Brevet FR2000354A1 — publié le 19690905

La présente invention concerne des -amèlioratiQns à la construction des dynodes à émission secondaire montées sur des plaques parallèles pour constituer un multiplicateur d'électrons à canal continu. La présente invention vise à réaliser un tube, photomultiplicateur de petite dimension propre à permettre l'obtention d'un fact-eur élevé de multiplication, par comparaison avec lcs dynodes émissive conventionnelles à électrons secondaires, et à plaques parallèles, du type canal continu. L'invention sera décrite ci-aprés de façon plus détaillée en se référant aux dess-rs c-'-annexés, lesquels sont fournis à titre purement illustratif et non limitatif et dans lesquels La figure 1 est une vue en perspective montrant la construction et le fonctionnement d'un multiplicateur à électrons secondaires à plaques parallèles, du genre utilisé dans les photomultiplicateurs antérieurement connus. La figure-2 est une coupe longitudinale montrant un multiplicateur à électrons secondaires du type à canal selon un premier mode possible de réalisation de l'invention. Les figures da et 3b sont respectivement une vue de l'in- térieur et une coupe longitudinale montrant la pellicule résistive intérieure caractérisant la dynode émissive à électrons secondaires selon la présente invention. Les figures 4a et 4b représentent respectivement une vue de l'intérieur et ule coupe longitudinale montrant un autre exemple de la dynode émissive à électrons secondaires à plaques parallèles, selon la présente invention. La figure 4c est le schéma équivalent de la distribution des résistances sur la plaque selon les figures 4a et 4b. Les figures 5a et 5b sont respectivement une vue interne et une coupe longitudinale montrant une variante de connexion entre la pellicule résistive et la surface à émission d'électrons secondaires de la dynode constituant le multiplicateur à électrons secondaires à plaques parallèles du type à canal5 selon la présente invention. La figure 6 est une vue schématique montrant un multiplicateur à électrons secondaires du type à canal, selon un second mode possible de réalisation de la présente invention. La figure T est une vue en perspective montrant un mul tiplicateur d'électrons à éialtror.s secondaires du type à canal, selon un troisième mode @@@@ de réalisation de la présente On commencera par décrire en se référant à la. figure 1 un multiplicateur à électrons secondaires, du type à canal, anwé- rieurement connu.Le numéro de référence 1 désigne des plaques supports qui délimitent un canal à faces parallèles et qui sont constituées en un matériau isolant comme du verre, de la céramique, etc..., et le numéro 2 désigne une pellicule résistive constituée en un métal ou en un semi-conducteur ayant un quotient d'émission d'électrons secondaires aussi élevé que possible, et présentant une résistance élevée selon la direction axiale, cette couche résistive étant réalisée sur la face interne des plaques de base 1 constituant le canal par évaporation ou par tout autre procédé adéquat. La couche résistive 2 constitue une dynode continue pour l'émission d'électrons secondaires, et sa surface sert de réseau résistif.Elle sert également à répartir une tension d'accélération qui lui est appliquée de l'extérieur. selon la direction axiale du canal constitué par la dynode continue, ce qui a pour effet d'établir un champ électrique axial dans le canal, grâce àà quoi les électrons seondaires sont accélérés selon la direction axiale. En 5 se trouve un faisceau délectrons primaires qui est introduit à une vitesse et une direction telles que l'émission d'électrons secondaires a les plus grandes chances de se produire à l'entrée du canal défini par les plaques 1, ce faisceau étant dirigé sur la surface 2 qui est émissive d'électrons secondaires et qui constitue le revêtement interne du canal gracie à quoi on a une émission dle2orons secondaires.Les électrons secondaires qui sont ainsi es initialement sont accélérés selon des trajectoires paraboli ques par le champ électrique axial créé à l'intérieur du canal, grace a quoi ces électrons secondaires sont projetés sur la face opposée de la d-modeX laquelle porte également une couche émissive d'électrons secondaires, ce qui se traduit par l'émission d'élevé trons secondaires supplémentaires 4 et ainsi de suite. Par suite de la répétition de ce processus on a une augmentation en progression géométrique du ombre des électrons secoraires, en allant de la gauche vers la droite sur la figure 1. En 5 se trouve le faisceau sortant d'électrons qui est recueilli par un collecteur 6. En 7 se trouve une source de tension d'accélération qui est branchée entre les deux extrémités de la pellicule resist-ive 2 constituant la dynode continue, cela afin d'accélérer e gauche a droite les électrons secondaires 4 qui apparaissent c (z canal.En 8 se trouve un source à courant continu pour conférer un certain potentiel positif au collecteur 6 afin de canal liser le flux des électrons secondaires entre la sortie du canal et le collecteur. Ainsi que cela a été décrit précédemment, avec les multi plicateurs à électrons secondaires du typs conventionnel à caa, pour accélérer les électrons à l'intérieur du canal dc la gauche vers la droite, cornue ce'a est outré sur le dessin, il est néces- saire de réaliser un champ d'accélération uniforme.Dans le cas du canal qui est défini par les plaques parallèles planes, une pelli- cule uniforme mince de métal ou de semi-conducteur est prévue sur chacune des faces internes des plaques opposées et une tension d'accélération est appliquée entre les extrémités respectives d'entrée et de sortie des plaques constituant le canal, grâce l'en- trée et le coté de la sortie, ceci du ait de l'action des couches à résistance élevée 2 qui soht appliquées sur les faces internes des plaques délimitant le canal.La résistance de la couche à for- te résistance 2 peut avoir une certaine valeur comprise dans un certain domaine qui dépend de la quantité des électrons secondaires, et normalement cette valeur est comprise entre quelques dizaines et quelques centaines ce méga-ohms ou plus. Dans les multiplicateurs à électrons secondaires du type à canal et à plaques parallèles, la direction de l'accélération des électrons secondaires est parallèle à l'axe. C'est à dire la direction selon laquelle les électrons sont multipliés, et les surfaces continues d'émission des électrons secondaires des plaques de dynode sont également parallèles à cet axe. Par conséquent, à moins que des électrons secondaires émis par les surfaces émissives soient incités à effectuer un parcours considérable avant d'aboutir sur la surface émissive opposée, le prochain impact n'aura jamais lieu. Plus l'espace entre les plaques parallèles est petit, par comparaison avec la dimension axiale du canal, plus le nombre des impacts des électrons secondaires avec la surface émissive de la plaque de dynode opposée est important. En d'autres termes, il est souhaitable de réduire le quotient de la di-stance entre les plaques par la longueur du canal, afin d'augmenter le facteur de multiplication. I1 en résulte que pour avoir un facteur de multiplication élevé, il faut augmenter la longueur du canal. Selon l'invention, toutefois, on cherche à adjoindre un champ électrique qui est perpendiculaire à ltaxe du champ électrique axial, l'accélération des électrons secondaires n'étant plus assurée uniquement par le champ électrique axial. La figure 2 montre un mode possible de réalisation de ltinvention dans lequcl les couches émissives d'électrons secondai- res, lesquelles sont déposées sur les faces internes des plaques parallèles constituant le canal, sont zubdivisées en plussiez sections. Les sections des plaques opposées sont décalées récit quement et elles sont alimentées avec des potentiels déterminé à partir d'une source externe d'alimentation et au travers dc sistances de division de tension en série, grâce à quoi l'on z une progression continue des potentiels de la gauche vers lad. -C- comme cela est montré sur le dessin.Les parties de la figure r correspondent :~ celles de la figure 1 sont désignées par les nombres de rénerence et l'on ne reviendra pas sur leur description. Dans la disposition qui est montrée par la figure 2, les électrons secondaires 4 qui sont produits dans le canal sont amenés à heurter beaucoup plus fréquemment les surfaces émissives d'électrons secondaires 2 de la dynode, de telle sorte que, par comparais avec d'autres dispositions ayant la même largeur du canal et la mm longueur, on obtiens un facteur de multiplication beaucoup plus élevé, bien qu il soit cependant nécessaire d'accroître tension de la source 7 du potentiel d'accélération dans des proportions correspondant à l'augmentation du nombre des impacts. sement, si l'on souhaite avoir le même nombre moyen d'impacts que dans la disposition selon la figure 1, la tension de la source de polarisation 7 pourra rester la même, mais il sera possible ci nir le même facteur de multiplication avec un canal beaucoup plus court. Divers procédés peuvent être envisagés pour constituer les surfaces émettrices d'électrons de la dynode continue sur les faces internes des plaques parallèles, constituant le canal, af-n d'obtenir le type de multiplicateur à.électrons secondaires montré par la figure 2. Les figures a et )b donnent un exemple d'un tel procédé. La face interne de l'une des plaques constituant le canal étant montrée dans la figure 3a, alors que sa coupe transversale est montrée dans la figure 3b.En 1 se trouve la plaque-support qui est constituée en un matériau isolant comme du verre, de la cérami- que ou un matériau du même genre, et r Ir laquelle sont déposées des pellicules 21 d'une substance émettrice d'électrons secondaires par évaporation, projection, galvanoplastie, etc..., les pell-egules 21 étant espacées en plusieurs sections qui sont connectées en série les unes aux autres par des pellicules 22 a résistance élevée qui assurent la division des tensions, gracie à quoi on obtient une dynode continue. On peut voit sur la ligure va que ces pellicules 22 à haute résistance sont alternativement décalées, grâce à quoi on obtient une disposition d'ensemble en zig-zag.Toutefois, les pellicules résistives 22, connectant les sections de pellicules 21 en série pour former la dynode continue, peuvent être ménagées sur l'un des cAote's de la surface émettrice d'électrons secondaires, sur des côtés opposés ou dans toutes les lacunes entre les sections successives, si elles sont uniformes, comme cela est souhaité. Les figures 4a à 4c mcntrent un autre exemple de réalisa tion de l'invention dans lequel la surface émettrice Zes électrons secondaires et les résistances qui assurent la division de tension ne sont pas séparées l'ne de l'autre, mais sont formées par une pellicule à forte résistance qui est constituée par une pellicule mince de semi-conducteur, par une pellicule mince de métal, etc. et qui est déposée en zig-zag sur un support Isolant en forme de plaque 1, qui peut être en verre en céramique ou en toute autre matière analogue. La figure ka montre le dessin de la pellicule à haute résistance oui constitue la surface émettrice d'électrons secondaires de la dynode continue et qui fait également office de résistance de division de tension. La figure 4b représente une coupe longitudinale, alors que la figure 4 est un circuit équivalent qui montre la distribution des résistances dans la pellicule à résistance élevée. Les figures Sa et 5b montrent une disposition dans laquelle une surface émettrice d'électrons secondaires est subdivisée en plusieurs sections 24 avec des cellicules rêsistives 25 de division de tension aui s'étendent sur la face arrière de la plaque-support isolante 1 en verre, en céramique ou en toute autre matière analogue, le rôle des pellicules 25 étant de connecter les sections de surface émettrice d'électrons secondaires pour constituer une hélice aplatie, des orges conducteurs de connection 26 étant ménagés sur les bords latéraux de la plaque de verre pour assurer régulièrement la liaison entre les pellicules rêsistives 25 et les surfaces émet trices d'électrons secondaires 24 Dans tous les cas, les plaques support qui comprennent chacune des sections espacées oc- surface émettrice électrons secondaires, conne cela est montré dans les figures 3a5 4a, ou 5a avec des organes à résistance élevée pour diviser la tension et pour connecter ces sections en série les unes aux autres afin de constituer ainsi une dynode continue émettrice d'électrons secondaires, sont disposées l'une en face de l'autre, les sections de surface émettrice sont décalées les unes par rapport aux autres, les potentiels appliqués à ces sections de surface sont de plus en plus élevés, de telle sorte que les électrons produits dans les étages continus soient multipliés de la façon qui a été décrite précédemment en se référant à la figure 2.Avec une telle disposition de- surface de dynode continue, pour un multiplicateur à lec- trons secondaires, on obtiens aussi une composante du champ alectri- que qui est perpendiculaire à la direction axiale, étant donné que les parties de la dynode continue qui sont en face l'une de l'autre ne sont pas au mme potentiel Il en résulte que le nombre des chocs des électrons secondaires avec les surfaces émettrices des électrons secondaires des plaques constituant le canal peut étre accru.Dans ces conditions, il est possible d'obtenir un multipli- capteur d'électrons secondaires du type a canal et à plaques parallèles offrant us gain élevé et un haut rendement, pour de faibles dimensions En outre, selon l'invention, à côte des modes de réalisation qui ont été décrits ci-dessus. et qui utilisent des plaques planes parallèles, on peut également réaliser un multiplicateur à electrons secondaires du type à canal qui est miniaturisé et qui présente un gain élevé, si les dynodes du multiplicateur continu ne sont pas réalisées sous la forme de plaques parallèles, mais sous une forme spéciale par exemple incurvée, cela afin dtincur- ver intentionnellement le champ d'accélération dans le canal de multiplication des électrons en vue de produire une composante du champ électrique qui est perpendIculaire à 1a direction axiale, grâce à quoi on peut accroître le nombre des impacts des électrons secondaires avec les surfaces émettrices d'électrons secondaires On décrira maintenant un tel type de multiplicateur à électrons secondaires, en se référant à la figure 6 où lton a en 1 un support isolant qui est réalisé sous la forme d'une plaque de verre, de céramique, etc. qui est tordue en hélice. En 2 on a un matériau émetteur d'électrons secondaires. dont la résistivité est elevér, qui est déposé sur la face Interne des plaques 1 cons titubant le canal. La pellicule 2 peut entre éliminée si l'on réali- se la plaque de base 1 en un verre présentant une résistance rela- tivement élevée et contenant une substance à résistivité élevée et à taux élevé d'émission d'électrons secondaires. Enfin, il est possible de réaliser la dynode continue sous la forme d'un ruban 1 oui t enroue en hélice, comme lc montre la figure 7, grâce à quoi ie champ électrique d'accélération régnant à l'intérieur du tube est incurvé intentionnellement afin d'obtenir non seulement une composant axiale du champ d'accéléra- tion, mais aussi une composante perpendiculaire à l'axe. I1 en résulte une augmentation du nombre des chocs d'électrons seconani res avec la surface énettrice d'électrons secondaires de le plaque constituant le canal. Grâce à toutes ces améliorations apportées à la construc- tion du canal, il est possible d'obtenir un photo-multiplicateur d'électrons secondaires du type à canal qul est capable de fournir un gain essentiellement égal à celui des modèles à plaques paral- lèles, avec une longueur réduite du canal, cela tout en obtenant un facteur de multiplIcation élevé. Par conséquent, en modifiant la configuration de la dynode continue, on produit non seulement une composante du champ électriaue dans le sens axial, mais aussi une composante du champ électrique qui est perpendiculaire à la direction axiale grâce à quoi on obtent une augmentation du nombre des chocs d'électrons secondaires avec les surfaces émettrices d'électrons secondaires de la dynode, donc une augmentation de la sensibilité globale du multiplicateur. REVENDICATIONS 1 Un multiplicateur à électrons secondaires du type à canal, caractérisé e ce que les faces Internes des plaques con- tituant le canal sont revêtues avec une substance émettrice d'électrons secondaires, de telle manière qu'un champ électrique étant établi selon la direction axiale, il apparat une composante du champ électrique qui est perpendiculaire à l'axe, qui n1 est uniforme selon la direction axiale et dont ia direction change lorsque l'on se déplace selon la direction axiale. 2 Un multiplicateur a électrons secondaires du type canal et à dynode continue, suivant la revendication 1, caractéri- se en ce que des plaques qui portent ccune des surfaces émettri- ces 1 d'électrons secondaires espacées en plusieurs sections qui sont connectées en série les unes aux autres par l'Intermédialr de résistances élevées, sont disposées l'une en face de l'autre de telle façon que les surfaces émettrices d'électrons secondai- res se font face également. 3 Un multiplicateur à élections secondaires du typo à canal selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal est délimité par des plaques parallèles qui sont tordues et dont les surfaces internes sont émettrices d'électrons secondaires. 40 Un multiplicateur à électrons secondaires du type à canal selon la revendication i, caractérisé en ce que le canal est délimité par un ruban enroulé en hélice dont la face interne est fortement émettrice d'électrons secondaires.