Brevet FR2914486A1 — publié le 20081003

MAGNÉTRONS ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION L'invention concerne des magnétrons. Tous les tubes à vide atteignent la fin de leur durée de vie lorsque le matériau émettant des électrons situé sur la cathode est entièrement perdu par évaporation ou pulvérisation. Tous les tubes à vide à l'exception des magnétrons et d'autres tubes à faisceaux croisés perdent le matériau de leur cathode active principalement par évaporation. L'évaporation dépend entièrement de la température à laquelle est utilisée la cathode et elle ne dépend pas du niveau d'utilisation, de sorte que si la température de la cathode est connue, la plupart des utilisateurs peuvent prédire de manière suffisamment précise la durée de vie du dispositif. La durée de vie des magnétrons et des tubes similaires est difficile à prévoir, car le matériau de la cathode est principalement perdu par pulvérisation. Pulvérisation signifie que le matériau de la cathode est perdu par bombardement d'ions. Des ions sont créés dans les magnétrons et dans les autres tubes à vide par la collision d'électrons avec des atomes de gaz, les atomes de gaz s'évaporant de l'enveloppe sous vide et du matériau de la cathode. Les ions négatifs sont attirés vers les parties positives du dispositif sous vide, et les ions positifs sont accélérés vers la cathode et provoquent la perte de matériau. Les magnétrons souffrent beaucoup plus de la détérioration de la cathode par pulvérisation que ne le font les autres dispositifs sous vide, car la cathode est disposée de manière centrale dans la zone où des ions ont des chances d'être créés, les densités de courant, nécessitant davantage d'électrons pour ioniser les atomes, sont plus importantes que dans les tubes à faisceau, la cathode est de grande taille par comparaison à celle d'un tube à faisceau équivalent et elle constitue une source de gaz pour l'évaporation, et le volume de vide est beaucoup plus petit que dans un tube à faisceau équivalent, de sorte que les densités des gaz résiduels sont plus importantes. La vitesse de pulvérisation dépend de la qualité du traitement du dispositif, car on peut réduire les niveaux des gaz résiduels par un traitement à des températures supérieures et pendant une plus longue durée ; de a puissance nominale (un courant de cathode plus important nécessite davantage d'électrons pouvant produire une ionisation) ; de la température de l'enveloppe sous vide (car l'augmentation de sa température augmente le niveau des gaz) ; des conditions d'entrée et de sortie et des événements de défaut (tels qu'un amorçage pouvant provoquer une surchauffe locale, produisant ainsi un gaz). On utilise souvent les magnétrons avec des puissances de sortie différentes, heure par heure (lorsqu'ils sont utilisés par exemple dans des accélérateurs linéaires médicaux, des types de traitements différents nécessitent des niveaux de puissance significativement différents, les cancers superficiels nécessitant une faible puissance et un traitement aux rayons X nécessitant une grande puissance) et ceci, en combinaison avec les variations de la température de fonctionnement pendant l'utilisation et d'une quelconque variation dans le traitement, rend la durée de vie variable et imprévisible. On utilise des magnétrons en tant que source de micro-ondes dans les radars, les accélérateurs linéaires médicaux et certains processus industriels. Dans tous ceux-ci, il est nécessaire que l'utilisateur effectue une maintenance préventive pour diminuer le temps d'indisponibilité non prévu, Pour minimiser le risque de défaillance des équipements, l'utilisateur aimerait remplacer les éléments ayant une durée de vie limitée très peu de temps avant qu'ils ne tombent en panne. Pour ce faire, il est nécessaire que la durée de vie soit prévisible, indépendamment des différentes conditions d'utilisation et de l'historique du tube. RÉSUMÉ DE L'INVENTION L'invention fournit un magnétron incluant une surface isolante exposée à la cathode pour recevoir le matériau perdu de celle-ci pendant le fonctionnement. Le matériau recueilli sur la surface est associé, il est par exemple proportionnel, à la perte cumulée de la cathode et il devient 30 possible d'estimer la fin de la durée de vie du magnétron. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Différentes façons de réaliser l'invention vont maintenant être décrites en détail, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale axiale à travers un premier magnétron selon l'invention, dans lequel les cavités sont définies par des ailettes ; la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale axiale à travers l'anode d'un second magnétron selon l'invention, dans lequel les cavités sont du type à trou et fente ; et la figure 3 est une vue agrandie d'une partie du magnétron représenté sur la figure 2. On a attribué des numéros de référence analogues à des parties analogues sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION En se référant à la figure 1, le magnétron comprend une cathode 1 et une anode 2 incluant des ailettes 3. L'intérieur du magnétron est vidé, et la cathode est maintenue à un fort potentiel négatif. Des pièces polaires (non représentées) fournissent un champ magnétique dans une direction axiale. Selon l'invention, un disque en céramique 4 est monté à l'arrière d'une cavité d'anode 5, le disque en céramique étant tourné vers la cathode 1 et dans la ligne de visée de celle-ci. Le disque est monté dans un manchon 6 fait d'un alliage, qui est brasé à l'intérieur d'une ouverture formée dans la paroi de l'anode. Un conducteur 7 s'étend au travers du disque en céramique. La périphérie du disque est métallisée et brasée sur l'intérieur du manchon. L'intégrité du vide dans l'anode est ainsi maintenue. Durant l'utilisation du magnétron, du matériau de la cathode est pulvérisé à partir de la cathode et il parcourt des lignes droites jusqu'à l'anode, aux pièces polaires, aux ailettes et, puisqu'il est exposé à la cathode, au disque en céramique 4. Le matériau de la cathode atterrissant sur le disque en céramique forme un film conducteur. Le matériau pulvérisé est un mélange du métal de base de la cathode, par exemple du nickel ou du molybdène, et d'un matériau actif tel que du baryum et du strontium et/ou de leurs oxydes. Le matériau pulvérisé forme un film électriquement conducteur sur la surface, dont la résistance est inversement proportionnelle à l'épaisseur du matériau pulvérisé. On 3 mesure la résistance de ce film par l'intermédiaire du conducteur au centre du disque en céramique, qui mesure la résistance entre le conducteur et le manchon 6 (ou un point quelconque à l'extérieur du magnétron). On peut utiliser la résistance du film déposé pour surveiller en continu la quantité de matériau pulvérisé, de sorte que la durée de vie restante est toujours connue. On compare les mesures de résistance à une valeur de référence déterminée par l'expérience afin de correspondre à la fin de la durée de vie du magnétron. La quantité de matériau perdu par la cathode à la fin de sa durée de vie est connue : on contrôle un certain nombre de magnétrons et on compare les valeurs de résistance surveillées à la perte d'émission de diode, qui est également un indicateur de la durée de vie, et on note la valeur de la résistance à la fin de la durée de vie. Il est également possible de mesurer la valeur de résistance à un moment quelconque et d'ouvrir le magnétron à ce moment et de mesurer la perte de matériau de la cathode, pour produire des valeurs de référence. L'utilisateur peut alors prévoir le remplacement. Puisque le disque en céramique 4 est positionné près de l'arrière d'une cavité, il n'est pas exposé aux champs électriques. Le conducteur central et l'ouverture dans l'anode dans laquelle il est installé jouent le rôle de ligne coaxiale, protégeant le conducteur contre toute réception de RF. D'autres avantages sont que l'on peut mesurer la vitesse de pulvérisation à l'occasion de tests initiaux effectués par le fabricant, fournissant un avertissement précoce de défauts de traitement et on peut s'apercevoir d'un quelconque défaut de l'équipement provoquant une pulvérisation excessive et raccourcissant la durée de vie. L'utilisateur peut déterminer la façon dont les conditions de fonctionnement influent sur la durée de vie du magnétron. On peut surveiller en continu l'usure et la vitesse d'usure, pendant que le tube est en fonctionnement, est en attente ou est rangé en tant que pièce de rechange. L'invention peut s'appliquer à toutes les fréquences, niveaux de puissance et utilisations de magnétrons, bien qu'il soit plus difficile (mais cependant possible) de l'incorporer dans des magnétrons fonctionnant à des fréquences plus élevées, par exemple supérieures à 5 GHz, en raison de leur petite taille. Dans le mode de réalisation ci-dessus, le disque peut avoir un 3 diamètre de 3 mn Le matériau de céramique peut être de l'alumine. Le disque en céramique peut être peint avec une peinture au molybdène/manganèse et cuit ensuite à haute température (par exemple, à 1600 C), de façon que la peinture se lie à la céramique pour fournir une surface pouvant être soudée en utilisant des soudures à haute température. Le matériau du manchon peut être du Kovar ou un alliage similaire ayant le même coefficient de dilatation thermique que le disque en céramique et il peut être ainsi facilement raccordé au disque. Le conducteur 7 peut être scellé au disque par frittage d'une couche métallisée sur la surface du disque autour du trou. Le conducteur peut ensuite être brasé sur la couche métallisée en utilisant une soudure or/argent/cuivre/nickel. Naturellement, des variantes sont possibles sans s'écarter de la portée de l'invention. Ainsi, on peut utiliser des types de matériaux isolants autres qu'une céramique. On peut disposer le matériau isolant n'importe où sur la ligne de visée de la cathode pour recueillir le matériau pulvérisé. Si l'isolateur est transparent et que l'on peut voir la cathode à travers celui-ci (on fait typiquement fonctionner la cathode entre 750 C et 1000 C et ainsi, elle est rouge incandescent), on peut également utiliser la réduction de la transmission de lumière en tant que mesure du film de matériau pulvérisé. Toutefois, ce procédé souffre des inconvénients tels que la température de la cathode et ainsi sa luminance, dépend non seulement des conditions d'entrée mais également de la réflectivité de l'anode qui l'entoure, qui varie avec le matériau pulvérisé déposé. La réflectivité de la cathode est également modifiée par le matériau pulvérisé. En se référant aux figures 2 et 3, le second magnétron est du type à trou et fente. L'une des cavités est alésée au travers pour recevoir le disque en céramique 4, qui est monté dans un manchon 6. Un autre manchon 8, ayant le même coefficient de dilatation que l'anode, est brasé sur l'anode et sur le manchon 6, sur lequel est lui-même brasé le disque en céramique 4, pour réaliser une connexion étanche au vide. La construction, l'agencement et le fonctionnement du disque en céramique sont les mêmes que pour le premier mode de réalisation. REVENDICATIONS 1. Magnétron incluant une surface isolante (4) exposée à la cathode (1) pour recevoir le matériau perdu de celle-ci pendant le fonctionnement. 2. Magnétron selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface isolante (4) est située à l'arrière de la cavité de l'anode (2). 3. Magnétron selon la revendication 2, incluant un moyen pour mesurer la résistance du film déposé sur la surface isolante (4). 4. Magnétron selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de mesure de résistance comporte un conducteur (7) s'étendant au travers de la surface isolante (4). 5. Magnétron selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface isolante (4) est définie par une zone de matériau en céramique. 6. Magnétron selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau en céramique est de l'alumine.