Brevet FR2726121A1 — publié le 19960426

DISPOSITIF DE CHAUFFAGE PAR RAYONNEMENT POUR CATHODE A CHAUFFAGE INDIRECT La présente invention concerne un dispositif de chauffage par rayonnement pour cathode à chauffage indirect de tube électronique, ainsi qu'une cathode munie d'un tel dispositif de chauffage. Les dispositifs de chauffage par rayonnement pour cathode à chauffage indirect connus sont généralement formés d'un filament de tungstène ou de molybdène, disposé en regard de la cathode. Lorsqu'on fait circuler un courant électrique de valeur appropriée dans le filament il émet un rayonnement thermique. Pour émettre des électrons la cathode doit être chauffée à une température élevée, par exemple de l'ordre de 850"C pour une cathode à oxydes et de l'ordre de 1050"C pour une cathode imprégnée. La figure 1 représente schématiquement un exemple d'un canon à électrons pour tube à faisceau linéaire muni d'un dispositif de chauffage de l'art connu. Sur cette figure, la cathode référencée 1 a la forme d'une pastille ayant une face émissive concave et hémisphérique. La cathode est montée sur un support 6 conducteur sensiblement cylindrique dénommé jupe. Le dispositif de chauffage consiste en un filament 2 de tungstène ou de molybdène maintenu sur un support 3 isolant. Le filament 2 est souvent plié en deux et enroulé en spirale. Le support isolant 3 comporte des rainures dans lesquelles sont insérées les spires du filament 2 pour les isoler les unes des autres. Le filament 2 est en regard direct avec la face arrière de la cathode 1. Son rayonnement chauffe la cathode 1. Les extrémités 4,5 du filament sont diamétralement opposées.L'une des extrémités 5 est généralement portée au potentiel de la cathode et l'autre 4 à un potentiel autre. Au lieu de prévoir un support avec des rainures, on peut enfiler des perles isolantes autour du filament, ces dernières reposent sur un support isolant ou non. La présence du support qui augmente le coût du dispositif de chauffage est nécessaire car le filament 2 de tungstène ou de molybdène en chauffant se dilate et se déforme. II permet le maintien du dispositif de chauffage au voisinage de la partie à chauffer. De plus, les cathodes qui utilisent ce type de dispositif de chauffage ne peuvent être montées dans des équipements soumis à des conditions d'environnement sévères car les filaments qui sont relativement fins pour obtenir une résistance électrique appropriée, risquent de vibrer ce qui perturbe l'émission électronique. Le filament de tungstène ou de molybdène doit être porté à une température bien supérieure à celle que doit atteindre la cathode pour émettre. La durée de vie de la cathode et sa fiabilité sont fonction des cycles de température imposés au filament. On recherche bien entendu à l'utiliser à une température, la plus basse possible, mais qui permet l'émission d'électrons. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de chauffage par rayonnement pour cathode à chauffage indirect simplifié car il ne nécessite plus de support. Le dispositif de chauffage par rayonnement comporte, à proximité de la cathode, un élément destiné à rayonner en graphite. Cet élément destiné à rayonner est autoporteur. De préférence, le graphite sera pyrolitique car le graphite classique du commerce est relativement fragile. L'élément destiné à rayonner peut comporter un plateau ajouré définissant un réseau de conducteurs électriques. De préférence, les conducteurs seront répartis sensiblement régulièrement à la surface du plateau de manière à ce que le rayonnement soit aussi homogène que possible au niveau de la cathode. Pour cela, le plateau peut comporter des fentes en forme d'arcs de cercles concentriques et les fentes situées sur deux cercles successifs sont en quinconce. Dans une autre configuration, I'élement destiné à rayonner peut être en forme de cage et être entouré par la cathode. II est préferable de prévoir un écran pour réfléchir vers la cathode au moins une partie du rayonnement émis dans une direction autre. La présente invention concerne aussi une cathode à chauffage indirect muni d'un tel dispositif de chauffage. La présente invention sera mieux comprise et l'aide de la description qui suit, faite à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles - la figure 1 déjà décrite illustre partiellement un canon à électrons muni d'un dispositif de chauffage par rayonnement de type connu; - la figure 2 représente partiellement et en coupe un canon à électrons muni d'un dispositif de chauffage par rayonnement selon l'invention; - la figure 3 une coupe partielle du canon à électrons de la figure 2 montrant le dispositif de chauffage; - la figure 4 une vue de dessus du dispositif de chauffage de la figure 2; - la figure 5 une vue éclatée d'une cathode cylindrique creuse chauffée par un dispositif de chauffage selon l'invention. On se réfère maintenant aux figures 2 et 3. La cathode porte la référence 10. Elle est, dans cet exemple particulier, en forme de coupelle. C'est sa face concave qui émet des électrons. La périphérie de la cathode 10 est montée de manière classique sur un support 11 cylindrique conducteur ou jupe qui est électriquement relié à un collet d'alimentation 12. Le dispositif de chauffage par rayonnement est situé à l'intérieur de la jupe 11. II comporte selon l'invention un élément 9 destiné à rayonner réalisé en graphite et situé à proximité de la cathode 10. Dans l'exemple de la figure 2, L'élément 9 en graphite comporte une partie en forme de plateau 13 ajouré en regard direct avec la face convexe de la cathode 10. Lorsque cet élément 9 en graphite est parcouru par un courant électrique de valeur appropriée il rayonne et chauffe la cathode 10. Le plateau 13 qui dans cet exemple est circulaire comporte sur sa face en regard avec la cathode une série de fentes 14 en forme d'arc de cercles concentriques. Ces fentes 14 définissent un réseau de conducteurs 15. Les conducteurs sont de préférence répartis sensiblement régulièrement de manière à engendrer un chauffage de la cathode aussi homogène que possible. Dans l'exemple décrit on a placé trois fentes 14 par cercle, décalées de 1200 et les fentes 14 appartenant à deux cercles consécutifs sont disposées en quinconce. La figure 4 montre la disposition des fentes 14 et six secteurs égaux apparaissent. Chaque secteur est équivalent à une résistance et les six résistances sont montées en parallèle. D'autres dispositions du réseau de conducteurs 15 sont bien sur possibles. L'alimentation électrique de l'élément 9 en graphite se fait, dans l'exemple décrit, d'une part par le bord du plateau 13 et de l'autre par sa zone centrale. Le bord du plateau 13 se prolonge par une couronne 16. La couronne 16 est reliée électriquement au collet 12 d'alimentation de la cathode 10. Sur la figure 2 on voit que la couronne 16 est fixée directement au collet 12 d'alimentation de la cathode 10. On a représenté une fixation par vissage entre la couronne 16 et le collet 12 d'alimentation de la cathode. Trois vis 19 à 1200 peuvent être réparties sur la couronnel6 mais les figures 2 et 3 n'en montrent qu'une. La partie centrale du plateau 13 est reliée électriquement à un second collet 20 d'alimentation porté à un potentiel différent de celui du premier collet 12. Les deux collets 12,20 sont isolés électriquement l'un de l'autre de manière classique grâce à un isolateur 21 généralement en céramique. Dans l'exemple décrit, la liaison électrique entre la partie centrale du plateau 13 et le collet 20 est assurée par une tige conductrice 23 dont une extrémité est fixée au collet 20 et l'autre au plateau 13. La tige 23 peut être réalisé en métal tel que du molybdène. Le plateau 13 peut être vissé à la tige 23 et cette dernière peut être soudée au collet 20. D'autres moyens de fixation peuvent bien sur être envisagés. L'élément en graphite 9 rayonne dans toutes les directions et il est préférable de prévoir un écran pour réfléchir vers la cathode 10 au moins une partie du rayonnement thermique émis dans une direction autre. Deux plaques réfléchissantes 22 jouent ce rôle d'écran, elles sont montées l'une au dessus de l'autre sur la tige 23, sous le plateau 13. Le rayonnement thermique émis par le plateau dans une direction opposée à celle de la cathode est renvoyé vers la cathode. Le choix du graphite est motivé pour ses propriétés thermiques, mécaniques, électriques. L'une des plus importantes qualités du graphite réside dans sa grande capacité de rayonnement thermique très proche de celle du corps noir théorique. La puissance P rayonnée par un corps est donnée par la loi de Stéfan. P=aE T4 avec a = constante de Stéfan s = coefficient d'émissivité du corps T = température en Kelvin du corps. Le coefficient d'émissivité du graphite est de l'ordre de 0,9 alors qu'il est de l'ordre de 0,3 pour le molybdène et le tungstène. Pour une même surface d'émission et une même température, un filament en graphite rayonne une puissance plus grande qu'un filament en tungstène ou en molybdène. Pour que la cathode atteigne sa température d'émission, un filament en graphite doit être porté à une température inférieure à celle à laquelle devrait être portée un filament en tungstène ou en molybdène de mêmes dimensions. Une puissance électrique réduite est requise dans un canon à électrons utilisant un dispositif de chauffage selon l'invention. En conséquence le rendement du canon est augmenté par rapport à celui des canons classiques. Le graphite à de très bonnes propriétés mécaniques à chaud, il ne se dilate pratiquement pas et ne flue pas ce qui permet de se passer de support. Avec un élément destiné à rayonner en tungstène ou en molybdène c'est impossible. La bonne tenue mécanique à haute température du graphite augmente la fiabilité de la cathode. II est préférable de réaliser l'élément destiné à rayonner en graphite pyrolitique car le graphite commercialisé est relativement fragile et l'épaisseur et la largeur des conducteurs de l'élément destiné à rayonner sont faibles. Le graphite pyrolitique est généralement obtenu par décomposition thermique d'un hydrocarbure gazeux sur la surface d'un support porté à une très haute température sous une ambiance contrôlée. Une couche de graphite est ainsi déposée et son épaisseur dépend de la durée et des paramètres de dépot. Dans le cas de l'élément destiné à rayonner, on réalise une ébauche en forme de plateau et cette ébauche est tournée puis découpée de manière classique par usinage laser, sablage ou jet d'eau par exemple. Avec du graphite du commerce, on part d'un bloc plein et la taille est plus difficile. Une autre propriété intéressante du graphite pyrolitique ou du commerce est sa résistivité électrique qui est plus élevée que celle des métaux utilisés auparavant dans les dispositifs de chauffage. II en résulte que deux conducteurs de même résistance et de même longueur l'un en graphite et l'autre en tungstène auront des sections de passage du courant différentes. La section du conducteur en graphite est supérieure à celle de celui en tungstène. Si les sections des deux conducteurs sont de même épaisseur, la largeur du conducteur en graphite sera supérieure à celle du conducteur en tungstène. L'augmentation de largeur augmente la surface rayonnante face à la cathode et donc la puissance rayonnée. Cette augmentation de section contribue également à améliorer la tenue mécanique de l'élément destiné à rayonner. La description des figures qui vient d'être faite concerne un dispositif de chauffage d'une cathode d'un tube à faisceau linéaire. Un dispositif de chauffage selon l'invention conviendrait également pour une cathode à chauffage indirect de tube à grille. Les cathodes utilisées sont généralement en forme de cylindre creux. La figure 6 représente schématiquement un dispositif de chauffage selon l'invention associé à une telle cathode. La cathode est référencée 30. L'élément destiné à rayonner 31 est en forme de cage sensiblement cylindrique dont les barreaux 32 dans l'exemple décrit sont droits et sensiblement parallèles. Ces barreaux 32 sont maintenus à leurs extrémités entre deux bandeaux 33. Le dispositif de chauffage ressemble alors aux grilles de ce type de tube. On peut aussi utiliser des barreaux qui se croisent de manière à définir des mailles triangulaires, hexagonales ou autre. Le dispositif de chauffage est inséré à l'intérieur de la cathode 30 qui est dessinée partiellement ici. Le dispositif de connexion électrique n'est pas représenté pour simplifier mais il pourrait se faire au niveau des deux bandeaux 33. Un écran sensiblement cylindrique peut etre prévu à l'intérieur de l'élément destiné à rayonner. L'invention n'est pas limitée aux éléments en graphite ayant les formes décrites et représentées. D'autres formes sont tout à fait envisageables sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de chauffage par rayonnement pour cathode (10) à chauffage indirect comportant, à proximité de la cathode (10), un élément (9) destiné à rayonner, caractérisé en ce que l'élément (9) est en graphite. 2 - Dispositif de chauffage par rayonnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le graphite est pyrolitique. 3 - Dispositif de chauffage selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'élément destiné à rayonner (9) est autoporteur. 4 - Dispositif de chauffage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément destiné à rayonner comporte un plateau (13) ajouré définissant un réseau de conducteurs (15) électriques. 5 - Dispositif de chauffage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les conducteurs électriques (15) sont répartis sensiblement régulièrement de manière à ce que le rayonnement soit aussi homogène que possible au niveau de la cathode (10). 6 - Dispositif de chauffage selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le plateau (13) comporte une pluralité de fentes (14) en forme d'arcs de cercles concentriques, les fentes (14) situées sur deux cercles successifs étant en quinconce. 7 - Dispositif de chauffage selon l'une des revendications 4 à 6 caractérisé en ce que le bord du plateau est destiné à être porté à un premier potentiel et la partie centrale à un second potentiel. 8 - Dispositif de chauffage selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'un des potentiels est celui auquel est destinée à être portée la cathode (10). 9 - Dispositif de chauffage selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'élément (31) destiné à rayonner a la forme d'une cage et est entouré de la cathode (30). 10 - Dispositif de chauffage selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'élément (9) destiné à rayonner est placé à proximité d'un écran (22) destiné à réfléchir vers la cathode (10) au moins une partie du rayonnement émis dans une autre direction 11 - Cathode à chauffage indirect caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de chauffage par rayonnement selon l'une des revendications 1à10.