Brevet FR2604824A1 — publié le 19880408

_- 1 -- uTUBE PHOTOMULTIPLICATEUR SEGMENTE". La présente invention concerne un tube photomulti- plicateur segmenté en une pluralité de photomultiplicateurs élémentaires. Un des problèmes techniques à résoudre par les tu- bes photomultiplicateurs segmentés en une pluralité de photo- multiplicateurs élémentaires relève du domaine de la physique des hautes énergies, et plus particulièrement de la détection, par effet photoélectrique, des particules élémentaires afin, par exemple, d'en déterminer la trajectoire. Dans ce but, il est nécessaire de réaliser des dispositifs de détection com- portant un grand nombre d'éléments photomultiplicateurs dis- tincts mais accolés le mieux possible les uns aux autres de façon à limiter les pertes de surface utile de ces disposi- tifs. Une solution à ce problème technique, qui a aussi l'avantage de diminuer le coût des dispositifs de détection susmentionnés, est donnée, d'une façon générale, par la seg- mentation d'un tube photomultiplicateur en une pluralité de photomultiplicateurs élémentaires. Le fait que plusieurs pho- tomultiplicateurs sont ainsi réalisés dans une même enceinte conduit à une utilisation maximum sans pertes de la surface de la photocathode du tube photomultiplicateur. Par ailleurs, le prix de revient des voies de photomultiplication ainsi obte- nues est sensiblement inférieur à celui d'un nombre équivalent de tubes photomultiplicateurs uniques. La demande de brevet français n" 83 11 514 décrit un exemple particulier de tube photomultiplicateur segmenté en une pluralité de photomulti- plicateurs élémentaires, comportant notamment une photocathode et un multiplicateur du type 'à feuilles" cloisonné en une pluralité de multiplicateurs élémentaires associés auxdits photomultiplicateurs élémentaires. Ce tube photomultiplicateur 2604U24 - 2 - segmenté connu fonctionne en focalisation dite de proximité, c'est à dire que le multiplicateur à feuilles est-placé au voisinage immédiat de la photocathode. Chaque multiplicateur élémentaire découpe ainsi, de façon immatérielle, la surface os05 de la photocathode en photocathodes élémentaires parfaitement jointives et donc sans pertes. Ce type de tube connu, s'il a l'avantage d'offrir jusqu'à 64 voies de mesure dans une même enceinte, présente cependant l'inconvénient, du fait de la présence à la périphérie du multiplicateur à feuilles d'arma- tures métalliques d'assemblage et de contact électrique, que la surface utile de la photocathode est inférieure à l'encom- brement total du tube, avec pour conséquence qu'il est impos- sible d'associer de tels tubes en mosaïque, par exemple, sans créer au niveau de leur jonction d'importantes zones aveugles au rayonnement à détecter. D'autre part, le coût de ces tubes reste encore relativement élevé du fait qu'ils exigent une technologie de fabrication onéreuse puisque la photocathode doit être évaporée sous vide à l'extérieur du tube puis assem- blée sur celui-ci, ceci en raison de la proximité du multipli- cateur et de la photocathode. Le problème technique à résoudre par l'objet de la présente demande est de réaliser un tube photomultiplicateur segmenté en une pluralité de photomultiplicateurs élémentai- res, comportant une photocathode et un multiplicateur du type "à feuilles* cloisonné en une pluralité de multiplicateurs élémentaires associés auxdits photomultiplicateurs élémentaires, grâce auquel on obtienne que la surface utile de la photocathode soit supérieure à la surface utile du multi- plicateur à feuilles et sensiblement égale à l'encombrement total du tube de manière à pouvoir assembler en mosaïque des tubes ainsi réalisés sans qu'il en résulte des surfaces per- dues, insensibles au rayonnement incident. La solution à ce problème technique consiste, selon la présente invention, en ce que l'espace d'entrée dudit tube photomultiplicateur, situé entre la photocathode et le - 3 - multiplicateur est cloisonné en une pluralité d'espaces d'entrée élémentaires associés aux photomultiplicateurs élé- mentaires et définissant une pluralité de photocathodes élé- mentaires, chaque espace d'entrée élémentaire présentant une électrode de focalisation réalisant la convergence des photoé- lectrons issus de la photocathode élémentaire associée sur le multiplicateur élémentaire correspondant. Ainsi, par effet, de convergence, il est possible d'obtenir que la surface totale utile de la photocathode soit supérieure à la surface totale utile du multiplicateur et donc au moins égale à l'encombre- ment hors-tout dudit multiplicateur. La surface de la photoca- thode peut donc coïncider pratiquement avec l'encombrement du tube luimême. En outre, il est à noter que le tube photomultiplicateur segmenté selon l'invention présente l'avantage supplémentaire de pouvoir être fabriqué en utilisant la technologie classique dite de pompage selon laquelle la photocathode est évaporée après que le tube soit vidé et scellé. Cette technique de fabrication bon marché est rendue possible puisque par principe le multiplicateur se trouve à une distance relativement grande de la photocathode. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure la montre en coupe un premier exemple de réalisation d'un tube photomultiplicateur segmenté selon l'in- vention. La figure lb est une vue de dessus correspondant à la vue en coupe de la figure la. La figure 2a est une coupe d'un deuxième exemple de réalisation d'un tube photomultiplicateur segmenté selon l'in- vention. La figure 2b est une vue de dessus correspondant à la vue en coupe de la figure 2a. Les figures la et lb montrent, respectivement en coupe et en vue de dessus, un tube photomultiplicateur 10 seg- - 4 - menté en quatre photomultiplicateurs élémentaires 11. Ce tube comporte une photocathode 16 déposée sur une fenêtre 20, et un multiplicateur 13 du type 'à feuilles' cloisonné en quatre multiplicateurs élémentaires 14. Ce genre de multiplicateurs ainsi que leur cloisonnement sont décrits en détail dans la demande de brevet français n 83 11 514. Le multiplicateur 13 se termine par une anode & grille 30 que l'on peut n'utiliser que comme électrode extractrice, le signal de mesure étant prélevé au niveau de la dernière feuille 31 du multiplicateur, celle-ci constituant la dernière dynode. Comme on peut le voir aux figures la et lb, l'espace d'entrée du tube photomultipli- cateur 10, situé entre la photocathode 12 et le multiplicateur 13 est cloisonné en quatre espaces d'entrée élémentaires 15 associés aux photomultiplicateurs élémentaires 11. Ce cloison- nement de l'espace d'entrée du tube 10 est réalisé à l'aide de parois 40 étanches aux électrons qui s'étendent de la photoca- thode 12 à l'entrée du multiplicateur à feuilles 13, et qui définissent de la sorte quatre photocathodes élémentaires 16. Ainsi que le montrent les figures la et lb, la structure du tube 10 est telle que, compte-tenu de l'espace occupé par les moyens 50 d'assemblage et les moyens 51 de contact électrique du multiplicateur 13, l'encombrement du tu- be, et donc la surface de la fenêtre 20, est sensiblement su- périeure à la surface utile de multiplication du multiplica- teur 13. Dans le but de donner à la photocathode 12 une surfa- ce utile égale à la surface de la fenêtre 20, chaque espace d'entrée élémentaire 15 présente une électrode de focalisation 17 réalisant la convergence des photoélectrons 60 issus de la photocathode élémentaire associée 16 sur le multiplicateur élémentaire 14 correspondant. Afin de tenir compte de la dissymétrie spatiale existant entre la photocathode élémentaire 16 et le multipli- cateur élémentaire 14 correspondant, l'électrode de focalisa- tion 17 présente elle-même une forme dissymétrique en ce sens, d'une part, qu'elle est taillée en biseau comme le montre la figure la, et, d'autre part, que le trou de sortie 18 est -5 excentré par rapport à la photocathode élémentaire 16 de ma- nière à se trouver à l'aplomb du multiplicateur élémentaire 14 correspondant. Dans le cas montré aux figures la et. lb, les électrodes de focalisation sont toutes identiques entre elles et se déduisent les unes des autres par rotation de 90 autour de l'axe du tube 10. La distance entre le multiplicateur à feuilles 13 et la photocathode 12 étant relativement grande, de l'ordre de la dimension des photocathodes élémentaires 16, il est possi- ble de réaliser le tube photomultiplicateur segmenté 10 selon la technique usuelle et bon marché qui consiste à évaporer la photocathode 12 après pompage et scellement du tube. A cet effet, il est prévu de placer les évaporateurs 70 des consti- tuants de ladite photocathode (antimoine, césium, etc...) au fond de l'électrode de focalisation 17, ainsi que l'indique la figure lb. Les figures 2a et 2b montrent, également en coupe et en vue de dessus, un tube photomultiplicateur segmenté 10 du même type que celui décrit en regard des figures la et lb, si ce n'est que le tube des figures 2a et 2b est segmenté en neuf photomultiplicateurs élémentaires 11, au lieu de quatre. Dans ce cas, les neuf espaces d'entrée élémentaires 15 ne sont pas tous équivalents entre eux, ils se partagent en trois groupes: ceux situés dans les angles du tube, au nombre de quatre, ceux situés au milieu des quatre côtés, également au nombre de quatre, et celui situé au centre du tube. Par consé- quent, il faudrait en principe réaliser trois types d'électro- des de focalisation 17 permettant d'assurer dans chacune des trois configurations possibles la convergence des photoélec- trons sur la totalité de la surface utile de multiplication de chacun des multiplicateurs élémentaires 14. Cette solution présente l'inconvénient de ne pas être industriellement avan- tageuse, c'est pourquoi il est prévu, comme on peut l'observer aux figures 2a et 2b, de n'utiliser qu'un seul type d'électro- de de focalisation, celui correspondant aux électrodes de fo- calisation placées aux angles du tube 10. Dans ce cas, la - 6 - totalité de la surface utile du multiplicateur 13 n'est pas utilisée mais uniquement les zones représentées par les carrés de la figure 2b, ce qui ne présente pas d'inconvénient pour le fonctionnement du tube photomultiplicateur segmenté 10 conforme aux figures 2a et 2b. -7- REVENDICATIONS: 1. Tube photomultiplicateur (10) segmenté en une plu- ralité de photomultiplicateurs élémentaires (11), comportant une photocathode (12)'et un multiplicateur (13) du type "à feuilles cloisonné en une pluralité de multiplicateurs élé- mentaires (14) associés auxdits photomultiplicateurs élémen- taires (11), caractérisé en ce que l'espace d'entrée dudit tu- be photomultiplicateur (10), situé entre la photocathode (12) et le multiplicateur (13), est cloisonné en une pluralité d'espaces d'entrée élémentaires (15) associés aux photomulti- plicateurs élémentaires (11) et définissant une pluralité de photocathodes élémentaires (16), chaque espace d'entrée élé- mentaire (15) présentant une électrode de focalisation (17) réalisant la convergence des photoélectrons issus de la photo- cathode élémentaire associée (16) sur le multiplicateur élé- mentaire (14) correspondant. 2. Tube photomultiplicateur segmenté selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les électrodes de focalisation (17) associées aux espaces d'entrée élémentaires (15) sont toutes identiques entre elles.