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Étude d’une source d’électrons à noyaux d’oxydes
chauffée par induction haute-fréquence
H. Bardeau, R. Picca
To cite this version:
LE
JOURNAL
DE
PHYSIQUE
B
ET
LE RADIU11
PHYSIQUE
APPLIQUÉE
ÉTUDE
D’UNE SOURCED’ÉLECTRONS
A NOYAUX D’OXYDESCHAUFFÉE
PAR INDUCTION
HAUTE-FRÉQUENCE
Par H. BARDEAU et R.
PICCA,
Laboratoire
d’Optique
Électronique
du C. N. R. S. de Toulouse.Résumé. 2014
Description
d’une cathode à noyau d’oxydes constituant une source d’électronsplane, géométriquement bien définie, de luminance élevée à basse température et permettant
l’obtention d’un faisceau électronique de grande finesse. Abstract. 2014
Description
of an oxide-cored cathode f orming aplane
electron source, geometricallywell defined, with a high
intensity
at low temperature and giving a very fine electron beam.Le but de cette étude a été de réaliser une source
d’électrons
plane, géométriquement
biendéfinie,
de brillance élevéepouvant
être utilisée enmicros-copie électronique.
Cette source est constituée parune cathode à noyau
d’oxydes
chauffée dans unfoui H. F.
La cathode est une
tige
de nickel de 5 mm dediamètre et de 20 mm de
longueur perèée
d’untrou axial de 3 mm 0. Dans ce trou est
logé
undeuxième tube de même
nature,
maintenu par unevis à
pointeau (fig..
1).
Ce tube estrempli
d’unepâte
de carbonates debaryum
et destrontium,
puis
sertie à uneextrémité ;
-,l’autre,
légèrement
conique,
estpassée
à travers unjeu
de filièrescali-FIG. 1.
brées de
façon
à réduire le diamètre du trouaxial,
qui
limitera la sourceémissive,
à des valeurs allantde 100 à 20 (L.
Les carbonates de
baryum
et de strontium ontété
préparés
sous forme d’unesuspension
dans unesolution de
parlodion
à 1%
dans l’acétated’iso-amyle.
L’émissionélectronique
est obtenueaprès
avoir
décomposé
ces carbonates parchauffage
sousvide à 900 °C
pendant
une heure. Dans cescondi-tions,
le courant d’émission estcompris
entre0,8
et1,4
A/cm2
à 1000 oc.La cathode est chauffée en la
plaçant
dans unfour H. F. alimentée par
un générateur
de 5 MHz.L’oscillateur est du
type
Colpitts utilisant une138.
tode 5 T 500 A 1
(figez 2).
Le four est constitué par4
spires
d’un fil de cuivre de dian être 2 mmfor-mant une bobine L de 10 mm de diamètre intérieur.
FIG. 2. -
Montage du générateur haute-fréquence.
Celle-ci
Iétant
portée
aupotentiel
de la cathode(-
25kV),
il est nécessaire d’inte. poser entre lefour et le
générateur
H. F. un transformateurd’iso-lement L’L". L’étude
théorique
du rendeinent dufour
[1]
montre que le métal dont est formée la cathode doit avoir unegrande
résistivité devantFIG. 3. - A : cathode
à noyau d’oxydes. B : trous de visée.
C : cylindre de Wehnelt. D : anode.
celle de l’inducteur L. Le choix du nickel a été
déterminé,
non seulement pour satisfaire à cettecondition mais aussi parce que ce matériau est
facile à usiner et que son
point
de fusion (1452OC)
est
supérieur
à latempérature
d’utilisation de la cathode. Les mesures detempérature
faites aupyromètre
optique
ont montré que, dans cescondi-tions,
lacathode
était chauffée uniformément danstoute sa masse.
Le Wehnelt utilisé est un
cylindre
dutype
Brucket Bricka
[2]
à concavité tournée vers l’anode(fig.
3).
Sa1polarisation
est,
obtenue à l’aide d’unpotentiomètre
alimenté parpiles.
La tensionano-dique
a été fixée à 25kV,
limiteimposée
pa.r letransformateur d’isolement à air L’L".
Résultats
expérimentaux.
- 10 D E N SIT ÉDE
COURANT : La
figure
4 montre ledispositif
expéri-1
FIG. 4. -
Montage expérimental.
mental utilisé. Il
comprend
dans1une
enceinte àvide :
- le
canon à électrons
comprenant
la cathode àoxydes,
lecylindre
de Wehneltporté
à unpotentiel
de
polarisation
négatif
-Fi
par
rapport
à lacathode,
une anode aupotentiel
accélérateurFla ;
-
un écran fluorescent muni en son centre d’un
- une
cage de
Faraday
qui
recueille les électronsayant
traversé lediaphragme
D. Cerécepteur
d’electronspeut
êtreescamoté,
cequi
permet
derecevoir le faisceau sur une
plaque
photogra-phjque
P.Par
définition,
la densité de courant à travers lasurface S du
diaphragme
Dest j
=I /S
où I estle courant recueilli dans la cage de
Faraday.
Pourune
température
d’émission et une tensionaccélé-ratrice
données,
la variation de lapolarisation
duWehnelt va faire subir au cross-over une
trans-lation le
long
de l’axeoptique
Pour une certainetension de
polarisation,
l’image
du cross-overdonnée par l’anode
viendra
se former dans leplan
dudiaphragme
D. La densité de courant atteindra alors sa valeur maximum.La
figure
5 donne la variation de la densité decourant en fonction de la tension de
polarisation
du Wehnelt pour différentes
températures
de laFIG. 5.
cathode et pour une tension accélératrice de 25 kV.
On remarque que la densité de courant passe par un
maximum pour une tension de - 75 volts
lorsque
la
température
d’émission
est de 1 100 °C.Pour connaître la forme de la section droite du
faisceau le
long
decelui-ci,
on retire lediaphragme
D et on
reçoit
directement le faisceau sur laplaque
photographique
P. Lafigure
6 donne lesdifférents
aspects
de la trace du faisceau pour diverses valeurs de la tension depolarisation
du Wehnelt. Oncons-tate que pour
V w
= -- 60 voltsl’image
est laplus
petite,
ellecorrespond
àl’image
de la source dont lediamètie était de 100 u. On remarque
également
que la trace du faisceau esttoujours
très biendé-FIG. 6.
finie contrairement à celle obtenue à
partir
d’une cathodeclassique
detungstène
en formed’épingle
à cheveux. A noter que
l’image
étan t trèsbrillante,
il n’est pas
possible
de laphotographier
dans les conditions normalesd’utilisation ;
il est nécessairede diminuer cette brillance en réduisant la
tempé-rature de la cathode.
20 LUMINANCE. - Les mesures de luminance ont
été effectuées par la méthode
classique
de140
FIG. 8.
Haine
[3].
Lemontage
optique
est celuiindique
surla’ figui
e 7. Il se compose, outre le canon àélectrons,
d’un condenseur muni d’un
diaphragme
Dl
de0,5
mm de diamètrequi
forme uneimage
du cross-over dans leplan
d’undiaphragme
D 2
de50 y placé
à l’entrée de la cage de
Faraday.
En
désignant
parS2
la surface, dudia-phragme
D2,
par 1 le courantélectronique
recueilli,
et par
H
l’angle
solide souslequel
on voit ledia-Dhragme
D2
à travers le condenseurdepuis
lecentre de l’orifice de la cage, la luminance L de la
source est donnée par la relation L ==
la-82-Comme il =
S1/d2
où 8.représente
la distance des deuxdiaphragrnes,
la luminance est doncégale
àLa courbe de la
figure
8 donne la variation de laluminance en fonction de la
température
pour unetension accélératrice de 25 kV. On voit que pour 1 100
oC,
la luminance atteint 60 000A/cm2. str.
Cette valeur est du même ordre que celle calculée à
partir
de la formule deLangmuir
pour une cathode entungstène portée
à unetempérature
de 2 500 °C.Dans les conditions d’utilisation décrites
ci-dessus,
cette nouvelle cathode à noyaud’oxydes
aune durée de vie de l’ordre de 6 à 8
jours.
BIBLIOGRAPHIE
[1] CAMINADE (J.), Thèse de doctorat de spécialité,
Tou-louse,1961.
[2] BRUCK et BRICKA, Ann. Radioélectr., 1948, 3, 339-343.
[3] HAINE et EINSTEIN, Brit. J. Appl. Physics, 1952, 3,
