Brevet FR2034770A1 — publié le 19701218

L'invention rentre dans le secteur des multiplicateurs électroniques et concerne en particulier un dispositif multiplicateur d'électrons du type comportant un ou plusieurs canaux. Des multiplicateurs d'électrons, à un seul canal, sont essentielle ment consti tués par un tube à grande résistance électrique interne. Par l'application d'une tension aux extrémités du tube, toute la surface intérieure devient une électrode ininterrompue à émission selon daire et le dispositif se distingue par ce fait des multiplicateurs électroniques usuels qui comportent des électrodes à émission secondaire séparées. es électrons secondaires qu'un rayonnement incident engendre à l'extrémité du canal à potentiel plus bas sont accélérés dans la direction longitudinale du tube jusqu'à ce qu'ils heurtent à nouveau la paroi. A leur tour, ces électrons libèrent un plus grand nombre d'électrons secondaires, de sorte qu'il se produit un effet de cascade par suite duquel un nombre notablement plus grand d'électrons sortent de l'extrémité du tube. Plusieurs formes de réalisation des dispositifs et certaines de leurs applications sont décrites dans un article publié par J. À dams et. B.W. Manley dans "Electronic Engineering" (édition mars 1965). Bien que ces dispositifs soient généralement appelés multiplica- teurs d'électrons, il est connu qu'ils peuvent également réagir sur des ions, des particules ss, des rayons X mous et durs, un rayonnement ultraviolet et d'autres rayonnements énergétiques Pour certaines applications, on utilise plusieurs de ces tubes, disposés parallèlement entre eux, afin d'obtenir une meilleure détection de particules ou do rayonnement. Certains dispositifs connus, munis d'un très grand nombre de canaux et utilisés pour la reproduction d'images fonctionnent suivant le même principe. De tels plaques à canaux, ou dispositifs à amplification par canaux sont parfois pelé multiplicateurs électroniques à émission secondaire à matrice, en forme de plaque, munie d'un grand nombre de canaux longitudinaux dans la direction de l'épaisseur, cette plaque comportant une premièro couche conductrice du côté entrée et une couche conductrice séparé du côté sortie qui agissent respectivement corne électrode d'entrée e électrode de sortie. Des amplificateurs à émission secondaire de ce genro sont décrits par exemple dans les br@v@ts anglais no. 1.064.073, 1.064.074, 1.064.076, 1,090406 tandis que leurs procédée de fabrication sont decrits dans les br@v@ts anglais no. 1.064.072 et 1.064.075. @o@s de l'utilisation de ces dispositifs amplificatours dans des tubes électroniques, une tension électrique est appliquée entre deux couches électrodes de la matrice afin d'engendrer un champ électrique pour accélérer les électrons, champ qui présente un gradient de potentiel dû au courant traversant la couche superficielle de la paroi du canal ou, lorsque de telles couches résistantes ne sont pas prévues, la matière de la matrice. Une multiplication par émission secondaire se produit dans les canaux, et les électrons de sortie sont influencés par un champ accélérateur qui est engendré entre l'électrode de sortie et une électrode collectrice appropriée, par exemple un écran d'image lu:iinescent. Les tubes des multiplicateurs à canal unique ou les matrices pour les plaques a canaux sont généralement en verre. Dans une méthode de fabrication connue, on utilise du verre au plomb dont la résistance de masse est trop élevée pour assurer une conductibilité suffisante. La conductibilité désirée est obtenue par une réduction superficielle du verrc au plomb, ce qui augmente la teneur en plomb pur le long des surfaces intérieures du canal ou des canaux, et assure une conductibilite superficielle suffisante, Il s'est avéré que la stabilité des caractéristiques d'émission secondaire des multiplicateurs électroniques à canaux, dans lesquels une couche superficielle dynode, et en particulier une couche d'oxyde au plomb réduit, peut se modifier dans le vide poussé sous l'effet d'un bombardement ionique ou électronique, n1est-pas constante. Dans le Cas d'emploi pendant un temps assez long, dans un vide très poussé, les caractéristiques de ces systèmes peuvent être altérées par une perte en pouvoir détecteur, une perte en amplification voire les deux. L'altération peut résulter dune variation des propriétés physiques de la surface dynode, accompagné d'une baisse du coefficient d'émission secondaire. L'invention permet d'augmenter a stabilité des amplificateurs à émission secondaire a canaux. Belon l'invention, la surface intérieure set partiellement ou entièrement munie d'une mince couche d'une matiè- re qui, dans les conditions de fonctionnement, est stable, de préféren- ce à coefficient d'émission secondaire élevé, et à grand potentiel de sortie, et qui convient en général pour l'utilisation dans les dispo- sitifs à vide. L'oxyde d'aluminium convient particulièrement bien à cet effet: il s .apIique facilement par évaporation sous forme d'aluminium que l'on peut oxyder par la. suite Une mince couche d'oxyde d'aluminium d'environ 109 i appliquée sur la surface sensible d'un multiplicateur électronique à canaux, et recouvrant l'extrémité d'entrée, exerce un effet stabilisateur sur les caractéristiques à émission secondaire lorsque le dispositif est utilisé comme détecteur d'ions. Une telle couche à l'extrémité de sortie peut exercer un eff@t stabilisateur sur l'amplification. ta Denanderesse estime. que cette amélioration est attribuable au fait que la couche appliquée assure une production plus stable d'é- lectrons secondaires lors d'un bombardement par des ions ou des électrons comparativement à la surface non recouverte. les facteurs suivants s'avèrent être déterminants pour le comportement de la matière de cette couche: 1. En général, les oxydes fournissent une grande émission secondaire. 2. En général, les gaz exercent moins d'effet sur les caractéristiques d'émission secondaire d'oxydes que sur celles de métaux. 3. Lorsque la surface est exposée à un bombardement ionique, il faut utiliser un composé à grande énergie de décomposition. 4. De préférence, le potentiel de sortie est tel que la surface exposée à de la lumière visible, ne présente pas de photo-emission notable. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fer a bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La seule figure du dessin représente à titre d'exemple un dispositif de mesure à vide pousse muni d'un multiplicateur à canal conforme à l'invention. Sur la figure, l'enveloppe 1 contient un gaz dont il y a lieu de mesurer la pression0 L'enveloppe comporte un multiplicateur electronique à canal 2. Le tube 2 est en verre au plomb, et la surface interi- eure a été soumise à une réduction chimique. L'extrémi té d'entrée 3, en forme d'entonnoir, est reliée à la borne négative d'une source de .tension 4 de par exemple 3000 volts par rapport à la terre L'extre- mité de sortie du multiplicateur 2 est mise à la terre par l'intermé- diaire d'un conducteur 5. L'entonnoir 3 se trouve en regard d'une électrode ponctuelle 7. La pointe de l'électrode 7 est fixée-à une partie 3 d'un support et est mise à la terre par l'intermédiaire d'un conduc- teur 10. La différence de potentiel entre le point 7 et l'entonnoir 3 forme un champ électrique qui ionise localement le gaz. Les ions engendrés sont attirés dans l'entonnoir 3 et engendrent des électrons secondaires lorsqu'ils heurtent la paroi intérieure du multiplicateur 2. Sous l'effet du gradient de potentiel dans le multiplicateur 2, les électrons secondaires sont conduits dans la direction longitudinale du multiplicateur et libèrent ainsi un cortain nombre d'électrons secondaires lorsqu'ils heurtent la paroi du canal. Les électrons provenant de l'oxtrémité de sortie du multiplic@tteur 2 sont captés par un collecteur 61 qu'un conducteur 62 relie à la borne positive de la source de tonsion continue 63 dont la borno négative est mise à la terre par l'intermédiaire d'une résistance 64.Les électrons captés par le collecteur 61 provoquent une chute de tension dans la résistance 64. La tension obtenue aux bornes de la résistance 64 est appliquée par l'intermédiaire d'une ligne à un bloc de mesure 12 qui peut comporter par oxomple un compteur d'impulsions @t un intégrateur. L'indication de la pression apparaît sur la ligne 13. Pondant le fonctionnement, une source de tension 14 (tracée en pointillé)pout être reliée aux bornes 15 et 16 afin dc nettoyer la pointe 7.Lorsque la source de tension 14 est raccordée, la partie ré- tréci@8 du support 9 ct donc la pointe 7 sont portées n une températu- re telle qu'elle assure l'élimination des impuretés existant sur la pointe. selon l'invention, l'intérieur de l'extrémité d'entrée 3, en forme d'entonnoir, du multiplicateur est recouvert d'une pellicule, non re- présentée sur le dessin, d'oxyde d'aluminium de 100 i d'épaisseur afin de réduire les variations dans le temps do l'effet de détection.Il s'est avéré que dans un tel dispositif à vide poussé, ne comportant pas de pellicule, il se produit une variation indésirable de l'effet dé- tecteur du domain@ d'entrée, e'est-à-dire la partie proche de l'extrémité ouverte où s'effectue la conversion d'ions en électrons, étant donné que la surface intérieure du multiplicateur à canal est exposée à des ions de gaz incidents, animés d'une grande vitesse. Ladite pellicule fournit à ce point de vue une amélioration étonnante.Il s'est avéré suffisant d'appliquer la couche d'aluminium sur l'entonnoir et ur la partie de tube jusqu'à @ une profondeur égale à quelques fois le diamètre d canal. On peut admettre que la stabilité obtenue est attribuable à la très rande énergie de décomposition de l'oxyde d'aluminium@(260 kca par @le), ce qui constitue une valeur notablement plus élevée que celle de l'oxyde de plomb. Au lieu d'oxyde d'aluminium, on peut utiliser le silicate d'alumi aiun et potassium comportant de l'oxyde d'aluminium. Le rendement est élevé et stable, mais l'application de cette matière sur la surface du multiplicateur est peu aisée. Le dispositif à vide poussé décrit fournit une relation pratiquement linéaire entre le signal à la ligne 13 et la pression de gaz de l'intérieur de l'enveloppe 1 dans une gamme de pressions de 10-8 à 10-10 torr. PEVENDI CATIONS 1. Dispositif multiplicateur d'électrons à émission secondaire comportant au moins un canal constitué par un tube en un matériau à grande résistance électrique interne, dont l'intérieur comporte une surfa- ce à émission secondaire ininterrompue, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la surface intérieure est recouverte, à l'extrémité d' entrée du tube, d'une mince couche d'un matériau, à grand coefficient d'émission secondaire et à grand potentiel de sortie pour éviter la photo-émission sous l'influence de lumière visible. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche est constituée par de l'oxyde d'aluminium. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche a une épaisseur d'environ 100 . 4. Dispositif selan les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la couche est appliquée sur une surface en verre au plomb dont la teneur en plomb est augmentée par une réduction chimique superficielle. 50 Tube détecteur muni d'un dispositif multiplicateur selon l'une des revendications 1, 2 ou 4.