Brevet FR2706078A1 — publié le 19941209

L'invention concerne des tubes à faisceau d'élec- trons, et elle concerne plus précisément, mais non exclusi- vement, la construction des collecteurs utilisés dans les klystrons et d'autres tubes à faisceau linéaire.5 Dans un type de collecteur utilisé dans les klys- trons et autres tubes à faisceau linéaire, tels que les tubes à ondes progressives, plusieurs électrodes annulaires sont disposées suivant la longueur du collecteur. Des électrodes adjacentes sont maintenues à des potentiels différents afin que l'énergie d'impact des électrons sur les surfaces des électrodes soit réduite, et permettent la réalisation d'un collecteur économiseur d'énergie. L'intérieur du collecteur est maintenu sous un vide assez élevé. L'enveloppe sous vide comporte des parois céramiques cylindriques placées entre des électrodes adjacentes et permet la formation entre elles de joints hermétiques. Les dimensions des parois céramiques et des électrodes du collecteur sont choisies afin qu'elles réduisent la possibilité de formation d'un arc. Lorsqu'un arc se produit, il peut provoquer une défaillance de l'isolement électrique entre les électrodes du collecteur, pouvant conduire à une interruption du fonctionnement ou même à la destruction du tube. Une partie d'un collecteur de construction connue est schématiquement représentée sur la figure 1 qui est une coupe longitudinale représentant la moitié de la structure cylindrique qui est symétrique autour de l'axe longitudinal X-X. Une électrode cylindrique 1 du collecteur comporte une partie 2 dirigée radialement vers l'intérieur et destinée à intercepter les électrons du faisceau lorsqu'ils se déplacent dans la direction longitudinale en étant déviés par les potentiels électriques appliqués aux électrodes. Une seconde électrode cylindrique de façon générale 3 est adjacente à la première électrode 1 et elle en est séparée dans la direction axiale. Deux anneaux céramiques 4 et 5 sont adjacents aux surfaces transversales des électrodes 1 et 3 respectivement. Une paroi céramique cylindrique 6 est disposée entre les anneaux 4 et 5 et elle a une épaisseur radiale analogue à la leur. Un anneau métallique 7 est placé entre l'un des anneaux céramiques 4 et une face d'extrémité de la paroi 6 sur laquelle il est brasé, le diamètre interne de l'anneau 7 étant pratiquement égal à celui de la paroi 6 et des anneaux 4 et 5. Un organe métallique évasé 8 est brasé dans une fente annulaire 9 formée dans l'électrode 1 et comporte une partie transver- sale qui est soudée à la périphérie externe de l'anneau 7 afin qu'un joint hermétique soit formé autour de sa circon- férence. Un second anneau métallique 10 est placé entre la paroi 6 et un second anneau céramique 5 et est soudé à un autre organe évasé 11 qui est aussi brasé dans une fente 12 formée dans l'électrode 3. Un joint hermétique au vide est ainsi obtenu entre les électrodes 1 et 3. Les anneaux 4 et 5 exercent une pression contre les anneaux métalliques 7 et 10 et encaissent la poussée axiale due à la pression externe lorsque le tube est sous vide. En outre, ils forment une butée permettant un certain glisse- ment avec les surfaces transversales des électrodes 1 et 3, afin que la dilatation thermique différente entre la paroi cylindrique 6 et les électrodes 1 et 3 soit compensée. La présente invention a pour objet la réalisation d'un ensemble collecteur perfectionné, mais elle peut aussi s'appliquer à d'autres parties d'un tube à faisceau d'élec- trons dans lequel un joint hermétique est nécessaire et dans lequel des tensions élevées sont présentes entre des éléments métalliques adjacents. Selon l'invention, cette caractéristique est obtenue dans un tube à faisceau d'électrons qui comprend une paroi cylindrique céramique faisant partie d'une enveloppe sous vide, un anneau céramique et un anneau métallique placé en position intermédiaire, la matière céramique étant disposée radialement à l'intérieur de l'anneau métallique et passant à travers le plan transversal dans lequel se trouve sa périphérie interne afin qu'il soit protégé. Le matériau céramique protège le bord de l'anneau métallique et en conséquence, par mise en oeuvre de l'invention, la probabilité de formation d'un arc entre l'anneau et d'autres parties placées dans le tube à des potentiels électriques différents peut être notablement réduite. Ceci permet une amélioration du fonctionnement du tube et permet aussi une plus grande liberté de sélection de sa configuration géométrique. L'invention est particu- lièrement avantageuse lorsqu'elle est appliquée à un ensemble collecteur dans lequel des électrodes du collec- teur travaillent à des potentiels différents. Les poten- tiels des électrodes peuvent différer de quelques dizaines de kilovolts. La différence de tension peut être considérée comme importante lorsque, en l'absence du matériau céra- mique, il existe une probabilité nettement plus grande pour qu'un arc se produise entre les électrodes. Ceci dépend des espaces compris entre les parties à des tensions diffé- rentes et de leur configuration. Une partie de l'une des électrodes peut être disposée afin qu'elle ait la même étendue que la paroi céramique et qu'elle soit disposée radialement à l'intérieur de cette paroi afin qu'elle la protège contre le bombardement électronique qui pourrait autrement provoquer une détérioration. Le matériau céra- mique disposé entre l'anneau métallique et le prolongement de l'électrode empêche un claquage électrique entre la partie protectrice de l'électrode et l'anneau métallique. L'anneau métallique peut être monté sur une face d'extrémité de la paroi, cette disposition étant avanta- geuse lorsqu'elle fait partie d'un collecteur. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le matériau céramique protégeant l'anneau fait partie de la paroi cylindrique. Lorsque deux anneaux céramiques et anneaux métalliques sont incorporés à l'ensemble et sont placés à chaque extrémité de la paroi cylindrique, un seul élément de l'ensemble doit être usiné à une configuration plus complexe, pour la mise en oeuvre de l'invention. Dans un autre ensemble selon l'invention, le maté- riau céramique fait partie de l'anneau céramique. Dans le type d'ensemble qui nécessite deux anneaux céramiques, il est nécessaire de réaliser les deux parties de l'ensemble avec une configuration plus compliquée. Cependant, si la paroi cylindrique a une dimension axiale relativement grande, la disposition peut avantageusement réduire la quantité du matériau céramique nécessaire. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le matériau céramique comprend un organe formé d'un tube placé coaxialement dans la paroi. La disposition présente l'avan- tage de permettre la formation de chaque élément céramique de l'ensemble sous forme d'un simple cylindre ne nécessi- tant aucune partie à gradin. Le matériau céramique de blindage peut être en butée contre la périphérie interne de l'anneau métallique ou peut être placé à une certaine distance de celui-ci. Un blindage plus efficace peut être obtenu lorsque le matériau céra- mique est directement au contact de l'anneau métallique autour de sa circonférence interne et cette configuration peut aussi être utile pour un positionnement précis des éléments lors du montage du tube. L'invention peut avantageusement s'appliquer à des parties de tube à faisceau d'électrons autres que des collecteurs. Par exemple, dans des klystrons à cavité interne, il est nécessaire qu'un joint étanche au vide soit formé dans une région d'une cavité dans laquelle il est nécessaire de maintenir une tension élevée, et le matériau céramique de blindage peut être incorporé. On décrit maintenant certains procédés de mise en oeuvre de l'invention à titre d'exemples en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 2 représente schématiquement une partie d'un tube à faisceau d'électrons selon l'invention; la figure 2a est une vue agrandie d'une partie de la figure 1; les figures 3 et 4 représentent schématiquement dif- férentes dispositions selon l'invention; et la figure 5 représente schématiquement une partie d'un tube à faisceau d'électrons selon une variante de réa- lisation de l'invention. On se réfère aux figures 2 et 2a; un collecteur à plusieurs étages d'un klystron ou d'un autre tube à faisceau d'électrons comporte deux électrodes annulaires 13 et 14 représentées en coupe longitudinale, la moitié seulement de la disposition étant représentée. Deux anneaux céramiques 15 et 16 et une paroi céramique cylindrique 17 sont placés entre les électrodes 13 et 14. Les anneaux métalliques 18 et 19 sont placés entre les faces d'extré- mité de la paroi 17 et les anneaux 15 et 16 respectivement. Les anneaux métalliques 18 et 19 sont brasés sur les faces métallisées de l'extrémité de la paroi 17 et sont soudés à des organes cylindriques évasés respectifs 20 et 21. Les organes évasés 20 et 21 sont placés dans des gorges annu- laires 22 et 23 des électrodes 13 et 14 et sont brasés en position afin qu'ils forment un joint hermétique. La paroi céramique 17 a une épaisseur radiale supérieure à celle des anneaux d'équilibrage 15 et 16 et a un diamètre interne plus petit. La partie radialement la plus interne de la paroi 17 a une plus grande dimension, dans la direction longitudinale axiale, avec des joues internes 24 et 25 dépassant pratiquement en direction25 parallèle à l'axe X-X. Les joues 24 et 25 ont une dimension axiale suffisante pour qu'elles traversent le plan dans lequel se trouvent les anneaux 18 et 19 et qu'elles soient très proches de ceux-ci dans la direction radiale. Une des électrodes 14 a une joue cylindrique 26 qui a pratiquement la même étendue que la surface interne de la paroi 17. Cette disposition protège la céramique contre le bombardement des électrons, la formation d'une décharge disruptive entre l'extrémité 27 de la joue et l'anneau 18 connecté électriquement à l'électrode adjacente 13 étant35 empêchée par la matière céramique intermédiaire de la joue 24 de la paroi 17. La figure 3 représente schématiquement une partie d'un autre mode de réalisation de l'invention qui est analogue à celui qui est représenté sur la figure 2a. Cependant, dans ce mode de réalisation, la paroi cylin- drique 28 a une épaisseur radiale uniforme sur sa longueur axiale et les anneaux céramiques 29 et 30 ont des joues en saillie 31 et 32 qui assurent respectivement la protection du bord interne des anneaux métalliques 33 et 34. On se réfère à la figure 4; une autre disposition selon l'invention comprend deux anneaux céramiques 34 et 35 et une paroi cylindrique 37, tous les éléments ayant pratiquement la même épaisseur radiale. Un mince tube céramique 38 est placé coaxialement à l'intérieur de la paroi 37 et assure le blindage des anneaux métalliques 39 et 40. La figure 5 représente schématiquement un ensemble analogue à celui de la figure 2A, mais, dans ce mode de réalisation, le matériau céramique 41 qui protège la face interne des anneaux métalliques 42 et 43 est en contact avec eux. Dans les modes de réalisation représentés de l'invention, la paroi céramique est plus longue dans la direction axiale que l'anneau ou les anneaux céramiques. Dans d'autres dispositions, l'anneau ou les anneaux céra- miques peuvent avoir pratiquement la même longueur axiale que la paroi céramique ou peuvent être plus longs. REVENDICATIONS 1. Tube à faisceau d'électrons comprenant une paroi cylindrique céramique (17, 28, 37) faisant partie d'une enveloppe sous vide, un anneau céramique (15, 16, 29, 30) et un anneau métallique (18, 19, 33, 34) placé entre eux, caractérisé en ce que le matériau céramique (24, 25, 31, 32) est placé radialement à l'intérieur de l'anneau métal- lique (18, 19, 33, 34) et a une longueur telle qu'il traverse le plan transversal dans lequel se trouve la périphérie interne de manière que celle-ci soit protégée. 2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau métallique (18, 19, 33, 34) est monté sur une face d'extrémité de la paroi (17, 28, 37). 3. Tube selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau céramique (24, 25) fait partie de la paroi cylindrique (17). 4. Tube selon la revendication 3, caractérisé en ce que la paroi cylindrique (17) a une joue interne (24, 25) disposée axialement, la surface circonférentielle interne de la paroi ayant une dimension longitudinale axiale supérieure à celle de sa surface circonférentielle externe. 5. Tube selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau céramique (31, 32) fait partie de l'anneau céramique (29, 30). 6. Tube selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau céramique est formé d'un organe (38) en forme de tube placé coaxialement à l'intérieur de la paroi (37). 7. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau céramique (41) est en butée à la périphérie interne de l'anneau métallique (42, 43). 8. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un organe conducteur de l'électricité (26) placé à l'intérieur de l'enveloppe sous vide, le matériau céramique (24) étant placé entre ledit organe (26) et l'anneau métallique (18) et, pendant l'utilisation, ledit organe (26) étant maintenu à un potentiel suffisamment différent de celui de l'anneau métallique (18) pour que, en l'absence du matériau céra- mique (24), un arc se produise entre eux. 9. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un second anneau céramique (16, 30) et un second anneau métallique (19, 34) placé entre la paroi (17, 28) et le second anneau céramique (16, 30), un matériau céramique supplémentaire (25, 32) étant placé radialement à l'intérieur du second anneau métallique (34) et ayant une dimension telle qu'il passe par le plan transversal dans lequel se trouve la périphérie interne afin que celle-ci soit protégée. 10. Tube selon la revendication 9, caractérisé en ce que le matériau céramique supplémentaire (25, 17) est contigu au premier matériau céramique cité (24, 17). 11. Tube selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que, pendant le fonctionnement, le premier et le second anneau métallique (18, 19, 33, 34) sont maintenus à des potentiels électriques nettement différents. 12. Tube selon la revendication 9, 10 ou 11, carac- térisé en ce que le second anneau métallique (19, 34) est monté sur une face d'extrémité de la paroi céramique (17, 28). 13. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anneau ou chaque anneau métallique (18, 19) est scellé de manière étanche à un organe cylindrique évasé respectif (20, 21) destiné à délimiter une partie de l'enveloppe sous vide. 14. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi cylindrique (17, 28, 37) fait partie d'un ensemble collecteur à plusieurs étages.