FR2715007A1 - Commutateur pseudospark déclenché par décharge corona. - Google Patents

Abstract

Commutateur électronique à gaz, comprenant deux électrodes creuses (22, 24), chaque électrode comportant au moins un trou (26, 28), les deux électrodes étant arrangées dans une chambre de décharge gazeuse (30) contenant un gaz à décharge à pression p, chaque trou d'une des deux électrodes étant situé en regard d'un trou de l'autre électrode, des moyens (32, 34, 36) pour initier la décharge, ces derniers comprenant: un élément en un matériau diélectrique (32), une électrode de déclenchement (34) placée au voisinage de l'élément diélectrique, et une grille métallique (36) située au voisinage d'une surface de l'élément diélectrique, de telle façon que l'élément diélectrique soit situé entre l'électrode de déclenchement et la grille.

Description

COMMUTATEUR PSEUDOSPARK DECLENCHE PAR DECHARGE CORONA
DESCRIPTION
Domaine technique
La présente invention a pour objet un commutateur de type "pseudospark" déclenché par une décharge corona.

Ces dernières années ont vues la découverte et le développement d'un nouveau type de commutateur à plasma, communément appelé "pseudospark". Les performances de ces dispositifs (tenue en tension de 50kV, courant commuté supérieur à 100kA, taux de croissance du courant voisin de 1012A/s, cadence de répétition pouvant atteindre 50 kHz, délai de commutation et jitter respectivement inférieur à 50 et Ions, sont dès à présent tout à fait remarquables, et les pseudosparks apparaissent comme des composants de choix pour toute application d'électronique de puissance nécessitant la commutation de tension et/ou de courant élevé : générateur de faisceau intense de particules, accélérateur à induction, lentille à plasma, laser de puissance, etc.

Etat de la technique
On a représenté sur la figure 1 le schéma de la structure d'un commutateur pseudospark. Celui-ci est constitué de deux électrodes creuses 2 et 4, séparées d'une distance de quelques millimètres, dont les faces 6, 8 en regard, planes et parallèles, sont percées par des ouvertures 10, 12 de quelques millimètres. La pression interne, de l'ordre de quelques dizaines de
Pascal, est telle que la tenue en tension V est d'autant plus grande que la pression p est basse, et que la distance inter-électrode d est faible : on se trouve dans la branche de gauche (16) de la courbe de
Paschen représentée sur la figure 2. Dans ces conditions, au moment de la décharge, le claquage s'effectuera suivant le chemin le plus long d'une électrode à l'autre et produira une décharge axiale entre les trous. Afin d'initier la décharge, il faut générer dans la cavité cathodique une faible quantité d'électrons germes, de l'ordre de 109cm-3.

Bien que le développement spatio-temporel de la décharge pseudospark ne soit par parfaitement compris à l'heure actuelle, des modèles récents dont les prédictions sont qualitativement en accord avec les résultats expérimentaux, permettent de schématiser le fonctionnement de la décharge selon trois phases distinctes. Une description de ces trois phases est donnée dans l'article de J. Christiansen et W. Hartmann publié dans "Gas Discharge Closing Switches" édité par
G. Schaefer, Plenum Press, New York, 1990, pp. 509 et suivantes.

Un des paramètres critiques concernant ce type de décharge est son mode de déclenchement. Plusieurs modes de déclenchement ont déjà été proposés dans l'art antérieur : on pourra se reporter à l'article de K.

Frank et al. dans IEEE Transaction on Plasma Science, vol. 16, N02, pp 317 à 323, Avril 1988, ainsi qu'à l'article K. Frank et al., dans "Gas Discharge Closing
Switches", édité par G. Schaefer et al., Plenum Press,
New York, 1990, pp. 521 et suivantes.

Les modes de déclenchement connus sont soit électriques, soit optiques.

Dans la catégorie des modes de déclenchement électrique, on trouve essentiellement le déclenchement avec électrode auxiliaire, le déclenchement avec injection de charges, ou le déclenchement par étincelle glissante. Parmi les modes de déclenchement optique, on trouve essentiellement la méthode par éclairement U.V.

de la face arrière de la cathode, par laser ou par flash encore appelée "Back-Lit-Thyratron" (BLT).

Chaque type de déclenchement possède ses avantages et ses inconvénients vis-à-vis des divers paramètres de fonctionnement de la décharge pseudospark : durée de vie, jitter et délai, isolation, etc.

Ainsi, le déclenchement par étincelle glissante est de mise en oeuvre très simple, produit les délais et jitter les plus faibles, mais sa durée de vie est relativement limitée (moins de 105 coups). Le déclenchement par injection de charges, objet du brevet
EP-B-324 817, permet d'obtenir les cadences de répétition et les durées de vie (environ 109 tirs) les plus élevées, mais au prix d'une complication non négligeable du composant : en effet, on doit introduire dans le système des électrodes supplémentaires avec des moyens de polarisation et de contrôle électronique complexes. De plus, avec cette méthode d'injection de charges, on ne peut atteindre des délais et des jitters faibles qu'au prix de l'introduction d'une décharge auxiliaire supplémentaire. Quant au mode de déclenchement optique, il n'est, à l'heure actuelle, pas adapté au déclenchement des lasers industriels, même si il représente une solution idéale pour le problème de l'isolation électrique, et même si il permet le déclenchement simultané de plusieurs pseudosparks, à l'aide de fibres optiques.

Enfin, quel que soit le mode de déclenchement choisi, on doit maintenir entre les deux électrodes creuses, tant qu'il n'y a pas de décharge, une différence de potentiel inférieure à la tension à partir de laquelle il y a auto-amorçage du commutateur pseudospark, encore appelée tension d'auto-amorçage. Le déclencheur idéal doit permettre de travailler de manière contrôlée dans la plus grande plage possible de tensions, c'est-à-dire pour toute tension appliquée aux bornes du pseudospark, de quelques volts à la tension d'auto-amorçage.

On ne dispose donc pas, actuellement, d'un mode de déclenchement qui présente simultanément les qualités suivantes - une mise en oeuvre simple, avec possibilité de
travailler en régime non scellé, autorisant une
éventuelle réparation et n'exigeant pas le
remplacement de tout le composant, - une longue durée de vie, comparable, dans le cas
d'une utilisation dans un laser, à celle des autres
composants du laser (au minimum 108 coups), - la possibilité de commuter l'énergie à des niveaux de
puissance compatibles avec les spécifications
industrielles, notamment dans le domaine des lasers
pour l'industrie (excimères, Cl2), en particulier
une tension commutée d'au moins 20kV,
une énergie commutée pouvant atteindre 60J,
tout en maintenant entre les électrodes une tension
relativement basse (de l'ordre de quelques dizaines
de Volts), - une efficacité de déclenchement permettant de
travailler, avec le même dispositif et les mêmes
réglages, dans une gamme de tension s'étendant de
quelques volts à plusieurs dizaines de kilovolts.

Exposé de l'invention
L'invention a justement pour objet de résoudre ces problèmes.

Elle concerne un commutateur électronique à gaz, comprenant deux électrodes creuses, chacune pouvant servir de cathode ou d'anode, chaque électrode comportant au moins un trou, les deux électrodes étant arrangées dans une chambre de décharge gazeuse contenant un gaz ionisable à pression p, de telle façon que chaque trou d'une des deux électrodes soit situé en regard et à une distance d d'un trou de l'autre électrode, une différence de potentiel Vi étant maintenue entre les deux électrodes, la distance d, la pression p et la tension Vi étant telles que le point (pxd, Vi) soit situé sous la branche gauche de la courbe de Paschen qui représente, en fonction du produit pxd, la valeur minimum Vm de la tension d'amorçage d'une décharge entre ces deux électrodes, ladite branche correspondant à une partie décroissante de cette fonction, des moyens pour initier la décharge, caractérisé en ce que ces moyens pour initier la décharge comprennent - un élément en un matériau diélectrique, - une électrode de déclenchement placée au voisinage de
l'élément diélectrique, - une grille métallique située au voisinage d'une
surface de l'élément diélectrique, de telle façon que
l'élément diélectrique soit situé entre l'électrode
de déclenchement et la grille.

Un tel commutateur offre l'avantage d'être de structure extrêmement simple, tout en ayant une durée de vie longue (plusieurs 107 tirs), un délai d'amorçage et un jitter faible (respectivement inférieurs à 50 nanosecondes et 10 nanosecondes). En outre, il permet de commuter une tension d'au moins 20kV, une énergie d'environ 60J, l'initiateur n'occasionnant que peu de perte. Enfin, il suffit de maintenir, hors régime de décharge, une différence de potentiel de quelques dizaines de volts entre les électrodes creuses pour que l'initiateur puisse amorcer une décharge pseudospark.

Avantageusement, l'élément diélectrique d'un commutateur tel que décrit ci-dessus est fixé dans une ouverture pratiquée dans une paroi d'une des électrodes creuses, de façon à ce que la grille soit dans ou dirigée vers l'intérieur de ladite électrode. Selon une autre alternative, cet élément diélectrique est fixé à l'intérieur d'une des électrodes creuses, de telle façon que la grille soit tournée vers le trou de ladite électrode.

Pour chaque électrode, le ou les trou(s) peu(ven)t être réalisé(s) dans une paroi plane, les deux parois étant maintenues parallèles à la distance d.

La grille, le diélectrique et l'électrode de déclenchement peuvent être alors tous trois situés dans des plans sensiblement parallèles aux parois planes dans lesquelles sont réalisées les trous.

Chaque électrode creuse peut avoir sensiblement la forme d'un cylindre à base circulaire, les axes des deux cylindres étant confondus.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, un commutateur tel que décrit ci-dessus, est caractérisé en ce que chaque électrode comporte une série de trous, disposés de telle façon que chaque trou de chaque électrode soit situé en regard d'un trou de l'autre électrode creuse.

Chaque électrode creuse peut alors présenter une forme sensiblement parallélépipédique ou cylindrique.

Avec ce second mode de réalisation, on peut initier simultanément dans tous les trous une décharge pseudospark. Ce mode de réalisation présente en outre l'avantage de diminuer l'inductance de l'ensemble et d'accroître la durée de vie de chaque électrode.

Dans tous les cas, la valeur de la constante diélectrique s du matériau diélectrique peut être comprise entre 1 et 10, ou entre 10 et 50, ou entre 50 et 1000, ou supérieure à 1000.

Brève description des figures
De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de réalisation, donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels
- la figure 1, déjà décrite, représente schématiquement la structure d'un commutateur pseudospark,
- la figure 2 représente une courbe de Paschen typique et les différentes régions associées aux différents modes de fonctionnement possibles,
- la figure 3 représente un premier mode de réalisation d'un commutateur pseudospark selon l'invention,
- la figure 4 représente, en coupe, une cellule élémentaire de l'initiateur employé dans la décharge pseudospark selon l'invention,
- les figures 5a, 5b, 5c représentent, pour trois valeurs différentes de la constante diélectrique
E, la distribution des lignes de potentiel au voisinage du point triple,
- la figure 6 représente, pour différentes valeurs de la constante diélectrique g, l'évolution du champ électrique au point triple en fonction du rayon du fil de la grille de l'initiateur,
- les figures 7a et 7b représentent d'autres modes de réalisation de l'invention, avec plusieurs trous dans chaque électrode creuse.

Exposé détaillé de l'invention
Un commutateur pseudospark selon l'invention est représenté sur la figure 3. Il comprend deux électrodes creuses 22 et 24, chaque électrode étant munie d'un trou 26, 28, les deux trous étant situés en regard l'un de l'autre.

Sur la figure 3, ces électrodes 22, 24 présentent chacune la forme d'un cylindre à base circulaire, chaque trou étant pratiqué dans un plan, les deux trous étant maintenus à une distance d, les deux plans étant parallèles entre eux, également situés à une distance d l'un de l'autre. Ainsi, dans un exemple de réalisation, les deux cylindres ont une longueur L à peu près égale à 3,8cm et un diamètre d à peu près égal à 3cm, la distance entre les deux cylindres étant d'environ 4mm, chaque trou ayant un diamètre d'environ 5mm.

On peut néanmoins réaliser des électrodes n'ayant pas de forme cylindrique à base circulaire.

L'important, en effet, est l'effet de confinement dû au volume intérieur à l'électrode lors de la production du plasma au cours de la décharge pseudospark. Un tel effet serait par exemple obtenu avec des électrodes présentant un volume intérieur de forme cubique ou parallélépipédique.

L'ensemble des deux électrodes baigne dans l'atmosphère régnant dans une enveloppe isolante 30. A l'intérieur de cette enveloppe, la valeur de la pression p est définie, à partir de la courbe de
Paschen correspondant au gaz utilisé, par la tension d'auto-amorçage souhaitée par l'utilisateur du pseudospark. Cette pression est réglée par l'action combinée des moyens d'introduction du gaz et des moyens de pompage de ce gaz, non représentés sur la figure 3.

Dans la plupart des gaz, la pression utilisée pour une tenue en tension (tension d'auto-amorçage) de l'ordre de 20 kV est d'une dizaine de Pascal, mais le déclencheur permet d'initier la décharge pour n'importe quelle pression supérieure à 0.1 Pa, ceci indépendamment de la nature du gaz utilisé.

Le régime de décharge pseudospark est défini à l'aide de la courbe de Paschen, représentée sur la figure 2. Cette courbe donne, de façon générale, pour deux électrodes situées à une distance d l'une de l'autre dans un gaz à pression p, la valeur minimum Vm du potentiel (ou tension d'auto-amorçage) à appliquer entre les électrodes en fonction du produit pxd pour qu'il y ait décharge entre ces électrodes.

Le régime pseudospark se définit par rapport à cette courbe comme le régime de décharge correspondant à la région 16 de la figure 2, et pour lequel la valeur minimum Vm est une fonction décroissante du produit pxd.

La région 18, au voisinage du minimum de la courbe de Paschen, correspond au régime dit de décharge luminescente, et la région 20 correspond à celui de l'étincelle classique à haute pression.

Pratiquement, on se donne une certaine valeur du potentiel Vm en-dessous de laquelle on ne désire pas qu'il y ait de décharge pseudospark, on en déduit la valeur minimum du produit pxd, et on applique à l'aide de moyens non représentés sur la figure 3, aux deux électrodes, une différence de potentiel initiale Vi, telle que Vi soit inférieure à Vm, c'est-à-dire telle que le point défini par (pxd, Vi) soit situé au-dessous de la branche gauche, décroissante, de la courbe de
Paschen de la figure 2.

De façon schématique, pour réaliser une décharge pseudospark, il faut alors suffisamment perturber le potentiel Vi de façon à atteindre un potentiel d'amorçage Va entre les électrodes supérieur ou égal au potentiel minimum d'amorçage Vm. C'est cette fonction de perturbation que remplit l'initiateur.

Ce dernier est constitué, selon l'invention, d'un élément diélectrique 32, d'une électrode de déclenchement 34, située au voisinage de l'élément diélectrique, et d'une grille métallique 36 située au voisinage de la surface du diélectrique. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 3, l'élément diélectrique 32 a une forme présentant une symétrie sensiblement circulaire autour d'un axe (AA') passant par les trous pratiqués dans les électrodes creuses, et est incorporé dans une face de l'électrode creuse 24, parallèlement à la face dans laquelle est pratiqué le trou 28. Son épaisseur est de quelques millimètres, entre 1 et lOmm, par exemple 5mm. La forme à symétrie circulaire n'est pas limitative ; dans le cas particulier de la figure 3, elle est adaptée à la forme intérieure des électrodes. D'une façon générale, le diélectrique 32 aura une forme adaptée à celle du volume intérieur de l'électrode creuse dans laquelle il est positionné : cette forme pourra par exemple être approximativement carrée ou rectangulaire pour un volume intérieur cubique ou parallélépipédique.

La grille 36 est située vers l'intérieur de l'électrode creuse 24, en regard du trou 28 à une distance inférieure à quelques millimètres du diélectrique 32, par exemple 1 mm. Elle est en contact avec une source de potentiel quelconque, par exemple les parois intérieures de l'électrode creuse au voisinage de la grille si celles-ci sont métalliques, de façon à ce que son potentiel ne soit pas flottant.

Quant à l'électrode de déclenchement 34, elle est située, sur la figure 3, contre le diélectrique 32, en liaison avec des moyens (non représentés sur la figure 3) pour produire la tension voulue.

Sur la figure 3, la grille, le diélectrique et l'électrode de déclenchement sont situés dans des plans sensiblement parallèles l'un à l'autre et parallèles aux parois dans lesquelles sont réalisés les trous 26, 28.

Lorsqu'une impulsion de tension de l'ordre de quelques kilovolts est appliquée à l'électrode de déclenchement 34, il y a, du fait de la présence combinée du diélectrique 32 et de la grille 36, un renforcement du champ électrique à la surface de ce dernier, du côté de la grille 36. En conséquence, il y a production d'électrons à l'interface gazdiélectrique-grille, également appelée point triple, ce qui déclenche la décharge pseudospark. Ainsi, la décharge peut être utilisée comme interrupteur ou commutateur.

La fonction essentielle de la grille étant d'assurer un renforcement local du champ électrique à la surface du diélectrique, on comprend qu'il suffit que cet élément ait une forme adaptée pour pouvoir assurer cette fonction : ainsi, la grille peut être constituée par exemple de fils entrelacés ou de trous percés dans une plaque mince, les trous tant distants l'un de l'autre de quelques centaines de microns. De même, la distance diélectrique-grille sera à choisir, dans chaque cas, de façon à ce que cet effet puisse se produire.

La structure de l'initiateur, c'est-à-dire de l'ensemble électrode de déclenchement-diélectriquegrille est représentée de façon plus détaillée sur la figure 4. Sur cette figure, A et E désignent respectivement l'épaisseur et la constante diélectrique du matériau diélectrique, e la distance entre le diélectrique 32 et la grille 36 ; la grille est constituée de fils métalliques dont la section approximativement circulaire a un rayon R, L représentant la distance entre les fils.

Le choix du matériau constitutif du diélectrique est critique, ainsi qu'on peut le voir d'après les figures 5a, 5b, 5c où sont représentées, pour différentes valeurs de E (s=l pour la figure 5a, s=5 pour la figure 5b, e=1000 pour la figure 5c) les distributions des lignes de potentiel au voisinage du point triple, calculées à partir des solutions de l'équation de Poisson, pour une géométrie de l'ensemble dans laquelle L R, A=5mm et e=0,lmm. Sur ces figures, les références 32, 34, 36 ont respectivement la même signification que sur la figure 4.

A partir de ces distributions, il est possible de calculer la valeur du champ électrique E à la surface du diélectrique 32, du côté de la grille 36.

L'évolution de cette valeur est représentée en fonction de R pour différentes valeurs de E (E=1 ; 5 ; 10 ; 50 ; 1000), sur la figure 6. La tension appliquée à l'électrode 34 vaut Vo=lkV. Pour des valeurs de E de l'ordre de 1000 (ce qui correspond à un matériau du type céramique, comme le titanate de baryum) ou supérieures à 1000, on constate - qu'on peut atteindre un renforcement du champ
électrique d'un facteur supérieur à 100, - que la valeur du champ devient indépendante de R, si
R est supérieur à environ 500 pitt, et qu'on atteint alors un régime asymptotique en

- qu'une diminution de la valeur de R de 500 um à
100 um n'accroît le champ électrique que d'environ
20%.

Par contre, pour des valeurs de s plus faibles (par exemple E=5, ce qui correspond à des matériaux tels que le quartz ou l'alumine), le renforcement du champ électrique est moins important et la valeur du champ est plus dépendante de R. Cependant, le système de déclenchement peut fonctionner pour des valeurs de E comprises par exemple entre 1 et 10.

L'efficacité du mécanisme de production des électrons dépendant, ainsi qu'il a été expliqué plus haut, de la valeur du champ électrique renforcé au point triple, il y a tout intérêt à travailler - avec une valeur de e supérieure à 1000 ou sinon
comprise entre 50 et 1000 ou sinon entre 10 et 50, - quelle que soit la valeur de E, à R petit (par
exemple inférieur à lmm, ou à 0,5 mm, et notamment
compris entre 0,5 et 0,lmm), et ceci d'autant plus
que 8 est petit, notamment pour E compris entre 1 et 10.

A titre d'exemple, en utilisant la configuration pseudospark de la figure 3, un diélectrique avec E=1000, une grille constituée de fils entrecroisés de rayon R=0,3mm, un espace entre les fils de la grille de 3mm, la décharge pseudospark peut être amorcée avec une tension appliquée à l'électrode de déclenchement Vo=2kV. Il est ainsi possible d'utiliser cette décharge pour commuter un condensateur de capacité 200nF chargé à 25kV (ce qui correspond à une énergie de 60J), le commutateur pseudospark (son anode et sa cathode en constituant les bornes) étant monté en série avec le condensateur et une résistance de charge.

Moins de 4mJ sont alors dissipés dans l'initiateur.

Dans de telles conditions, la décharge pseudospark peut fonctionner à une fréquence de répétition de 1kHz, le nombre total cumulé de décharges déclenchées atteignant aisément quelques 107.

Le système de déclenchement par électrode pseudospark amorcé par le diélectrique, l'électrode de déclenchement et la grille, permet donc d'atteindre les spécifications requises pour une mise en oeuvre industrielle - la mise en oeuvre est très simple, et il est possible
d'accéder aisément à tous les composants pour une
éventuelle réparation, - la durée de vie est au moins aussi longue que celle
des composants lasers usuels (quelques 107 tirs), - il est possible de commuter une tension d'au moins
20kV (25kV dans l'exemple ci-dessus), une énergie
d'environ 60J (voir exemple ci-dessus), le système de
déclenchement n'occasionnant que peu de pertes.

De plus, une fois la valeur Vm choisie, endessous de laquelle on ne souhaite pas que se produise un auto-amorçage de la décharge pseudospark (dans l'exemple ci-dessus, Vm=25kV) l'initiateur selon l'invention permet de déclencher la décharge pour toute valeur de Vi comprise entre quelques dizaines de volts et Vm, et ceci pour toute valeur de s. On dispose donc là d'un système extrêmement efficace pour déclencher la décharge pseudospark et possédant une grande dynamique par rapport à la tension appliquée commutable par le pseudospark, c'est-à-dire permettant de travailler dans une gamme de tension Vi allant de quelques volts à plusieurs dizaines de kilovolts.

En outre, la décharge pseudospark peut fonctionner avec l'initiateur positionné dans la cathode creuse ou dans l'anode creuse. Un avantage essentiel du pseudospark déclenché par décharge corona réside dans la possibilité d'installer le déclencheur corona sur l'électrode reliée à la masse, ou sur l'électrode reliée à la haute tension que cette dernière soit positive ou négative. Cette propriété donne à l'utilisateur la plus grande liberté dans la conception d'un circuit électrique utilisant le commutateur. Un tel avantage n'est procuré ni par d'autres types de commutateurs de puissance (ex.

thyratrons), ni par les autres modes de déclenchement électrique des pseudosparks.

Enfin, ce système de décharge pseudospark avec l'initiateur décrit ci-dessus possède, bien sûr, les avantages liés aux décharges pseudosparks usuelles, et notamment - taux de croissance du courant voisin de 1012A/s, - délais de commutation et de jitter respectivement
inférieurs à 50 et 1 nanoseconde, - possibilité de commuter directement des hautes
tensions négatives.

La disposition de l'initiateur telle qu'illustrée sur la figure 3 n'est pas la seule possible. On peut par exemple déplacer l'initiateur vers l'intérieur de l'électrode creuse, l'essentiel étant là encore, de préserver un volume minimal permettant le confinement d'un plasma au cours de l'initiation de la décharge pseudospark. De même, il n'est pas nécessaire de placer l'initiateur perpendiculairement à l'axe AA' passant par le trou des électrodes (voir figure 3). On peut par exemple placer l'ensemble sur un côté de l'électrode, la grille étant toujours dirigée vers l'intérieur de l'électrode creuse.

Par conséquent, d'une façon plus générale, l'élément diélectrique est soit fixé dans une ouverture pratiquée dans une paroi d'une des électrodes creuses, de façon à ce que la grille soit dans ou dirigée vers l'intérieur de ladite électrode, soit fixé à l'intérieur d'une des électrodes creuses, de telle façon que la grille soit tournée vers le trou de ladite électrodes.

D'autres modes de réalisation de l'invention sont illustrés sur les figures 7a et 7b. Chaque électrode creuse 38, 40 comporte non plus un seul trou mais une série de trous (39-1, 39-2, . . . ; 41-1, 41-2, ...) de quelques millimètres de diamètre, chaque trou d'une électrode étant en regard d'un trou de l'autre l'électrode. Les deux séries de trous sont séparées d'une distance d et l'ensemble est monté dans une enceinte (non représentée sur les figures 7a et 7b) dans laquelle un gaz pour la décharge est maintenu, à l'aide de moyens non représentés sur les figures 7a et 7b, à une pression p. Une tension Vi inférieure à la tension d'auto-amorçage est établie entre les deux électrodes, les conditions de la courbe de Paschen sur le produit pxd et la tension Vi étant satisfaites pour qu'une décharge pseudospark puisse avoir lieu après injection des électrons par l'initiateur décrit cidessous. Dans cette configuration, on peut avoir soit une structure à symétrie cylindrique pour les électrodes creuses (figure 7b), soit, par exemple, une géométrie parallélépipédique pour ces électrodes (figure 7a).

Le système d'initiation de la décharge comporte une pièce 42 en un matériau diélectrique, une électrode de déclenchement 44 et une grille 46, chacun de ces éléments étant dimensionné de façon à ce que des décharges pseudosparks puissent être initiées dans tous les trous simultanément.

La grille peut être constituée, comme on l'a expliqué pour le premier mode de réalisation de fils entrecroisés, ou d'une plaque percée ou de tout autre dispositif permettant d'obtenir un renforcement du champ électrique à la surface du diélectrique.

Les conditions portant sur la valeur de 8, le rayon R des fils de la grille si celle-ci est constituée de fils entrecroisés, l'épaisseur du diélectrique, la distance diélectrique-grille et les différentes tensions à appliquer, sont les mêmes que pour le premier mode de réalisation. On aura donc, là aussi, intérêt à choisir un matériau diélectrique avec une constante e de valeur assez élevée, de préférence supérieure à 5, ou supérieure à 50, ou supérieure à 500, ou supérieure à 1000.

Les performances d'un tel système sont les mêmes que celles du mode de réalisation avec un trou par électrode, avec, en plus, le double intérêt de diminuer l'inductance de l'ensemble et d'accroître la durée de vie de chaque électrode.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Commutateur électronique à gaz, comprenant deux électrodes creuses (22, 24 ; 38, 40), chacune pouvant servir de cathode ou d'anode, chaque électrode comportant au moins un trou (26, 28 ; 39-1, 39-2, 39-3, 41-1, 41-2, 41-3), les deux électrodes étant arrangées dans une chambre de décharge gazeuse (30) contenant un gaz à décharge à pression p, de telle façon que chaque trou d'une des deux électrodes soit situé en regard et à une distance d d'un trou de l'autre électrode, une différence de potentiel Vi étant maintenue entre les deux électrodes, la distance d, la pression p et la tension Vi étant telles que le point (pxd, Vi), soit situé sous la branche gauche de la courbe de Paschen qui représente, en fonction du produit pxd, la valeur minimum Vm de la tension d'amorçage d'une décharge entre ces deux électrodes, ladite branche correspondant à une partie décroissante de cette fonction, des moyens (32, 34, 36 ; 42, 44, 46) pour initier la décharge, caractérisé en ce que ces moyens pour initier la décharge comprennent - un élément en un matériau diélectrique (32, 42), - une électrode de déclenchement (34, 44) placée au

voisinage de l'élément diélectrique, - une grille métallique (36, 46) située au voisinage

d'une surface de l'élément diélectrique, de telle

façon que l'élément diélectrique soit situé entre

l'électrode de déclenchement et la grille.

2. Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément diélectrique (32, 42) est fixé dans une ouverture pratiquée dans une paroi d'une des électrodes creuses (24, 40), de façon à ce que la grille (36, 46) soit dans ou dirigée vers l'intérieur de ladite électrode.

3. Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément diélectrique (34, 42) est fixé à l'intérieur d'une des électrodes creuses (24, 40), de telle façon que la grille (36, 46) soit tournée vers le trou de ladite électrode.

4. Commutateur selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que, pour chaque électrode (22, 24 ; 38, 40), le ou les trou(s) est(sont) réalisé(s) dans une paroi plane, les deux parois étant maintenues parallèles, à la distance d.

5. Commutateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la grille (36, 46), le diélectrique (32, 42) et l'électrode de déclenchement (34, 44) sont situés dans des plans sensiblement parallèles l'un à l'autre.

6. Commutateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la grille (36, 46), le diélectrique (32, 42) et l'électrode de déclenchement (34, 44) sont situés dans des plans sensiblement parallèles l'un à l'autre et parallèles aux parois planes dans lesquelles sont réalisés les trous.

7. Commutateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque électrode creuse a sensiblement la forme d'un cylindre à base circulaire, les axes des deux cylindres étant confondus.

8. Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque électrode comporte une série de trous, disposés de telle façon que chaque trou de chaque électrode creuse soit situé en regard d'un trou de l'autre électrode creuse.

9. Commutateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque électrode creuse présente une forme sensiblement parallélépipédique.

10. Commutateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque électrode creuse présente une forme cylindrique.

11. Commutateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la constante diélectrique 8 du matériau diélectrique est comprise entre 1 et 10.

12. Commutateur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la constante diélectrique 8 du matériau diélectrique est comprise entre 10 et 50.

13. Commutateur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la constante diélectrique 8 du matériau diélectrique est comprise entre 50 et 1000.

14. Commutateur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la constante diélectrique 8 du matériau diélectrique est supérieure à 1000.

15. Commutateur selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que la grille est constituée de fils ayant un rayon inférieur à 0,5mm.