Cathode pour canon électronique

Abstract

 La cathode comporte une pastille en hexaborure de lanthane et une résistance chauffante en graphite pyrolitique parcourues par un courant électrique de chauffage.
La pastille 10 présente la forma d'une pièce creuse de révolution dans laquelle est engagée, et contre une paroi 10a de laquelle est appliquée, la résistance 14, également de révolution.
L'invention s'applique en particulier aux appareils de soudage par bombardement électronique.
Figure unique.

Description

[0001] La présente invention qui résulte des travaux effectués par Monsieur Gérard MARHIC de la SOUDURE AUTOGENE FRANCAISE concerne essentiellement une cathode pour canon électronique comportant au moins une pastille faite en un matériau susceptible d'émettre, à haute température, des électrons, par exemple de l'hexaborure de lanthane (LaE6) et au moins une résistance chauffante faite en un matériau à haute résistivité électrique, par exemple du graphite pyrolitique, ladite pastille et ladite résistance étant parcourues, en série, par un courant électrique de chauffage.

[0002] On sait que la cathode constitue le générateur d'électrons des canons montés sur divers appareils utilisant des faisceaux électroniques. Les électrons émis sont soumis à l'action du Wehnelt qui règle la puissance du faisceau, accélérés par une tension établie entre la cathode et une anode et enfin focalisés par une lentille magnétique qui les fait converger sur une surface pratiquement ponctuelle.

[0003] On connaît déjà des cathodes du type susmentionné qui sont constituées essentiellement par une pastille émettrice en LaB6 ayant, en partie au moins, la forme d'un parallélépipède rectangle et par deux blocs en graphite pyrolitique, de forme cubique, placés de part et d'autre de la pastille émettrice. Le tout est monté sur un support fixe comportant deux bras métalliques reliés à une source d'énergie électrique, ces deux bras étant en contact direct avec les blocs de graphite et les pressant contre la pastille émettrice qui est intercalée entre eux.

[0004] Ces cathodes connues présentent certains inconvénients :

- la transmission de la chaleur engendrée par effet Joule dans le graphite pyrolitique vers la pastille en LaB6, ne peut se faire pratiquement que par les surfaces en contact, puisque, en raison de la géométrie de l'ensemble; la plus grande partie du rayonnement émis par les blocs en graphite ne peut atteindre la pastille. Il en résulte que ces cathodes ont un rendement thermique défectueux.

- le montage de la pastille et des blocs entre deux bras rigides peut entraîner, en raison des dilatations thermiques, des contraintes mécaniques excessives ; il est difficile, avec une telle configuration non de révolution de la cathode, d'obtenir un bon positionnement de la pastille émettrice, ceci en raison des variations thermiques et des dilatations.

[0005] L'invention a pour but de pallier ces inconvénients et propose à cet offet une cathode dont la pastille se présente sous forme d'une pièce creuse montée sur un support solidaire du canon, dans laquelle est engagée et contre une paroi de laquelle est appliquée la résistance de graphite pyrolitique.

[0006] La transmission de chaleur se fait donc non seulement par ccnduction entre les surfaces en contact mais également par rayonnement puisque la plus grande partie du rayonnement émis par la résistance rencontre la pastille. Il en résulte un meilleur rendement de la cathode.

[0007] Selon une autre caractéristique de l'invention, la pastille et la résistance se présentent sous forme d'une pièce de révolution, les axes de ces pièces étant en coïncidence lorsque la résistance est engagée dans la pastille.

[0008] La symétrie de révolution permet d'obtenir une répartition plus homogène de la chaleur rayonnée par la résistance donc une température homogène de la pastille, elle simplifie en outre la fatrication.

[0009] La pastille se présente sous forme d'une coupelle munie d'une paroi de fond plane et d'une paroi latérale s'évasant à partir de ladite paroi de fond et la résistance se présente sous la forme d'un tronc de cône dont la petite base est appliquée contre le fond de la coupelle.

[0010] Cette forme donnée à la pastille et à la résistance facilite leur montage ainsi que leur centrage relatif.

[0011] Belon encore une autre caractéristique de l'invention, la cathode comporte un fourreau fait en un matériau électriquement conducteur et chimiquement inerte vis à vis du LaB6, par exemple en graphite et à l'intérieur duquel est insérée ladite pastille. Ce fourreau est monté directement sur le support précité.

[0012] Le fourreau permet de maintenir la pastille sans qu'il soit nécessaire de la souder au support, supprimant ainsi toute réaction chimique entre le LaB6 et le matériau dudit support. Le fourreau assure en outre la conduction du courant de chauffage.

[0013] Toujours selon l'invention, la résistance est appliquée contre la paroi de fond de la pastille par des moyens élastiques.

[0014] L'utilisation de moyens élastiques pour maintenir en place la résistance et la pastille permet d'éviter la formation de contraintes mécaniques sous l'effet des dilatations thermiques.

[0015] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre.

[0016] Le dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple ncn lini- tatif, représente schématiquement et en coupe une cathode selon un mode de réalisation de l'invention.

[0017] Selon le mode de réalisation représenté, la cathode selon l'invention, désignée d'une façon générale par la référence 1, est logée à l'intérieur d'un canon cylindrique représenté schématiquement en 2 et fixée à une platine porteuse solidaire de ce dernier et représentée schématiquement en 3. Outre la cathode 1, le canon 2 comporte, de façon connue en soi, un certain nombre d'autres éléments, en particulier une ou plusieurs lentilles magnétiques, une anode et un Wehnelt, seul ce dernier étant représenté en 4. Le canon 2 ainsi que l'ensemble des éléments qu'il comporte admettent l'axe XX' comme axe de révolution.

[0018] La cathode 1 se compose essentiellement d'une pastille émettrice 10 en LaB6, logée dans un fourreau 11 monté sur un support 12 fixé lui-même sur la platine porteuse 3 du canon 2 et d'une résistance chauffante 14. La pastille et le fourreau sont logés dans l'orifice central 4a du Wehnelt 4.

[0019] La pastille émettrice 10 est constituée par une pièce creuse de révolution et présente la forme d'une cuvette munie d'une paroi de fond 10a plane et d'une paroi latérale 10b évasée vers l'extérieur.

[0020] Le fourreau 11 dans lequel est logée la pastille 10, est en graphite et présente la forme d'un cylindre tubulaire de révolution. Il est muni, à son extrémité supérieure, d'une lèvre ou analogue 11a, en saillie vers l'intérieur, contre lequel prend appui la face extérieure 10c de la pastille 10 et à sa partie inférieure, d'un rebord 11b en saillie vers l'extérieur qui prend appui sur le support 12.

[0021] Le support 12 est constitué par deux capsules tronconiques avant et arrière 12a et 12b respectivement, ces capsules étant réunies par leurs grandes bases et fixées par ces dernières à la platine porteuse 3.

[0022] La résistance 14, en graphite pyrolitique, présente la forme générale d'un tronc de cône dont la petite et la grande base sont désignées respectivement par 14a et 14b et est munie en outre d'un évidement axial 14c. La résistance 14 est en appui, par sa petite base 14a en forme de couronne, contre le fond plat 10a de la pastille. Afin de faciliter la mise en place et le centrage de la résistance 14 dans la pastille 10, on donne au fond de 10a et à la petite base 14a des diamètres sensiblement égaux et à la résistance conique 14 un angle au sommet sensiblement inférieur à celui du bord évasé 10b de la pastille.

[0023] La résistance 14 est appliquée contre la pastille par une tige ou poussoir 15 muni, à son extrémité supérieure, d'une tête 15a en appui sur sa grande base 14b. Le poussoir 15 est solidaire, par l'intermédiaire d'une première bague métallique 16, d'un premier élément tubulaire 17 d'axe XX' à l'intérieur duquel il est logé, ce premier élément tubulaire 17 étant solidaire lui-même par l'intermédiaire d'une bague isolante 18, d'un second élément tubulaire 19 d'axe XX' dans lequel il est logé. L'élément tubulaire 19 est monté lui-même sur une tige de supportage 20.

[0024] Le poussoir 15 et les éléments tubulaires 17 et 19 constituent un ensemble rigide qui a pour fonction de transmettre à la résistance 14 la poussée de moyens élastiques. Ces moyens élastiques sont constitués par une gaine annelée ou soufflet 23 d'axe XX' et entourant l'élément annulaire 19. La gaine 23 est fixée, à sa partie supérieure 23 a, à la capsule 12 b du support 12 et est munie, à son extrémité inférieure 23b d'une butée annulaire 24 qui prend appui, par l'intermédiaire d'une bague isolante 25, par exemple en alumine contre l'extrémité de l'élément 19.

[0025] L'ensemble constitué par le poussoir 15 et les éléments tubulaires 17 et 19 a également pour fonction de créer, entre la résistance chauffante 14 dont la température est de l'ordre de 1700° et la gaine annelée 23, une diminution sensible de température de façon que ladite gaine annelée ainsi que la tige de supportage 20 atteignent une température de l'ordre de 200 à 300°C.

[0026] Pour limiter la transmission de chaleur par rayonnement de la résistance 14 vers le canon, la cathode est munie en outre d'écrans 26 et 27 tronconiques situés respectivement à l'intérieur et à l'extérieur de la capsule 12.

[0027] On voit que, grâce au positionnement relatif de la pastille 10 et de la résistance 14 et grâce à la forme de révolution donnée à ces deux pièces, pratiquement toute l'énergie rayonnée par la résistance, en particulier par sa face conique, est absorbée par la pastille 10, en particulier par sa paroi évasée 10b, réduisant ainsi au maximum les pertes d'énergie thermique.

[0028] Par ailleurs, l'appui élastique assuré par la gaine annelée 23 met la pastille et la résistance à l'abri des contraintes mécaniques que l'on rencontre avec les systèmes rigides, ce qui permet d'augmenter sensiblement la durée de vie de la cathode.

[0029] L'invention s'applique à tous les appareils utilisant des générateurs de faisceaux électroniques en particulier aux appareils de soudage par bombardement d'électrons et aux microscopes électroniques.

[0030] De nombreuses variantes pourraient être apportées au mode de réalisation décrit et représenté, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Revendications

1.-Cathode pour canon électronique comportant au moins une pastille faite en un matériau susceptible d'émettre, à haute température, des électrons, par exemple de l'hexabcrure de lanthane et au moins une résistance chauffante faite en un matériau à haute résistivité électrique, par exemple du graphite pyrolitique, ladite pastille et ladite résistance étant parcourues, en série, par un courant électrique de chauffage, caractérisée en ce que la pastille précitée (10) se présente sous forme d'une pièce creuse montée sur un support (12) solidaire du canon (2) dans laquelle est engagée et contre une paroi (10a) de laquelle est appliquée la résistance précitée (14).

2.-Cathode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pastille (10) et la résistance (14) précitées présentent chacune sous forme d'une pièce de révolution, les axes de ces pièces étant en coïncidence lorsque la résistance est engagée dans la pastille.

3.-Cathode selon la revendication 2, caractérisée en ce que la pastille (10) se présente scus forme d'une coupelle munie d'une paroi de fond (10a) plane et d'une paroi latérale (10b) s'évasant à partir de ladite paroi de fond et en ce que la résistance (14) se présente sous forme d'un tronc de cône dont la plus petite base (14a) est appliquée contre la paroi de fond (10a) de ladite coupelle.

4.-Cathode selon la revendication 3, caractérisée en ce que la résistance (14) précitée en forme de tronc de cône est traversée par un évidement axial (14c), sa petite base (14a), appliquée sur le fond (10a) de la pastille présentant la forme d'une couronne.

5.-Cathode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un fourreau (11) fait en un matériau électriquement conducteur tel que le graphite et à l'intérieur duquel est insérée ladite pastille (10), ce fourreau étant monté directement sur le support précité (12).

6.-Cathode selon les revendications 3 et 5, caractérisée en ce que le fourreau (11) précité se présente sous la forme d'un cylindre tubulaire de révolution monté sur le support (12) précité et muni, à l'une de ses extréulités, d'une lèvre ou analogue interne (11a), sur laquelle prend appui ladite pastille (10).

7.-Cathode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la résistance (14) précitée est appliquée contre la paroi de fond de la pastille (10) par des moyens élastiques.

8.-Cathode selon la revendication 7, caractérisée en ce que les noyens élastiques précités sont constitués par un élément tubulairs annelé (23) dont les extrémités sont solidaires respectivement du support (12) de la cathode et d'une tige (15) en contact avec la résistance (14).

9.-Cathode selon la revendication 8, caractérisée en ce que les extrémités de l'élément tubulaire annelé (23) et de la tige (15) sont rendues solidaires l'une de l'autre par l'intemédiaire d'éléments tubulaires rigides coaxiaux (17,19) dans lesquels est logée ladite tige (15) et logés eux-mêmes dans ledit élément annelé (23).

10.-Cathode selon les revendications 8 et 9, caractérisée en ce qu'elle est munie d'écrans (26, 27) prévus pour intercepter le rayonnement thermique, lesdits écrans étant montés sur ledit support (12) et sur lesdits éléments tubulaires rigides (17) au voisinage de la résistance (14).

Dessins