THERMO-IONIQUE ÉMISSION

Aspect pratique

Pour son emploi dans les tubes électroniques, un émetteur thermoélectronique doit posséder de nombreuses qualités, à savoir :

– pouvoir émissif élevé (quelques micro-ampères à plusieurs dizaines d'ampères par centimètre carré en impulsion),

– durée de vie suffisante (plusieurs dizaines de milliers d'heures),

– bon rendement,

– bonne résistance mécanique,

– faible tension de vapeur,

– résistance suffisante au bombardement ionique.

Le problème est de trouver un matériau dont la vitesse d'évaporation reste admissible lorsqu'on le chauffe à haute température pour lui faire émettre des électrons. Le choix de l'émetteur est ainsi déterminé grâce à un compromis entre ces deux qualités.

On classe les cathodes en deux grandes catégories : les cathodes à structure simple et les cathodes à structure complexe. Les cathodes à structure simple sont les cathodes en métal pur, les cathodes à couches minces adsorbées et les cathodes constituées d'un métal recouvert d'une couche épaisse homogène. Le tableau donne un aperçu de leurs propriétés. Les cathodes à structure complexe se subdivisent en deux grandes catégories, l'une dérivant des perfectionnements des cathodes à oxydes, l'autre comprenant des cathodes dites à réservoir.

Toutes ces cathodes sont utilisées dans les tubes électroniques tels que diodes, triodes, penthodes, klystrons, carcinotrons, tubes à ondes progressives, lasers, thyratrons, etc., et tous ces tubes fonctionnent avec des champs accélérateurs.

Il faut cependant signaler une utilisation particulière des cathodes à couches adsorbées, constituées par le convertisseur thermo-ionique. Ce tube fonctionne sans champ électrique appliqué. Le principe en est simple : on chauffe un émetteur d'électrons, de préférence en tungstène, face à une électrode. L'ensemble est placé sous vide dans une pression partielle de vapeur de césium. Les électrons qui ont une énergie thermique suffisante franchissent la barrière de potentiel et sont recueillis par le collecteur. Il apparaît alors aux bornes des deux électrodes une différence de potentiel qu'on appelle différence de potentiel de contact. On dispose ainsi d'un générateur à basse tension et à courant élevé (0,7 V et 7 A ( cm^-2). On sait réaliser à l'heure actuelle des diodes ayant des surfaces de 60 cm². L'énergie nécessaire au chauffage peut être d'origine solaire (en plaçant l'émetteur au foyer d'un miroir concave), d'origine chimique (en plaçant l'émetteur dans une flamme d'essence) ou d'origine nucléaire (en plaçant le convertisseur dans le cœur d'un réacteur nucléaire). On peut, à l'aide de ce dernier moyen, construire des générateurs de plusieurs dizaines de kilowatts électriques sans pièce tournante.