Brevet FR2674987A1 — publié le 19921009

La présente invention concerne ltélectronique et, plus particulièrement, elle a pour objet un ensemble de chauffage d'une cathode thermo-électronique pour des dispositifs à faisceau d T électrons. L'invention peut s'appliquer avec succès dans l'industrie électronique, pour la fabrication de tubes de télévision, d'oscillographe, d'indication, radiologiques et d'autres tubes cathodiques, ainsi que dans d'autres dispositifs à faisceau d'électrons, où il est nécessaire d'assurer une haute densité du courant des électrons dans le faisceau ainsi qu'un fort pouvoir de résolution, une importante longévité, un temps très réduit de démarrage et une faible consommation de puissance. L'ensemble de chauffage de la cathode thermo-électronique, étnt la partie la plus importante des dispositifs modernes à faisceau d'électrons, détermine la qualité de son fonctionnement, c'est-à-dire la luminance, la résolution, la longévité, la fiabilité, la puissance consommée, le temps de démarrage et d'autres paramètres. Actuellement, on emploie dans les dispositifs à faisceaux d'électrons, afin d'atteindre des caractéristiques techniques et d'utilisation élevées, des ensembles de chauffage de la cathode thermo-électronique à chauffage direct comprenant des émetteurs de haute efficacité à base de métaux de terres rares ou de leurs borures (par exemple, à base de LaB6). On connalt un ensemble d'une cathode à chauffage direct qui est utilisé en tant que source d'électrons (US, A, 4 193 013) comportant un émetteur thermo-électronique qui est représenté par une barre en hexaborure de lanthane qui est fixée à un élément de chauffage en graphite. L'élément de chauffage est raccordé par ses bouts aux barres d'amenée de courant qui sont montées sur une base en un matériau isolant. Une telle structure est caractérisée par une forte puissance consommée (de l'ordre de 8W) nécessaire au chauffage de l'émetteur thermo-électronique ce qui est conditionné par une importante dissipation de l'énergie thermique par la surface de l'élément de chauffage et celle de l'émetteur thermo-électronique. Pour compenser cette perte d'énergie, il faut fournir une puissance additionnelle ce qui réduit l'efficacité de l'ensemble de chauffage de la cathode thermo-électronique. On connalt également un ensemble de chauffage d'une cathode thermo-électronique pour des dispositifs à faisceau d'électrons (GB, B, 1 084 035), comportant un émetteur thermo-électronique qui est monté au moins à un seul élément de chauffage fixé à des barres d'amenée de courant lesquelles sont solidaires d'une barre en une matière électro-isolante, et un réflecteur monté coaxialement à l'émetteur thermo-électronique, possèdant une surface concave orientée vers l'émetteur thermo-électronique, du côté opposé à sa surface utile. La présence d'un réflecteur favorise le retour partiel de l'énergie thermique dissipée par la surface de l'élément chauffant et de l'émetteur. Comme dans cet ensemble de chauffage de cathode thermo-électronique, on utilise un réflecteur dont les dimensions géométriques sont choisies sans tenir compte des dimensions de l'émetteur thermo-électronique, il s'avère impossible d'assurer une récupération maximale de l'énergie thermique dissipée. Le réflecteur de la conception connue n'est pas électriquement isolé par rapport à l'émetteur thermo-électronique ce qui mène à une émission non empêchée des électrons à partir de la surface de l'émetteur autre que sa surface utile, qui est orientée vers le réflecteur. Dans ces conditions, la température de l'émetteur se trouve diminuée dans une certaine mesure ce qui exige l'amenée d'une énergie supplémentaire. L'invention a pour but de créer un ensemble de chauffage pour une cathode thermo-électronique pour des dispositifs à faisceau d'électrons dont le réflecteur est exécuté et disposé par rapport à la base et à l'émetteur thermo-électronique de façon qu'une récupération maximale de l'énergie thermique dissipée soit atteinte ainsi que son retour à l'émetteur thermo-électronique, ce retour augmentant l'efficacité de l'ensemble. Le problème posé est résolu par le fait que, dans un ensemble de chauffage d'une cathode thermo-électronique pour des dispositifs à faisceau d'électrons, comportant un émetteur thermo-électronique monté au moins sur un élément chauffant fixé à des barres d'amenée de courant qui sont solidaires d'une base en une matière électro-isolante et un réflecteur monté coaxialement à l'émetteur thermo-électronique, ce réflecteur ayant une surface concave orientée vers l'émetteur thermo-électronique du côté opposé à la surface utile de ce dernier, selon l'invention, le réflecteur est tel que la distance focale de sa surface concave soit au moins de 1,5 fois supérieure à la cote transversale maximale de l'émetteur thermo-électronique, le réflecteur est fixé rigidement à la base et est disposé à une distance L entre sa surface concave et l'émetteur thermo-électronique telle que l'on ait 0,15R réflecteur en direction axiale. L'ensemble de chauffage d'une cathode pour des dispositifs à faisceau d'électrons proposé est caractérisé par une haute efficacité grâce à la forme choisie du réflecteur ainsi qu'à sa disposition par rapport à l'émetteur thermo-électronique et à la base. L'isolement électrique du réflecteur par rapport à la base favorise la formation , du côté non utile de l'émetteur, d'une charge électrique spatiale empêchant la sortie des électrons de ce côté non utile de l'émetteur, ce qui à son tour augmente l'efficacité de l'ensemble de chauffage de la cathode qui est proposé. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparatront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, avec références au dessins non limitatif annexé dans lequel La figure unique montre un ensemble de chauffage d'une cathode thermo-électronique pour des dispositifs à faisceau d'électrons, en coupe longitudinale, selon l'invention. L'ensemble proposé selon l'invention comporte un émetteur thermo-électronique 1 qui est monté au moins sur un élément chauffant 2 (en l'occurrence sur un seul élément chauffant 2), lequel est fixé, par l'intermédiaire de pièces de support 3, à des barres 4 d'amenée de courant qui sont rendues solidaires d'une base 5 en une matière électro-isolante, ainsi qu'un réflecteur 6 monté coaxialement à l'émetteur thermo-électronique 1, le réflecteur 6 ayant une surface concave orientée vers l'émetteur 1 du côté opposé à la surface utile de celui-ci. La surface concave du réflecteur 6 peut, par exemple avoir une forme sphérique ou bien la forme d'un paraboloide de révolution. Le réflecteur 6 est réalisé de façon que la distance focale de sa surface concave soit au moins 1,5 fois supérieure à la cote transversale maximale de l'émetteur thermo-électronique 1. Le réflecteur 6 est rigidement fixé à la base 5 par l'intermédiaire d'une tige 7 et il est disposé à une distance L entre sa surface concave et l'émetteur thermo-électronique telle que l'on ait 0,15 R réflecteur 6 en direction axiale. Le choix de la distance focale de la surface concave du réflecteur 6 se fait par voie expérimentale. Le rapport choisi entre la distance focale du réflecteur 6 et la cote transversale maximale r de l'émetteur 1 assure le retour de l'énergie thermique dissipée atteignant le réflecteur 6 dans les limites d'un angle solide compris entre l'émetteur 1 et le réflecteur 6, ce qui augmente l'efficacité du fonctionnement de l'ensemble. La valeur de la distance L entre la surface concave du réflecteur 6 et l'émetteur 1 est également expérimentalement déterminée. On peut constater que dans ces conditions, dans les limites indiquées de variation de la ditance L, la partie maximale de l'énergie thermique dissipée revient à l'émetteur 1. Lorsque la valeur de la distance L dépasse la limite supérieure, il se produit une forte dissipiation d'énergie thermique et dans le cas où la valeur de L est plus faible que la limite inférieure, il n'y a aucune possibilité d'obtention d'une focalisation de l'énergie thermique à la surface non utile de l'émetteur 1. L'ensemble de chauffage d'une cathode thermo-électronique pour des dispositifs à faisceau d'électrons fonctionne comme suit. Une tension de chauffage est appliquée aux barres 4 d'amenée de courant, par l'élément chauffant 2 passe un courant entranant l'échauffement de l'émetteur thermo-électronique 1 jusqu'à la température de travail à laquelie se produit une émission d'électrons tant par la surface utile que par la surface non utile, opposée à la première. La partie principale des électrons forme un faisceau dans le dispositif à faisceau d'électrons comportant l'ensemble de chauffage de cathode considéré. Les électrons émis de la surface non utile de l'émetteur 1 atteignent le réflecteur 6 et chargent ce dernier. Un champ électrique apparaît donc dans l'espace entre l'émetteur 1 et le réflecteur 6, ce champ créant une charge spatiale au voisinage de la surface de l'émetteur 1. Dans ces conditions, la densité de la charge spatiale au voisinage de l'émetteur 1 croit de façon que la zone de potentiel négatif formée par cette charge retienne au voisinage de la surface de l'émetteur 1 la partie majeure des électrons sortant de la surface non utile de l'émetteur 1 et empêche la sortie des électrons de l'émetteur à des vitesses initiales faibles. Ainsi, grâce à la réduction du courant des électrons sortant des surfaces non utiles de l'émetteur 1, les pertes de chaleur se trouvent réduites.On a pu établir expérimentalement que lors de la suprresion du potentiel négatif au réflecteur 6, la température de l'émetteur 1 diminuait de 500C ce qui est très sensible pour de tels ensembles de chauffage de cathode. De cette façon, l'isolement électrique du réflecteur 6 par rapport à l'émetteur 1 contribue également à l'augmentation de l'efficacité de fonctionnement de l'ensemble. En même temps, le réflecteur 6 dans les conditions optimales rend l'énergie thermique dissipée à l'émetteur 1, ce qui permet de réduire la puissance nécessaire pour son chauffage. Ainsi, le choix des rapports déterminés des dimensions géométriques du réflecteur et de l'émetteur ainsi que l'isolement électrique de l'un par rapport à l'autre permet d'atteindre la température de travail de l'émetteur avec une moindre puissance consommée ce qui augmente l'efficacité de l'ensemble de chauffage d'une cathode thermo-électronique. REVENDICATION Ensemble de chauffage d'une cathode thermo-électronique pour des dispositifs à faisceau d'électrons, du type comportant un émetteur thermo-électronique monté au moins sur un élément de chauffage qui est fixé à des barres d'amenée de courant, lesquelles sont rigidement fixées à une base en une matière électro-isolante, et un réflecteur monté coaxialement à l'émetteur thermo-électronique et ayant une surface concave orientée vers ledit émetteur, du côté opposé à sa surface utile, caractérisé en ce que le réflecteur (6) est réalisé avec une distance focale de sa surface concave supérieure qui est au moins égale à 1,5 fois la cote transversale maximale (r) de l'émetteur thermo-électronique (1), en ce qu'il est rigidement fixé à la base (5) et en ce qu'il est disposé à une distance (L) entre sa surface concave et l'émetteur thermo-électronique (1) dont la valeur est comprise entre 0,15R