Brevet FR2492586A1 — publié le 19820423

La présente invention concerne la technologie à faisceau électronique, et plus précisément un procédé de commande d'un canon électronique à décharges gazeuse luminescente à haute tension Le procédé de commande d'un canon électronique à décharge gazeuse selon l'invention peut etre utilisé dans la technologie des dispositifs à faisceau électronique, notamment des canons électroniques industriels à décharge gazeuse et des installations à faisceau électronique, ainsi que pour les recherches scientifiques dans ce domaine. On connaît bien un procédé de commande d'un canon électronique à décharge gazeuse luminescente (cf., par exemple, le brevet de Grande-Bretagne, classe, HOIj 3/00, NO 1145013 publié en 1969) caractérise en ce que, dans un canon électronique à décharge gazeuse luminescente comprenant une anode sous la forme d'un tube ouvert à ses deux extrémités, une cathode disposée près de l'une des extrémités de l'anode et une électrode de commande disposée entre la cathode et l'anode, on applique à l'électrode de commande un potentiel électrique variable à partir d'une source d'alimentation appropriée. La commande est dans ce cas réalisée à l'aide de l'intensité du flux électronique engendré par le canon électronique à décharge gazeuse. La commande du canon électronique à décharge gazeuse luminescente, réalisée selon ce procédé, permet de faire varier le courant de faisceau aussi bien en présence d'un potentiel positif que d'un potentiel négatif de plusieurs centaines de volts à l'électrode de commande par rapport à la cathode. Comme, dans les installations industrielles, l'anode du canon est normalement mise à la terre et la cathode se trouve sous un haut potentiel (plusieurs dizaines de kilovolts ou plus) par rapport à l'anode, la commande selon ce procédé nécessite une source spéciale à haute tension pour l'alimentation de l'électrode de commande, ce qui oerr1ique la fabrication et l'utilisation.En outre la caractéristique de commande du canon électronique à décharge gazeuse n'est pas univoaue dans toute la gamme de réglage du courant de faisceau élet- ronique, c'est-à-dire qu'il est toujours possible d'obtenir un même courant de faisceau électronique pour différentes valeurs du potentiel à l'électrode de commande.Cet inconvénient provoque lui-aussi, certaines difficultés pour la commande du canon, On connaît bien un autre procédé de commande d'un canon électronique à décharge luminescente (cf.,par exemple, le brevet de la Grande-Bretagne, classe HOIj 37/06, NO 1461415 publiée en 1977) caractérisé en ce que, dans un canon électronique à décharge gazeuse comprenant une cathode et une anode réalisée sous la forme d'une cavité à section transversale constante se transformant en une plaque du côté de la cathode, la variation de l'intensité (du courant) du faisceau électronique est réalisée en faisant varier la valeur du potentiel électrique.Ce potentiel est appliqué à l'anode à partir du point médian d'un diviseur de tension dont l'une des extrémités est reliée à la cathode et l'autre à une cible frappée par le faisceau électronique du canon électronique à décharge gazeuse. Le potentiel de l'anode est maintenu négatif par rapport à la cible, de sorte qu'on amorce ainsi entre l'anode du canon et la cible une décharge luminescente à cathode creuse constituée par l'anode du canon, cette anode servant de source d'électrons supplémentaire pour le faisceau électronique. L'utilisation de ce procédé de commande d'un canon électronique à décharge gazeuse conduit à ce qu'il se forme, dans le faisceau électronique, des électrons dont l'énergie est inférieure à celle des électrons engendrés par la cathode du canon électronique à décharge gazeuse. I1 en résulte que l'utilisation du faisceau électronique engendré par un tel canon est compliquée du fait que sa focalisation est moins précise et que ses dimensions géométriques sont variables. En outre, l'utilisation de ce procédé de commande du courant de faisceau électronique d'un canon électronique à décharge gazeuse n'est possible qu'à une pression suffisamment élevée du gaz dans l'es- pace où l'anode et la cible sont placées, lorsqu'unie décharge peut être amorcée et entretenue entre l'anode et la cible. Cette pression de.gaz est pratiquement égale à la pression du gaz dans l'espace de décharge du canon électronique à décharge gazeuse. Ce procédé est inutilisable à basses pressions de gaz dans l'espace autour de la cible. Dans le cadre de l'invention on s'est proposé de créer un procédé de cqmmande d'un canon électronique à décharge gazeuse dans lequel, en faisant varier d'une manière déterminée la différence de potentiel, on pourrait augmenter l'efficacité de la commande du canon électronique à différents niveaux de pression de gaz dans l'espace de décharge du canon et dans l'espace autour de la cible. Ce but est atteint par le fait que dans un procédé de commande d'un canon électronique à décharge gazeuse par commande du courant du faisceau électronique, consistant à faire varier la valeur de la différence de potentiel entre la cible et l'anode, selon l'invention on inverse la polarité de la différence de potentiel entre la cible et l'anode en présence d'un champ magnétique longitudinal. L'utilisation du procédé de commande d'un canon électronique à décharge gazeuse selon l'invention permet d'assurer une commande efficace du canon à différents niveaux de pression dans l'espace de décharge du canon et dans l'espace autour de la cible, ainsi que de travailler avec des potentiels de commande du courant de faisceau électronique relativement faible D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre du procédé de commande d'un canon électronique à décharge gazeuse et d'exemples de sa mise en oeuvre, en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la Figt 1 représente un schéma fonctionnel d'une installation à. faisceau électronique dotée d'un canon électronique à décharge gazeuse commandé par le procédé selon l'invention ; et - la Fig. 2 représente un diagramme de l'intensité du courant du faisceau électronique en fonction de la différence de potentiel de commande entre l'anode et la cible, selon l'invention, Le procédé de commande d'un canon électronique à décharge gazeuse est réalisé dans une installation à faisceau électronique comprenant un canon électronique 1 (Fig.l) à décharge gazeuse luminescente à haute tension doté d'un canal 2 permettant au faisceau élec troniqua 3 de sortir de l'espace de décharge vers une cible 4. L'installation à faisceau électronique comprend également des bobines électromagnétiques 5 destinées à créer un champ magnétique solénoidal dans. la région anodique 6 du canon 1. Le canal 2 de sortie du faisceau -electronique 3 et l'anode 7 du canon électronique 1 se trouvent sous un même potentiel et sont isolés de la cible 4.La différence de potentiel de commande est appliquée entre la cible 4 et le canal 2 de sortie du faisceau électronique 3 à partir de la source d'alimentation 9, et on la fait varier en valeur et en polarité. L'intensité de courant dans le-canon électronique à décharge gazeuse 1 dépend de la concentration en ions dans le plasma 10 de la décharge dans la région anodique 6. Comme le courant du faisceau électronique 3 est proportionnel au courant de décharge, les moyens de commande du courant de décharge servent en même temps de moyens de commande du courant du faisceau électronique 3. Lorsque les conditions ne sont pas favorables pour la disparition des ions dans la région du plasma anodique 10, alors que leur génération dans cette région est intense, le courant de décharge est très sensible aux variations des conditions dont dépend la disparition des ions. Les ions peuvent quitter le plasma 10 en s'éloignant du côté de la cible 4 et du côté de la cathode 8. Comme il ressort du diagramme (Fige2) de l'intensité I du courant du faisceau électronique 3 (Fig.1) en fonction de la différence de potentiel de commande V entre l'anode 7 et la cible 4 du canon électronique à décharge gazeuse 1, sur le tronçon "a" du diagramme, lorsque le potentiel de la cible 4 par rapport à l'anode 7 (Fig.l, 2) du canon 1 et du canal 2 de sortie du faisceau électronique 3 est positif, la concentration des ions positifs dans le plasma est maximale, car les ions ne peuvent pratiquement disparaître qu'en s'éloignant du côté de la cathode 8. Leur fuite vers les parois du canal 2est empêchée par le champ magnétique longitudinal crée par la bobine 5.La fuite des ions vers la cible 4 est impossible du fait du potentiel positif de la cible 4 par rapport à l'anode 7. Lorsqu'il se produit une variation ae la différence de potentiel de commande entre l'anode 7 et la cible 4, comme indiqué sur le diagramme, (tronçon "b" de la Fig.2), les ions peuvent s'éloigner du côté de la cible 4. La concentration d'ions dans le plasma 10 et l'intensité du courant du faisceau électronique 3 diminuent en atteignant une saturation temporaire, comme indiqué sur le tronçon "c" du diagramme. Si la différence de potentiel de commande entre l'anode 7 et la cible 4 continue à augmenter, il apparaît une autre source de génération d'ions dans le plasma, à savoir une ionisation par des électrons secondaires émis par la cible 4 et accélérés dans l'espace cible 4-anode 7. La concentration d'ions dans le plasma 10 et le courant du faisceau électronique 3 augmentent au fur et à mesure de l'accroissement des valeurs négatives de la différence de potentiel de commande entre la cible 4 et l'anode 7, c'est-à-dire de l'accroissement de l'énergie et du pouvoir ionisant des électrons secondaires (voir le tronçon "d" du diagramme de l'intensité du courant du faisceau électronique en fonction de la différence de potentiel de commande). Ainsi donc l'utilisation du procédé de commande de canon Zlectronitiue à décharge gazeuse selon l'invention permet de réduire le coût de l'ensemble de l'installation à faisceau électronique grâce l'utilisation d'une source d'alimentation à basse tension pour la commande du canon et d'étendre la gamme des possibilités de la commande du canon vers le domaine de plus basses pressions de gaz remplissant l'espace autour de la cible. REVENDICATION Procédé de commande d'un canon électronique à décharge gazeuse par commande du courant de faisceau électronique (3), consistant à faire varier la différence de potentiel entre la cible (4) et l'anode (7), caractérisé en ce qu'on inverse la polarité de la différence de potentiel entre la cible et l'anode en présence d'un champ magnétique longitudinal.