Générateur de faisceau d'électrons et dispositifs électroniques utilisant un tel générateur

Abstract

 La présente invention concerne un générateur de faisceau d'électrons (14) pouvant fonctionner en impulsions ou en continu, le faisceau d'électrons étant émis dan un canon à électrons principal (2) comportant une cathode (11) émettrice et une anode (15). On associe à ce canon à électrons principal (2) un canon à électrons auxiliaire (1) comportant une cathode (3) une grille (6) destinée à moduler en impulsions un faisceau d'électrons auxiliaire (17) lorsque l'on fonctionne en impulsions ou à ajuster le courant du faisceau d'électrons auxiliaire (17) lorsque l'on fonctionne en continu et une anode (5).
L'anode (5) est en contact thermique et électrique avec la cathode (11) du canon à électrons principal (2).
Le faisceau d'électrons auxiliaire (17) commande l'émission de la cathode (11).
Le faisceau d'électrons émis par le canon à électrons principal (2) n'est pas perturbé par la traversée de la grille (6).
Application notamment aux tubes hyperfréquences à interaction longitudinale fonctionnant à puissances moyenne et/ou crête élevées.

Description

[0001] La présente invention se rapporte aux générateurs de faisceau d'électrons utilisés dans les tubes hyperfréquences ou dans les accélérateurs de particules. Elle concerne plus particulièrement un générateur de faisceau d'électrons pouvant fonctionner en impulsions ou en continu. En fonctionnement en impulsions les électrons issus d'une cathode ne sont produits que pendant des temps très courts et le faisceau d'électrons est haché.

[0002] L'invention s'applique plus particulièrement aux tubes hyperfréquences à interaction longitudinale tels que les tubes à ondes progressives ou les klystrons.

[0003] Un faisceau d'électrons est généré par un canon à électrons et ce dernier est souvent construit autour d'un axe de révolution. Un canon à électrons comporte principalement une cathode thermoémissive, chauffée par un filament et portée à une haute tension négative. La cathode émet un faisceau d'électrons vers une anode ouverte en son centre afin de laisser passer le faisceau d'électrons.

[0004] En aval de l'anode, le faisceau d'électrons pénètre dans un dispositif d'utilisation, en forme de tunnel, qui peut être le corps d'un tube hyperfréquence. Ce dispositif est généralement porté à une masse et se termine par un collecteur. L'anode peut être portée au même potentiel que le dispositif d'utilisation ou à un potentiel intermédiaire entre celui de la cathode et celui du dispositif d'utilisation.

[0005] Des électrodes de focalisation et des grilles peuvent être insérées entre la cathode et l'anode. L'ensemble des électrodes qui vont de la cathode à l'anode constitue le canon à électrons.

[0006] Actuellement, deux modes de réalisation principaux permettent d'obtenir un faisceau d'électrons en impulsions.

[0007] Le premier mode de réalisation consiste à moduler par tout ou rien, la haute tension qui alimente la cathode.

[0008] Le second mode de réalisation consiste à introduire une grille de modulation entre la cathode et l'anode. Cette grille est alimentée par une tension relativement basse modulée en impulsions.

[0009] Malheureusement ces deux modes de réalisation présentent chacun des inconvénients.

[0010] Dans le premier mode de réalisation il faut introduire un modulateur de puissance entre la source de haute tension et la cathode. Ce modulateur de puissance produit un signal en créneaux. Mais la durée des fronts de montée et de descente du signal est longue en raison de l'impédance interne de la source de haute tension et des réactances élevées du canon à électrons. De plus, une perte d'énergie importante apparaît à cause de l'énergie stockée dans les réactances parasites du circuit d'alimentation et du canon. Enfin, les électrons produits par la cathode ont une vitesse variable pendant les fronts de montée et de descente du signal et il est alors difficile de focaliser le faisceau d'électrons.

[0011] Le second mode de réalisation n'entraîne pas les mêmes inconvénients car la haute tension appliquée à la cathode reste constante.

[0012] Dans cette réalisation on introduit une grille de modulation entre la cathode et l'anode.

[0013] Cette grille de modulation est alimentée en impulsions par une tension proche de la haute tension alimentant la cathode. Très souvent, on insère une deuxième grille entre la cathode et la grille de modulation, ces deux grilles étant sensiblement parallèles et leurs ouvertures étant placées en vis-à-vis. La deuxième grille est portée au même potentiel que la cathode, elle en est très proche et peut même reposer sur la cathode. Le faisceau d'électrons obtenu après la traversée des grilles est constitué d'une pluralité de faisceaux élémentaires. Dans le cas d'un fonctionnement à puissance moyenne élevée, on est obligé d'utiliser des grilles dites à interception réduite, de façon à limiter leur échauffement.

[0014] Les générateurs de faisceaux d'électrons fonctionnant en continu possèdent généralement eux aussi au moins une grille placée entre la cathode et l'anode. Cette grille est alimentée par une tension de commande qui permet alors d'ajuster le courant du faisceau d'électrons.

[0015] Mais ces grilles ont des structures qui introduisent des aberrations au niveau des faisceaux élémentaires et ceux-ci convergent mal dans leur ensemble. Ces canons à grille de modulation ou de commande ne permettent pas d'obtenir une transmission satisfaisante du faisceau d'électrons le long du dispositif d'utilisation. Une partie importante de la puissance ne peut pas être récupérée par le dispositif d'utilisation, et elle est dissipée de façon inutile et même nuisible dans ce dispositif.

[0016] La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un générateur de faisceau d'électrons pouvant fonctionner en impulsions ou en continu, à haute tension constante et à basse tension de modulation ou de commande. On obtient avec ce générateur de faisceau d'électrons, un taux de transmission du faisceau entre l'entrée et la sortie du dispositif utilisateur qui est supérieur à celui des tubes comportant un canon à grille selon l'état de l'art connu. Le générateur de faisceau ainsi réalisé est particulièrement compact et il évite l'utilisation d'un modulateur de puissance haute tension.

[0017] Pour atteindre ce but la présente invention propose un générateur de faisceau d'électrons, comprenant un canon à électrons principal comportant une cathode thermo-électronique émettant le faisceau d'électrons vers une anode, caractérisé en ce que, en vue de permettre la commande du faisceau d'électrons sans utilisation d'une grille devant la cathode thermo-électronique, on prévoit en arrière de la cathode thermo-électronique un canon à électrons auxiliaire comportant une cathode auxiliaire émettrice, une anode auxiliaire en contact thermique et électrique avec la cathode thermo-électronique, une grille de commande entre la cathode auxiliaire et l'anode auxiliaire, le canon à électrons auxiliaire émettant un faisceau d'électrons auxiliaire modulable par la grille de commande, ce faisceau d'électrons auxiliaire commandant l'émission du faisceau d'électrons émis par la cathode thermo-électronique.

[0018] Ainsi, on utilise deux canons à électrons montés en série à savoir, un canon auxiliaire du type à grille disposé en amont d'un canon principal sans grille. Le faisceau d'électrons issu du canon principal est commandé par le faisceau d'électrons issu du canon auxiliaire. C'est le faisceau d'électrons du canon auxiliaire qui sert à commander la tension de la cathode du canon principal. De plus, il peut même servir à chauffer la cathode du canon principal. Le faisceau d'électrons issu du canon principal ne traverse pas de grille, n'est pas perturbé et converge correctement. Les perturbations du faisceau d'électrons dans le canon auxiliaire ne se retrouvent pas dans le faisceau d'électrons produit dans le canon principal.

[0019] Selon un premier mode de réalisation le canon auxiliaire est du type des canons à au moins une grille pour tube à interaction longitudinale fonctionnant en impulsions ou en continu. Le canon principal est du type des canons sans grille pour tube à interaction longitudinale fonctionnant en continu. L'anode du canon auxiliaire est pleine et est bombardée par le faisceau d'électrons issu de la cathode du canon auxiliaire.

[0020] Un dispositif de focalisation magnétique ou électromagnétique peut être disposé autour du canon auxiliaire.

[0021] Selon un autre mode de réalisation le canon auxiliaire est du type des canons pour tube classique à structure coaxiale avec une cathode et une anode cylindriques concentriques. Dans les deux réalisations on utilise le même canon principal.

[0022] Selon une caractéristique de l'invention le trajet parcouru par le faisceau d'électrons issu du canon auxiliaire est très inférieur au trajet parcouru par le faisceau d'électrons issu du canon principal. La densité de courant du faisceau d'électrons issu du canon auxiliaire est faible devant la densité de courant du faisceau d'électrons issu du canon principal.

[0023] Le générateur de faisceau d'électrons peut être entouré par une enceinte étanche soumise au vide, divisée en deux compartiments, par une cloison étanche, chacun des canons étant situé dans un des compartiments.

[0024] Chacun des canons peut être placé dans une enceinte étanche, élémentaire, soumise au vide, chacune des enceintes ayant une paroi commune, au moins partiellement.

[0025] Le générateur de faisceau d'électrons est utilisable pour des tubes à interaction longitudinale, fonctionnant en impulsions ou en continu, du type tube à ondes progressives ou klystrons, et même pour des accélérateurs de particules. Elle s'applique particulièrement aux tubes fonctionnant à puissances moyenne et/ou crête élevées.

[0026] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée à titre non limitatif et illustrée des figures jointes:

- la figure 1 représente, en coupe schématique, une première réalisation d'un générateur de faisceau d'électrons conforme à l'invention ;

- la figure 2 représente en coupe schématique une autre réalisation d'un générateur de faisceau d'électrons conforme à l'invention;

- la figure 3 représente un schéma de montage électrique d'un générateur de faisceau d'électrons conforme à l'invention;

- la figure 4 représente une variante du schéma électrique précédent.

- la figure 5 représente en coupe un générateur de faisceau d'électrons comparable à celui de la figure 1.

[0027] Sur ces figures les mêmes références désignent les mêmes éléments. Les proportions ne sont pas respectées dans un souci de clarté.

[0028] Le générateur de faisceau d'électrons représenté sur la figure 1, comporte un canon à électrons 1 auxiliaire construit autour d'un axe de révolution YY′, monté en série avec un canon à électrons 2 principal construit autour d'un axe de révolution situé dans le prolongement de l'axe YY′. Le canon à électrons 2 principal est placé en aval du canon à électrons 1 auxiliaire.

[0029] Le canon à électrons 1 auxiliaire comporte une cathode 3 en matériau thermoémissif, par exemple, portée à une haute tension constante, négative. On peut utiliser une cathode à oxydes.

[0030] Elle est chauffée par un filament 4. En fonctionnement, un faisceau d'électrons 17, d'axe YY′, est émis en direction d'une anode 5. Cette anode 5 est bombardée par les électrons. Elle a avantageusement la forme d'un disque plein et est sensiblement normale à l'axe YY′. Elle peut être réalisée en molybdène par exemple.

[0031] Le canon à électrons 1 auxiliaire représenté ici fonctionne en impulsions. Le générateur de faisceau d'électrons selon l'invention fonctionne aussi en impulsions. Mais cela n'est pas nécessaire et l'invention peut tout à fait s'appliquer à un générateur de faisceau d'électrons fonctionnant en régime continu.

[0032] Le canon à électrons 1 auxiliaire comporte une grille 6 de modulation, insérée entre la cathode 3 et l'anode 5. Cette grille 6 de modulation, est percée d'ouvertures 7 qui canalisent les électrons émis par la cathode 3. En aval de cette grille 6 on obtient une pluralité de faisceaux d'électrons élémentaires 10 qui convergent en direction de l'anode 5 et contribuent à former le faisceau d'électrons auxiliaire 17 venant bombarder l'anode 5. Les proportions des différents éléments de la figure n'étant pas respectées, les faisceaux élémentaires sont disproportionnés. Cette grille 6 de modulation est alimentée par une tension modulée en impulsions, la différence de potentiel entre la grille 6 et la cathode 3 étant faible.

[0033] Sur cette figure, on a représenté une autre grille 8. Elle est insérée entre la grille 6 de modulation. Elle est portée au même potentiel que la cathode 3. Elle aurait même pu reposer directement sur la cathode 3. La grille 8 est percée d'ouvertures 9 qui sont alignées avec les ouvertures 7 de la grille 6 de modulation. Les ouvertures 7 de la grille 6 de modulation sont toutefois plus larges que les ouvertures 9 de la grille 8. La grille 8 sert de masque pour éviter que les électrons sortant de la cathode 3 en regard des parties pleines de la grille 8 aillent bombarder la grille 6.

[0034] Les grilles 6,8 et leurs ouvertures 7,9 sont disposées de manière à ce que les faisceaux élémentaires 10 convergent le mieux possible vers l'anode 5. Si nécessaire, on peut ajouter un dispositif magnétique ou électromagnétique autour du canon à électrons 1 auxiliaire. Ce dispositif de focalisation est représenté avec la référence 65 sur la figure 5. Ce dispositif de focalisation est le plus souvent inutile, dans la pratique, car l'intervalle d compris entre la grille 6 de modulation et l'anode 5 est étroit et le trajet parcouru par les électrons issus de la cathode 3 est court.

[0035] Le canon à électrons 2 principal est monté en série avec le canon à électrons 1 auxiliaire et est placé en aval du canon à électrons 1 auxiliaire. Ce canon à électrons 2 principal est du type des canons pour tube à intéraction longitudinale.

[0036] Le canon à électrons 2 principal comporte une cathode 11 qui est en contact thermique et électrique avec l'anode 5 du canon à électrons 1 auxiliaire.

[0037] En fonctionnement, cette cathode 11 émet un faisceau d'électrons principal 14 vers une anode 15 percée d'une ouverture 16 dans sa région centrale. Le faisceau d'électrons principal 14 traverse ainsi l'anode 15 et peut pénétrer dans un dispositif utilisateur non représenté. Ce dispositif utilisateur peut être le corps d'un tube hyperfréquence à interaction longitudinale.

[0038] La cathode 11 a sensiblement la forme d'un disque, l'une de ses faces principales 12 est fixée par brasage ou tout autre moyen connu de l'homme de l'art sur l'anode 5 du canon à électrons 1 auxiliaire. Son autre face principale 13, tournée vers l'aval du canon à électrons 2 principal, est sensiblement concave de manière à produire un faisceau d'électrons principal 14 convergent. La cathode 11 peut être imprégnée, ou utilisera par exemple du tungstène fritté imprégné de baryum et de calcium.

[0039] La structure d'un générateur de faisceau d'électrons fonctionnant en régime continu serait tout à fait comparable.

[0040] La seule différence se situerait au niveau de l'alimentation de la grille 6 insérée entre la cathode 3 et l'anode 5. Cette grille serait une grille de commande destinée à ajuster le courant du faisceau d'électrons auxiliaire, elle serait alimentée par une tension de commande, la différence de potentiel entre la grille 6 et la cathode 3 étant faible.

[0041] Le fonctionnement du générateur de faisceau d'électrons sera expliqué lors de la description des figures 3 et 4.

[0042] La figure 2 représente une variante d'un générateur de faisceau d'électrons tel que décrit à la figure précédente comportant un canon à électrons 2 principal et un canon à électrons 20 auxiliaire. Ce générateur de faisceau d'électrons peut fonctionner soit en impulsions, soit en régime continu. Les différences entre le générateur de la figure 1 et celui de la figure 2 sont situées uniquement au niveau du canon à électrons 20 auxiliaire. Le canon à électrons principal 2 est identique à celui de la figure 1 aussi bien pour sa position que pour sa structure.

[0043] Le canon à électrons 20 auxiliaire est maintenant un canon pour tube triode classique à structure coaxiale. Ce canon à électrons 20 est toujours construit autour de l'axe YY′ de révolution. Il comporte une cathode 22 cylindrique, creuse centrée sur l'axe YY′. Elle est chauffée par un filament 23. Le filament 23 est placé à l'intérieur de la cathode le long de l'axe YY′. La cathode 22 est portée à une haute tension constante. On trouve ensuite une grille 24 qui entoure la cathode 22 puis une anode 25 qui entoure la grille 24. Une deuxième grille pourrait être utilisée comme sur la figure 1. La grille 24 est percée d'ouvertures 28.

[0044] La grille 24 et l'anode 25 ont chacune la forme d'un cylindre creux et sont coaxiales avec la cathode 22. La grille 24 est alimentée par une tension de modulation en impulsions lorsque le générateur de faisceau d'électrons fonctionne en impulsions, ou par une tension de commande lorsque le générateur de faisceau d'électrons fonctionne en régime continu, la différence de potentiel entre la grille 24 et l'anode 25 étant faible dans les deux cas.

[0045] L'anode 25 est en contact thermique et électrique avec la cathode 11 du canon à électrons principal. Pour pouvoir réaliser ce contact, l'anode 25 à une extrémité 27 qui est fermée par une paroi 29 sensiblement normale à l'axe YY′. La cathode 11 sera fixée par brasage ou tout autre moyen connu de l'homme de l'art sur cette paroi 29.

[0046] En fonctionnement la surface extérieure de la cathode 22 émet un faisceau d'électrons 26 dont les électrons se déplacent selon des directions radiales par rapport à l'axe YY′.

[0047] Ces électrons traversent la grille 24 par des ouvertures 28 et sont captés par l'anode 25.

[0048] La distance entre la cathode 22 et l'anode 25 étant faible, il n'est pas nécessaire d'introduire un dispositif de focalisation. Par contre un dispositif de focalisation magnétique ou électromagnétique pourra être placé de façon connue autour du canon à électrons 2 principal.

[0049] La figure 3 représente un schéma de montage électrique d'un générateur de faisceau d'électrons conforme à l'invention fonctionnant en impulsions.

[0050] Le canon à électrons auxiliaire est référencé 30 et il comporte une cathode 31, un filament de chauffage 32, une grille 33 reliée à la cathode 31, une grille de modulation 34 et une anode 35. Le canon à électrons principal est référencé 36 et comporte une cathode 37 en contact thermique et électrique avec l'anode 35, un filament 41 chauffant la cathode 37 et une anode 38. La cathode 37 émet un faisceau d'électrons principal qui après avoir traversé l'anode 38 pénètre dans un dispositif utilisateur 39 qui ici est en forme de tunnel. Ce dispositif utilisateur 39 et l'anode 38 sont portés à une masse. A la sortie du tunnel, le faisceau d'électrons principal est recueilli par un collecteur 40 également porté à une masse.

[0051] Le filament 32 est relié à une alimentation 150 qui délivre en permanence une tension de chauffage.

[0052] La cathode 31 ainsi que la grille 33 sont reliées à une alimentation 151 qui délivre une haute tension négative de l'ordre de quelques kilovolts à quelques centaines de kilovolts par rapport à une masse. Une résistance R, de forte valeur est connectée entre l'anode 35 et la borne négative de l'alimentation 151.

[0053] La grille de modulation 34 est reliée à une alimentation 152 qui délivre une tension modulée en impulsions. La différence de potentiel Vg entre la grille 33 et la cathode 31 est faible. Elle peut être de l'ordre de 500 volts à 1000 volts en valeur absolue.

[0054] Lorsque la différence de potentiel Vg entre la grille 34 et la cathode 31 est négative, le canon à électrons auxiliaire 30 est dans un état bloqué. La grille 34 repousse les électrons émis par la cathode 31. L'anode 35 du canon à électrons auxiliaire 30 est alors portée à un potentiel proche de celui de la cathode 31, du fait de l'absence de courant dans le canon à électrons 30 auxiliaire.

[0055] La cathode 37 du canon à électrons principal 36 se trouve portée à un potentiel faible par rapport à la masse en raison de la chute de tension dans la résistance R de forte valeur sous l'influence d'un courant d'émission thermoïonique induit par l'alimentation 151. Le canon à électrons principal est pratiquement bloqué.

[0056] Lorsque la différence de potentiel Vg entre la grille 34 et la cathode 31 est positive, le canon à électrons auxiliaire 30 se débloque. La cathode 31 chauffée par le filament 32, émet un faisceau d'électrons auxiliaire qui n'est plus repoussé par la grille 34. Ce faisceau d'électrons auxiliaire bombarde l'anode 35. L'anode 35 se trouve ainsi pratiquement au potentiel de la cathode 31, c'est à dire à la haute tension négative moins la chute de tension interne du canon à électrons 30 auxiliaire.

[0057] Le filament 41 de chauffage de la cathode 37 est relié à une alimentation 153 délivrant une tension de chauffage. La cathode 37 chaude et portée pratiquement au même potentiel que l'anode 35 émet un faisceau d'électrons principal vers l'anode 38, ce faisceau pénétrant dans le dispositif utilisateur 39.

[0058] La tension délivrée par l'alimentation 152 étant modulée en impulsions le canon à électrons 30 auxiliaire passera d'un état bloqué à un état débloqué. Ces deux états se succédant rapidement, le faisceau d'électrons principal sera modulé en impulsions.

[0059] En fonctionnement, le filament de chauffage 41 peut être mis hors circuit, la cathode 37 continuant à être chauffée par l'anode 35 bombardée par le faisceau d'électrons auxiliaire. Le filament 41 ne sert qu'au démarrage du générateur de faisceau d'électrons, et il augmente les capacités parasites. S'il ne sert qu'au démarrage on peut envisager que le filament 41 soit supprimé et soit remplacé par une alimentation 154 auxiliaire, placée en parallèle avec la résistance R. Cette alimentation 154 pourra être éventuellement déconnectée dès que le canon à électrons auxiliaire commencera à bombarder l'anode 35. Cette variante est représentée sur la figure 4. Bien entendu, en période de chauffage, le potentiel de la grille 34 par rapport à la cathode 31 doit être positif pour permettre au courant de circuler dans le canon à électrons auxiliaire 30.

[0060] Lorsque le générateur de faisceau d'électrons fonctionne en régime continu, le schéma de montage électrique est similaire compte tenu de la différence d'alimentation de la grille du canon auxiliaire qui est destinée à ajuster le courant du faisceau d'électrons auxiliaire. Cette grille au lieu d'être alimentée par une tension en impulsions est alimentée par une tension de commande que l'on peut régler.

[0061] La figure 5 représente en coupe un générateur de faisceau d'électrons fonctionnant en impulsions ou en continu selon l'invention. Ce générateur est comparable à celui décrit à la figure 1. Il est construit autour d'un axe de révolution YY′. Il comporte un canon à électrons principal 50 monté en série avec un canon à électrons auxiliaire 51.

[0062] Le canon à électrons 50 principal est du type des canons pour tube à interaction longitudinale fonctionnant en continu. Il est constitué d'une cathode 52, d'une anode 53 et d'un filament 54 destiné à chauffer la cathode 52. L'anode 53 est solidaire d'un dispositif d'utilisation 55 en forme de tunnel.

[0063] Le canon à électrons 51 auxiliaire est du type des canons à grille pour tube à interaction longitudinale fonctionnant en impulsions ou en continu. Il comporte une cathode 60 chauffée par un filament 61, deux grilles 62,63 (la grille 62 étant intercalée entre la grille 63 et la cathode 60) et une anode pleine 64. La grille 62 est au potentiel de la cathode 60 et sert de masque. La grille 63 est une grille de modulation ou de commande. La cathode 52 est en contact thermique et électrique avec l'anode 64.

[0064] On a représenté plusieurs dispositifs de focalisation 65,66,67 constitués d'une suite d'aimants alternés.

[0065] Le premier 65 entoure le canon à électrons 51 auxiliaire. Le second 66 entoure le canon à électrons 50 principal. Le troisième 67 entoure le dispositif d'utilisation 55. Ils contribuent à ce que les faisceaux d'électrons émis par la cathode 60 et la cathode 52 convergent bien. On pourrait envisager de supprimer le dispositif de focalisation 65 qui entoure le canon à électrons auxiliaire, en effet le trajet parcouru par le faisceau d'électrons, dans l'intervalle d entre la cathode 60 et l'anode 64 est court.

[0066] Des entretoises 67 isolantes, en céramique par exemple, de forme cylindrique servent de support aux électrodes et les isolent électriquement les unes des autres. Ces entretoises 67 contribuent à réaliser une enceinte 68 étanche entourant toutes les électrodes. Cette enceinte 68 est soumise au vide. De préférence, une cloison étanche 69 divise l'intérieur de l'enceinte 68 en deux compartiments 70,71 distincts, étanches. Le compartiment 70 entoure le canon à électrons 50 principal et le compartiment 71 entoure le canon à électrons 51 auxiliaire.

[0067] Le fait de séparer l'enceinte 68 en deux compartiments 70,71 permet de rendre indépendantes les ambiances baignant les deux canons à électrons. Des dégazages intempestifs de pièces métalliques appartenant aux deux canons peuvent toujours intervenir, en fonctionnement, même si le vide règne à l'intérieur de l'enceinte 68.

[0068] Sur la figure, la cloison 69 est constituée d'une pièce métallique, elle peut ainsi assurer l'alimentation électrique de l'anode 64.

[0069] On aurait pu enfermer chacun des deux canons à électrons 50,51 dans une enceinte distincte, ces deux enceintes pouvant avoir une paroi commune ou une portion de paroi commune.

[0070] Des pièces 72 métalliques, en nickel ou en cuivre par exemple, permettent d'éviter les claquages par arcs électriques. Elles sont reliées à une électrode ou à une partie d'un des canons portée à un potentiel élevé en valeur absolue. Elles canalisent les champs électriques vers les entretoises isolantes 67 et/ou vers l'extérieur de l'enceinte 68. Ces pièces 72 ont au moins une de leurs extrémités en forme de boucle. Les boucles s'étendent soit vers l'extérieur de l'enceinte 68, soit vers l'intérieur.

[0071] Un faisceau d'électrons issu d'une cathode a naturellement tendance à diverger, à cause notamment des effets de répulsions mutuelles des électrons.

[0072] Les électrons issus de la cathode 60 parcourent un trajet court avant d'atteindre l'anode 64. Les électrons issus de la cathode 52 parcourent un trajet long car après avoir traversé l'anode 53 ils pénètrent dans le dispositif utilisateur 55.

[0073] Plus le trajet est court moins le faisceau d'électrons a tendance à diverger et l'on peut produire un faisceau dont la densité de courant est faible. Au contraire, plus le trajet parcouru par le faisceau d'électrons est long plus il faut que la densité de courant du faisceau soit importante. La durée de vie d'une cathode varie de façon inversement proportionnelle à la densité de courant du faisceau d'électrons produit. Lorsque le générateur de faisceau d'électrons selon l'invention fonctionne, sensiblement le même courant parcourt les deux cathodes 60 et 52. On pourra choisir une cathode 60 ayant une surface plus grande que celle de la cathode 52, le faisceau d'électrons issu de la cathode 60 aura ainsi une densité de courant plus faible que le faisceau d'électrons issu de la cathode 52.

[0074] On réalisera un compromis en choisissant les dimensions des deux cathodes car il faut que la totalité du faisceau d'électrons auxiliaire issu de la cathode 60 agisse sur la cathode 52. De plus, il faut que la durée de vie de la cathode 52 soit correcte. Sur la figure, les proportions ne sont pas respectées.

[0075] Cette construction permet d'obtenir un générateur de faisceau d'électrons fonctionnant en impulsions ou en continu particulièrement compact. En comparant avec les constructions classiques, cette réalisation permet de réduire la capacité parasite de la cathode 52 par rapport à la masse, de réduire l'énergie utilisée pour la modulation en impulsions et d'optimiser les temps de montée et descente des impulsions.

[0076] Le faisceau d'électrons principal n'est pas perturbé par la traversée de grilles. Le taux de transmission du faisceau d'électrons principal entre l'entrée et la sortie du dispositif d'utilisation est voisin de celui obtenu avec un canon sans grille, fonctionnant en continu, c'est à dire de l'ordre de 99 %. Avec cette construction on conserve tous les avantages de la modulation en impulsions ou de la commande du courant du faisceau d'électrons sans introduire les inconvénients provenant des grilles.

[0077] Un tel générateur de faisceau d'électrons a une application dans les tubes à interaction longitudinale tels que les tubes à ondes progressives ou les klystrons. Plus spécialement on peut l'utiliser dans des tubes à puissances crête et/ou moyenne élevées en raison du taux de transmission important du faisceau d'électrons entre l'entrée et la sortie du dispositif d'utilisation.

[0078] Ce générateur de faisceau d'électrons peut aussi être utilisé dans des accélérateurs de particules.

[0079] La présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits notamment en ce qui concerne la géométrie des éléments constituant les deux canons à électrons.

Revendications

1 - Générateur de faisceau d'électrons (14), comprenant un canon à électrons principal (2) comportant une cathode thermo-électronique (11) émettant le faisceau d'électrons vers une anode (15), caractérisé en ce que, en vue de permettre la commande du faisceau d'électrons (14) sans utilisation d'une grille devant la cathode thermo-électronique, on prévoit en arrière de la cathode thermo-électronique (11) un canon à électrons (1) auxiliaire comportant une cathode auxiliaire (3) émettrice, une anode auxiliaire (5) en contact thermique et électrique avec la cathode thermo-électronique (11), une grille (6) de commande entre la cathode auxiliaire (3) et l'anode auxiliaire (5), le canon à électrons auxiliaire (1) émettant un faisceau d'électrons auxiliaire (17) modulable par la grille (6) de commande, ce faisceau d'électrons auxiliaire (17) commandant l'émission du faisceau d'électrons (14) émis par la cathode thermo-électronique (11).

2 - Générateur de faisceau d'électrons (14) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'anode auxiliaire (5) du canon à électrons auxiliaire (1) est appliquée sur la face arrière (12) non émissive de la cathode thermo-électronique (11) du canon à électrons principal (2).

3 - Générateur de faisceau d'électrons selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, le générateur de faisceau étant construit autour d'un axe YY′ de révolution, la cathode auxiliaire (3), la grille (6) et l'anode auxiliaire (5) du canon à électrons auxiliaire (1) se succèdent le long de l'axe YY′ de manière à ce que les électrons du faisceau d'électrons auxiliaire (17) soient dirigés sensiblement le long de cet axe.

4 - Générateur de faisceau d'électrons selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'anode auxiliaire (5) du canon à électrons auxiliaire est pleine.

5 - Générateur de faisceau d'électrons selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le canon à électrons auxiliaire est entouré d'un dispositif de focalisation magnétique ou électromagnétique.

6 - Générateur de faisceau d'électrons selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'anode auxiliaire (25) , la grille (24) et la cathode auxiliaire (22) sont creuses, cylindriques d'axe YY′, concentriques, la grille (24) entourant la cathode auxiliaire (22) et étant entourée de l'anode auxiliaire (25), afin que les électrons du faisceau d'électrons auxiliaire (26) soient émis dans des directions radiales à l'axe YY′.

7 - Générateur de faisceau d'électrons selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le trajet parcouru par le faisceau d'électrons auxiliaire (17) dans le canon auxiliaire (1) est plus court que le trajet parcouru par le faisceau d'électrons (14) dans le canon principal (2).

8 - Générateur de faisceau d'électrons selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la surface d'émission de la cathode auxiliaire (3) est supérieure à la surface d'émission de la cathode thermo-électronique (11) de manière à ce que la densité de courant du faisceau d'électrons auxiliaire (17) soit plus faible que la densité de courant du faisceau (14).

9 - Générateur de faisceau d'électrons selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la cathode thermo-électronique (11) est chauffée par un filament.

10 - Générateur de faisceau d'électrons selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chacun des canons à électrons (1), (2) est placé dans une enceinte étanche.

11 - Générateur de faisceau d'électrons selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est entouré d'une enceinte étanche (68) séparée en deux compartiments (70,71) étanches par une cloison (69), chaque canon à électrons (1),(2) étant placé dans un des compartiments (70,71).

12 - Tube à interaction longitudinale pouvant fonctionner en impulsions ou en continu, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de faisceau d'électrons selon l'une des revendications 1 à 11.

13 - Accélérateur de particules, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de faisceau d'électrons selon l'une des revendications 1 à 11.

Dessins