Brevet FR2124042A1 — publié le 19720922

la présente invention concerne un compteur de photons ultraviolets sous vide9 avec lequel9 en utilisant llefz fet photoélectrique extérieur9 on rend possible la détection de photons, en particulier à partir du domaine spectral ultraviolet sous vide (VUV) en comptant les quanta unitaires. L'emploi de la spectroscopie VUV pour résoudre les problèmes de la technique de mesure analytique ou de la recherche scientifique exige un capteur de rayonnement sensible pour le domaine VUV. Ainsi, par exemple9 la sensibilité à la détection de l'analyse spectrale de l'émission croît généra lement avec la sensibilité du capteur utilisé. A côté dune sensibilité suffisante doivent fonctionner, d'une manière stable., des cap teurs VIJV sans fenêtres dans un vide de 10-4 4 à 10 @ Torr. Une sensibilité suffisante de la détection d'un rayonnement VUV est possible en utilisant l'effet photoélec- trique extérieurS parce que étant donné l'énergie élevée des photons VUV, on peut utiliser avec une grande efficacité de sortie des cathodes photoélectriques 9 dont 1 émission thermique peut être négligée. Sur la base de l'effet photoélectrique extérieur9 on connatt deux compteurs de photons VUV fondamentaux différents. Ce sont le multiplicateur d'électrons secondaires ouvert (SEV) et le capteur à scintillations de photo-émissions (capteur PS). le capteur PS repose sur le principe, décrit par SCHUTZE et BERNHARD, de la détection d'électrons au moyen de la technique de scintillation bien connue de la physique nucléaire. Selon par exemple 3.W. SCHUMACHER, il est déjà connu d'utiliser ce principe en considérant des conditions spéciales également pour la détection du rayonnement Röntgen. le capteur de rayonnement proposé par celui-ci est essentiellement constitué d'une chambre où lDon peut faire le vide, avec un orifice d'entrée pour le rayonnement Röntgen d2une photocathode primaire comme cible Röntgen, à laquelle est annexé un dispositif d:accé lération, et d'un scintillateur avec un photomultiplicateur consécutif comme mécanisme de détection pour les photo-électrons. Les moyens de mise en faisceau des photo- électrons émis ne sont pas prévus. Dans l'un des capteurs PS connus pour la détection d'un rayonnement VUV, la photo-cathode primaire en nickel massif qui se trouve dans la chambre à vide est entourée d'un cylindre creux aved une ouverture d'entrée de la lumière e Cette mesure doit améliorer la transmission des photo-électrons au scintillateur. On connaît les méthodes de comptage des scintillations, y compris lgélectronique de suite9 par la teehni que de mesure nucléaire lies SEV ouverts possèdent, comme compteurs de photons VtW, une sensibilité suffisante pour des buts pratiques, d'un ordre de grandeur de l photon/seconde. Du fait que les surfa- ces activées qui y sont contenues se recouvrent9 pendant leur exploitation dans le vide du spectomètre9 avec les parties existantes du reste de gaz, ces capteurs ne sont pas durablement stables et ne peuvent être mis en oeuvre que d'une façon très limitée. Certes, les capteurs PS connus jusqu'ici sont stables pendant très longtemps sous un vide élevé, mais ils sont de plusieurs ordres de grandeur plus sensibles que les SEV ouverts. Une élévation de la sensibilité du capteur PS au delà d'environ 1 photon/seconde est désirable, par ce que, pour ce capteur, seuls les SEV fermés d'usage dans le commerces sont nécessaires. les causes de la sen sibilité insuffisante des capteurs PS, connus jusqu'ici, sont le manque d'optimisation de la transmission d'électrons de la photo cathode au scintillateur et de la transmission de lumière du scintillateur à laphotocathode du SEV fermés ainsi que l'émission de champ de la photo cathode par la tension d'accélération appliquée. la présente invention a pour but de réaliser un compteur de photons VUV stables de longue durée et de haute sensibilité pour une exploitation sans fenêtres sous un vide élevé, permettant une élévation de la puissance de détection de la spectroscopie VUV. La présente invention a pour objet un comp- teur de photons,caractérisé en ce que les photo-électrons sont trans- mis quantitativement sur la surface du capteur de l'installation de détection, l'émission de la photocathode primaire étant minimale et la lumière diffusée tenue éloignée de la surface du capteurs En utilisant un scintillateurg on transmet l'émission du scintillateur quantitativement à la photocathode SEV9 de telle sorte que des courants de photons VUV d'une intensité ex trêmement faible sont mesurables. Conformément à cette invention, ce problème est résolu en ce que, dans la chambre du capteur mise sous vide, sont prévus des moyens pour une formation optique électronique du domaine uni, photo--électriquement efficace de la photocathode primaire sur la surface du capteur de 11 installation de détection, et qu'à l'emplacement de la plus faible section du rayonnement de photo-éleetrons est aménagé un écran. Cet écran permet a pénétration des photo--électrons émis, renvoie largement les électrons de champ et protège la surface du capteur de la Lumière diffusée. La surface du capteur de L installation de détention peut appartenir soit à un scintillateur, soit, suivant une forme d'exécution favo rable de l'inventions à un détecteur de corps solides. Opportunément, la photo--cathode primaire possède une âpreté de surface faible et est vaporisée avec un iso- land, par exemple de chlorure de potassium. Par cette mesure, on diminue l'émission de champ de la photocathode. Le domaine photo-électrique efficace uni, de la photocathode primaire est modifiable. On peut adapter sa paractéristique spectrale à une allure prédéterminée en choix sissant la constitution de la surface. En choisissant un scintillateur9 il est avantageux de l'exécuter conique et de surface polie. Le contact optique entre le scintillateur et la photo cathode du SEV est fabriqué au moyen d'une matière plastique à faible extinctione En outre, un réflecteur est conjugué au scintillateur. Ces dispositions permettent une transmission quantitative de l'émission du scintillateur au SEV. Si le compteur de photons doit utiliser pour l'enregistrement des processus rapldement variables9 il est opportun d'employer un scintillateur d'une perte d'activité de faible durée, par exemple un scintrnlateur en plastiquez en liai son avec une électronique de suite dune puissance derésolution dans le temps élevée. On peut , dans ce cas, effectuer le trait tement électronique de l'impulsion fournie par le capteur PS, d'une manière connue, au moyen d'un convertisseur temps-amplitude et d'un emmagasinage annexe dans un analyseur d'impulsions élevées à quatre canaux. Avec une forme d'exécution préférée du compteur de photons de la présente invention, on utilise pour la représentation électro optique un système d 7 échangeur d'images connu en soi, constitué essentiellement de la photocathode primaire et d'une lentille tubulaire, adaptée au domaine photoélectrique efficace, uni. La faible émission d'électrons de champ de la photocathode primaire permet une élévation de la tension vue de l'accélération des photoélectrons, gräce à quoi les impulsions électriques fournies par le SEV ou le détecteur de corps solides de l'installation de détection sont suffisamment grande pour permettre une discrimination électronique de ces impulsions et des impulsions gênantes du SEV ou du détecteur de corps solides On peut ainsi atteindre une sensibilité de détection élevée pour les photons VUV. La présente invention est expliquée ci après au moyen dcun exemple d'exécution. Le dessin ci-annexé représente un compteu de photons VUV avec une installation de détection pour photoélec- trons, essentiellement constituée d'un scintillateur et d'un SEV. lie rayonnement VUV parvient, à travers la fente (1) de la source de rayonnement 5 dans la chambre de captation mise sous vide (2) sur la photocathode primaire (3) lies photoélectrons sont éleetre- optiquement figurés par la lentille tubulaire (4) sur l'écran (5) des bords de l'anode (6). Ils atteignent le scintillateur (7) qui, au moyen d'une matière plastique à faible extinction, est en contffi optique avec la photocathode du SEV (8), La lumière provenant du scintillateur (7) parient, soit directement, soit par un réflecteur (9) tourné vers le SEV (8), à la photocathode du SEV (8). La haute tension, d'environ 20 KV9 est9 par le passage (10) d'un aménagement d'accélération, conduite par la paroi de la chambre de captation (2) à la photocathode primaire (3). Au lieu du scintillateur (7) en liaison avec le SEV (8) peut aussi intervenir un détecteur de corps solides. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisations, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 ) Compteur de photons ultraviolets sous vide avec une chambre de captation mise sous vide9 une photocatho- de primaire9 une installation d'a@@élération et un dispositif de détection pour photo-éle@trons, compteur caractérise en ce qu'il comprend des moyens pour la représentation optique électronique du domaine uni photoélectrique efficace de la photocathode primaire sur la surface du capteur du dispositif de détection et un écran placé à 11 endroit de la section la plus faible du rayonnement des photos-électrons. 2 ) Compteur de photons suivant la reven dication 1, caractérisé en ce que la surface du capteur du dispositif de détection appartient à un scintillateur. 30) COmpteur de photons suivant la reven dication 1, caractérisé en ce que la surface du capteur du dispositif de détection appartient à un détecteur de corps solides 4 ) Compteur de photons suivant la revendication 19 caractérisé en ce que la photocathode primaire présente une faible âpreté de surface et est vaporisée avec un isolant, par exemple du chlorure de potassium. 5 ) COmpteur de photons suivant la reven- dication 1, caractérisé en ce que le domaine uni photo-électrique efficace de la photocathode primaire est modifiable et que sa carac- téristique spectrale est adaptée à un processus préétabli en choisissant la constitution de la surface. 6 ) Compteur de photons conforme à l'une quelconque des revendications 192 et 4,5, caractérisé en ce que le scintillateur est conique et que sa surface est polie. 7 ) Compteur de photons conforme à l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce que le contact optique entre le scintillateur et la photocathode du SEV est fabriqué au moyen d'une matière plastique de faible extinction 8 ) Compteur de photons conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'un ré- flecteur est adjoint au s@intiliateur. 90) Compteur de photons conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on uti lise un scintillateur d'une faible perte de radio-activité9 par exemple un scintillateur en plastique. 100) Compteur de photons conforme à la revendication 19 caractérisé en ce que9 pour la représentation électro-optique, on utilise un système d'échangeur d'images connu en soi, constitué essentiellement d'une photocathode primaire et d'une lentille tubulaire appartenant à son domaine uni photoélec- trique efficace.