Brevet FR2641900A1 — publié le 19900720

*TUBE PHOTOMULTIPLICATEUR COMPORTANT UNE GRANDE PREMIERE DY- NODE ET UN MULTIPLICATEUR A DYNODES EMPILABLES'. La présente invention concerne un tube photomulti- plicateur comportant une photocathode, une première dynode et un dispositif multiplicateur d'électrons à dynodes empilables. L'invention trouve une application particulière- ment avantageuse dans le domaine des tubes photomultiplica- teurs à dispositif multiplicateur d'électrons à dynodes empi- lables. Par 'dispositif multiplicateur d'électrons à dynodes empilables", on entend sous les dispositifs multiplicateurs à structure lamellaire comme les multiplicateurs du type 'à feuilles' (voir par exemple le brevet français ne 2 549 288) ou encore les multiplicateurs à dynodes en persiennes dans lesquels chaque dynode est constituée de lames parallèles in- clinées par rapport à l'axe du multiplicateur. Un problème technique général qui se pose à tout tube photomultiplicateur est de pouvoir disposer d'une pre- mière dynode de grande dimension de façon à assurer une bonne collection des photoélectrons issus de la photocathode. Dans le cas des tubes comportant un dispositif multiplicateur à dy- nodes empilables, ce problème technique général se double d'un autre problème, à savoir celui de coupler la première dynode au dispositif multiplicateur de sorte que les électrons secon- daires émis par la première dynode puissent parvenir avec peu de perte au dispositif multiplicateur à dynodes empilables. Une solution à ce double problème technique est donnée, par exemple, dans le brevet français n' 2 549 288, qui décrit un tube photomultiplicateur conforme au préambule, et dont la première dynode est cylindrique de génératrices ortho- gonales à l'axe du tube. Dans ce tube connu, le couplage entre la première dynode et le dispositif multiplicateur d'électrons à dynodes empilables du type 'à feuilles' est réalisé en 26 41900 - 2- plaçant le dispositif multiplicateur en sortie de la première dynode, l'axe du multiplicateur à feuilles étant disposé per- pendiculairement à l'axe du tube. Ainsi, dans cette configura- tion, le dispositif multiplicateur offre la plus grande sec- tion de capture aux électrons secondaires émis par la première dynode, d'ou une bonne efficacité de collection. Toutefois, le tube photomultiplicateur connu de l'état de la technique présente l'inconvénient d'un encombre- ment latéral relativement grand, dû principalement au fait que, compte-tenu des dimensions assez importantes de la pre- mière dynode et de la dispersion des électrons secondaires émis par cette dernière, le dispositif multiplicateur à feuil- les ne peut être placé à proximité immédiate de la première dynode. De plus, il faut prévoir un dégagement vers l'arrière du multiplicateur pour les connexions de sortie. Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de proposer un tube photomulti- plicateur comportant une photocathode, une première dynode et un dispositif multiplicateur d'électrons à dynodes empilables, grâce auquel on pourrait obtenir une grande première dynode dont le couplage au dispositif multiplicateur serait d'encom- brement réduit par une disposition avantageuse du multiplica- teur à dynodes empilables. La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que ladite première dynode est constituée d'une plaque métallique parallèle à la photoca- thode et percée d'un trou de passage, une grille extractrice, au même potentiel que la première dynode, étant disposée entre la photocathode et ladite plaque métallique, et en ce que le- dit dispositif multiplicateur d'électrons à dynodes empilables est placé en regard dudit trou de façon à collecter les élec- trons secondaires émis par la première dynode et traversant le trou de passage. Ainsi, d'une part, la surface -de la première dynode est, à la surface du trou de passage près, du même ordre de celle de la photocathode. D'autre part, le trou de passage 26419g 0 - 3 - étant, en général, situé au milieu de la plaque métallique, dans l'axe du tube, le dispositif multiplicateur d'électrons à dynodes empilables, dont l'axe est alors parallèle à l'axe du tube, occupe une position centrale dans le tube, d'o unê ré- duction sensible de l'encombrement du tube. Un avantage du tube photomultiplicateur selon l'in- vention est que les électrons secondaires émis par la première dynode atteignent directement le dispositif multiplicateur à dynodes empilables sans qu'il soit nécessaire à cet effet d'u- tiliser, par exemple, des dynodes intermédiaires qui servi- raient en quelque sorte de déflecteurs du faisceau électroni- que en direction du multiplicateur à dynodes empilables. Enfin, dans le but d'assurer la collection la plus grande sur le dispositif multiplicateur, il est prévu que, le- dit dispositif multiplicateur d'électrons à dynodes empilables étant muni d'une grille d'entrée, ladite grille d'entrée pré- sente une forme en relief au niveau et en direction du trou de passage. Cette disposition avantageuse permet d'augmenter le potentiel électrostatique dans l'espace situé entre la grille extractrice et la première dynode, et, ainsi, d'attirer vers le.troude passage et le multiplicateur des électrons secon- daires qui, en l'absence de forme en relief retomberaient di- rectement sur la plaque métallique dont ils sont issus, sans atteindre le trou de passage. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est une vue en coupe d'un tube photo- multiplicateur selon l'invention. La figure 1 montre, en coupe, un tube photomulti- plicateur 10 comportant une photocathode 20 qui est déposée sur une fenêtre scellée à l'extrémité d'un manchon cylindri- que. Sous l'effet d'un rayonnement lumineux incident, la pho- tocathode 20 émet des photoélectrons 21 qui doivent parvenir jusqu'à une première dynode 30 aux fins de multiplication secondaire. Comme on peut le voir à la figure 1, ladite 26 4 190O - 4 - première dynode 30 est constituée d'une plaque métallique pa- rallèle à la photocathode 20, recouverte d'un matériau à émis- sion secondaire et percée d'un trou 31 de passage. Le diamètre du trou 31 de passage étant petit par rapport au diamètre de la plaque métallique 30, la première dynode présente une sur- face de collection voisine de la surface de la photocathode , ce qui est tout à fait considérable. A titre d'exemple, la Demanderesse a réalisé un tube photomultiplicateur dont la première dynode avait un diamètre de 32 mm pour un trou de passage de 8 mm, soit un rapport de surface de 16. D'autre part, on peut voir sur la figure 1 qu'une grille extractrice 32 est disposée entre la photocathode 20 et la plaque métalli- que 30, un cylindre métallique 33 relie la plaque 30 et la grille extractrice 32 qui se trouvent donc au même potentiel V1. La photocathode 20 est portée à un potentiel électrique V0 pris égal à OV. Le potentiel V1 est, par exemple, de 200 V. Les photoélectrons 21 émis par la photocathode 20 sont ainsi attirés par la grille 32 et atteignent la première dynode 30 suivant une trajectoire sensiblement rectiligne, compte-tenu du fait que le potentiel électrique entre la grille 32 et la plaque métallique 30 varie relativement peu. La grille 32 joue le rôle de blindage vis à vis de la première dynode 30, avec pour effet d'éviter que les électrons secondaires 50 émis par la plaque 30 ne retombent directement sur ladite plaque. Cette configuration favorise ainsi l'attraction des électrons secondaires 50 par l'étage d'entrée d'un dispositif multiplicateur d'électrons à dynodes empilables placé en regard du trou 31 de façon à collecter lesdits électrons secondaires émis par la première dynode 30 et traversant le trou 31 de passage. L'étage d'entrée du dispositif 40 multi- plicateur est porté à un potentiel de 300 V, par exemple. Notons que le tube photomultiplicateur 10 de la fi- gure 1 présente une efficacité de collection d'autant plus im- portante que les photoélectrons issus de la photocathode 20 et qui traversent le trou 31 de passage directement sans multi- plication par la première dynode 30 sont.néanmoins collectés -5- par le dispositif 40 multiplicateur d'électrons et participent ainsi au courant de sortie fourni par l'anode A, même si leur taux de contribution est inférieur. Toutefois, le tube de la figure 1 ne peut être utilisé comme tube rapide. L'efficacité de collection peut encore être augmen- tée en faisant pénétrer davantage dans l'espace compris entre la grille extractrice 32 et la première dynode 30 les lignes de potentiel électrique supérieur de façon à capter avec cer- titude les électrons secondaires 50 prenant naissance à la pé- riphérie de la première dynode 30. Dans ce but, on met à pro- fit le fait que la plupart des dispositifs multiplicateurs d'électrons à dynodes empilables sont munis d'une grille d'en- trée pour prévoir la disposition avantageuse qui consiste à donner à ladite grille 41 d'entrée une forme 42 en relief au niveau et en direction du trou 31 de passage. Un exemple de dispositif multiplicateur à dynodes empilables et à grille d'entrée qui pourrait convenir à la présente invention est décrit dans la demande de brevet français n 88 09 083. 264 19 O - 6- REVENDICATIONS: 1. Tube photomultiplicateur (10) comportant une photo- cathode (20), une première dynode (30) et un dispositif (40) multiplicateur d'électrons à dynodes empilables, caractérisé en ce que ladite première dynode (30) est constituée d'une plaque métallique parallèle à la photocathode (20) et percée d'un trou (31) de passage, une grille extractrice (32) au même potentiel que la première dynode (30) étant disposée entre la photocathode (20) et ladite plaque métallique, et en ce que ledit dispositif (40) multiplicateur d'électrons à dynodes em- pilables est placé en regard dudit trou (31) de façon à col- lecter les électrons secondaires (50) émis par la première dy- node (30) et traversant le trou (31) de passage. 2. Tube photomultiplicateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, ledit dispositif (40) multiplicateur d'électrons à dynodes empilables étant muni d'une grille (41) d'entrée, ladite grille (41) d'entrée présente une forme (42) en relief au niveau et en direction du trou (31) de passage.