisceau d'electrons ferait que les ions, se retrouvant en surnombre, iraient se dépo- ser sur les parois des électrodes sous l'influence de leur propre charge despace un temps appréciable serait nécessaire pour reconstituer léquilibres temps pouvant être inacceptable pour certaines applications. Ce cas est fréquemment rencontré e c est celui notamment de tous les tubes à balayage point par point d une cible avec retour de traue,et du tube vidicon en particulier; le faisceau est bloqué périodiquement au moment de ce retour. C'est pourquoi l'invention prévoit que, dans le cas d'une telle modulations l'électrode qui l'exerce soit placée après l'électrode 8 sur le trajet du faisceau. Cette électrode porte le repère 9 sur la figure 2. Dans le cas du vidicon cité, ce peut être la grille placée dans le voisinage immédiat de la cible. Ce peut être aussi, dans d'autres cas, un dia- phragme associé à l'ensemble déflecteur. - Par ailleurs, pour réduire la fuite d'ions à l'extérieur de l'électrode 8, selon une variante de l'invention, deux électrodes suplémentaires,4 et 5 sur les figures, peuvent avantageusement dans tous les cas, être utilisées; elles sont disposées de part et d'autre de l'électrode 8 dans sonvoisinage immédiat,et portées à un potentiel positif par rapport à celle-ci. Leur présence n'est toutefois pas indispensable lorsque le potentiel va en croissant au-delà de l'électrode 8, en raison de la présence de lentilles électroniques de focalisation, par exemple-ceci en ce qui concerne l'électrode 5,-ou lorsque les orifices 81 et 82 de l'électrode 8 sont suffisamment petits pour limiter par eux mêmes la fuite des ions vers l'extérieur. Le canon à électrons de l'invention trouve une application, outre le tube vidicon cité, dans des dispositifs divers, tels que les microscopes électro- niques à transmission ou balayage, les sondes élec- troniques, etc. Le microscope électronique à transmis- sion est un exemple de dispositif exempt de modulation. 248 77 8- R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Canon à électrons pour faisceau convergent, comprenant une cathode (1) et des moyens coopérant avec cette cathode pour produire, à l'intérieur d'un espace sous vide, un faisceau d'électrons (6) dirig6 suivant un axe (X'X), et pour assurer la convergence de celui-ci dans la première partie de son parcours vers un point de section minimale (7), caractérisé en ce qu'il comprend, disposée autour de cet axe, dans le voisinage de ce point, une électrode creuse (8) portée à un potentiel constant dans le temps, po- sitif par rapport à la cathode. 2. Canon à électrons suivant la revendication 1, comprenant.en outre des moyens modulant périodi- quement l'intensité du faisceau, caractérisé en ce que ces moyens (9) sont plac6s au-delà de ladite élec- trode (8) sur le trajet du faisceau (6). 3. Canon à électrons suivant l'une des revendi- cations 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte, en- cadrant ladite électrode (8) et disposées dans son voisinage immédiat, deux électrodes supplémentaires (4 et 5)'portées:à des potentiels positifs par rapport à ladite électrode. 4. Canon à électrons suivant l'une des reven- dications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite élec- trode (8) consiste en un tube dirigé suivant cet axe. 5. Tube de prise de vues, vidicon notamment, comprenant une cible sur laquelle le rayonnement inci- dent inscrit un relief de potentiel et un canon à élec- trons assurant la lecture point par point de ce relief, par impact successif sur ces points d'un faisceau issu dudit-canon à électrons, caract6risé en ce que ce canon est un canon suivant la revendication 2.