Brevet FR2644932A1 — publié le 19900928

DESCRIPTION TUBE PHOTOMULTIPLICATEUR RAPIDE A GRANDE HOMOGENEITE DE COL- LECTION'. La présente invention concerne un tube photomulti- plicateur comportant une photocathode, des électrodes focali- satrices et une structure multiplicatrice rapide de grande surface d'entrée relativement à la photocathode et comprenant, au moins, une dynode d'entrée. L'invention s'applique au domaine technique géné- ral des tubes photomultiplicateurs. Le tube photomultiplicateur faisant l'objet du préambule correspond à un type très classique de tubes connu sous le nom de 'linéaire focalisé', décrit, par exemple, dans le brevet américain n 1 288 477. La structure multiplicatrice focalisante, dite aussi structure de Rajchman, présente, outre la dynode d'entrée, une pluralité de dynodes dont la forme et la disposition sont conçues de manière à assurer une focalisa- tion progressive des trajectoires électroniques le long de la structure multiplicatrice. Cette focalisation réduit la dis- persion des temps de transit entre étages et permet à la structure, et donc au tube, d'avoir des performances de rapi- dité élevées. D'autre part, du fait principalement de la foca- lisation dans les divers étages, les tubes linéaires focalisés offrent une bonne linéarité de réponse en fonction du flux in- cident. Toutefois, l'optique électronique d'entrée de ces tubes photomultiplicateurs connus de l'état de la technique n'offrent pas une efficacité de collection constante des pho- toélectrons émis par la photocathode, car la dynode d'entrée de la structure multiplicatrice focalisante, c'est-à-dire dans ce cas la première dynode du tube, présente une surface rédui- te relativement à celle de la photocathode et se trouve assez éloignée de la photocathode. Il en résulte donc une certaine inhomogénéité de collection dans la mesure o les électrons issus de la périphérie de la photocathode ne sont pas tous captés par la dynode d'entrée. Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de réaliser un tube photomulti- plicateur comportant une photocathode, des électrodes focali- satrices et une structure multiplicatrice rapide, de grande surface d'entrée relativement à la photocathode et comprenant, au moins, une dynode d'entrée, tube qui permettrait une effi- cacité de collection et une homogénéité plus grandes que celles des tubes photomultiplicateurs linéaires focalisés conventionnels, et ceci même dans le cas de photocathode de grande dimension, tout en conservant une bonne linéarité et une rapidité satisfaisante. La solution à ce problème technique consiste, selon la présente invention, en ce que ledit tube photomultiplica- teur présente, entre la photocathode et ladite structure mul- tiplicatrice focalisante, un premier étage multiplicateur com- posé, dans l'ordre à partir de l'ensemble photocathode et électrodes focalisatrices, d'une grille accélératrice, d'une première dynode multiplicatrice du type plaque à trous, et d'une grille extractrice de même structure que ladite première dynode multiplicatrice, la sortie de ladite grille extractrice étant couplée à la dynode d'entrée de la structure focalisante par une électrode de focalisation. Les dynodes multiplicatrices du type plaque à trous et les grilles extractrices associées sont connues de l'état de la technique pour constituer, d'une façon générale, les dispositifs multiplicateurs d'électrons à dynodes empilables comme celui décrit dans le brevet français n 2 549 288 ou encore dans la demande de brevet français non publiée ne 88 09083. Comme on le verra plus loin en détail, le tube pho- tomultiplicateur selon l'invention présente une grande surface de collection liée à la dimension de la première dynode multi- plicatrice, et permet, du fait de la structure de la plaque à trous, de collecter des photoëlectrons dont la trajectoire est très inclinée par rapport à la première dynode. Cette caracté- ristique offre l'avantage de pouvoir utiliser des photocatho- des de grande surface, planes ou sphériques, et conduit à une meilleure homogénéité de collection. Par ailleurs, le tube conforme à l'invention, de par la focalisation électronique réalisée par la structure multiplicatrice focalisante, possède une bonne linéarité et une bonne rapidité, d'autant que les écarts entre électrons issus du centre et du bord de la photo- cathode sont réduits par la forme en plaque de la première dy- node multiplicatrice. Enfin, l'invention permet le traitement des dynodes in situ', la première dynode plane à l'entrée du tube facilite le dépôt d'une couche à émission secondaire, par exemple d'antimoniure alcalin, qui améliore le rapport signal à bruit. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com- prendre 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 comportant une photocathode 10, ici une photocathode plane déposée sur une fenêtre 11, un ensemble d'électrodes fo- calisatrices 12 et 12', et une structure multiplicatrice foca- lisante 20, connue en soi, comprenant une dynode 21 d'entrée, ainsi que d'autres dynodes multiplicatrices et une anode de sortie A à grille. L'ensemble photocathode 10, électrode foca- lisatrice 12 constituée par un dépôt d'aluminium sur la paroi intérieure du manchon 13 du tube et une (ou plusieurs) élec- trode(s) 12' portée(s) à des potentiels électriques, par rap- port & la photocathode, compris entre, par exemple, 100 V et 2000 V, a pour effet d'attirer et de concentrer les photoélec- trons 51 émis par la photocathode 10 sur le premier étage mul- tiplicateur. Comme on peut le voir sur la figure 1, le tube photomultiplicateur présente, entre l'ensemble photocathode 10 et électrodes focalisatrices 12 et 12' d'une part, et ladite structure multiplicatrice focalisante 20 d'autre part, un premier étage multiplicateur 30 composé de trois parties, dans l'ordre à partir de l'électrode focalisatrice 12': - une grille 31 de grande transparence, réalisée par exemple & l'aide de fils métalliques distants de 1 à 2 mm. - une première dynode multiplicatrice 32 d'électrons, pa- ralléle à la grille 31, et formée d'une plaque à trous, les- dits trous étant disposés selon un réseau plan régulier, tel que décrit dans la demande de brevet français déposée par la Demanderesse sous le n' 88 09083. Le pas dudit réseau plan ré- gulier peut être égal ou inférieur à celui de la grille 31, par exemple 0,65 um. Le potentiel de la première dynode multi- plicatrice 32 est égal ou supérieur de 10 à 30 V à celui de la grille 31. Ainsi, le champ électrique régnant entre la grille 31 et la première dynode 32 favorise l'attraction des électrons secondaires 52 émis par la première dynode 32 vers la grille extractrice 33 après multiplication secondaire, - une grille extractrice 33, parallèle à la première dynode multiplicatrice 32, et formée également d'une plaque à trous de même structure que la première dynode 32, les trous de la grille extractrice 33 étant placés en regard des trous de la première dynode 32. De facon à pouvoir attirer les électrons secondaires 52 à travers les deux séries de trous des plaques 32 et 33, la grille extractrice 33 est portée à un potentiel électrique de 50 à 200 V plus élevé que celui de la première dynode multiplicatrice 32. Une électrode de focalisation 40 permet de focali- ser les électrons secondaires 52 sortant de la grille extrac- trice 33 sur la dynode 21 d'entrée de la structure multiplica- trice focalisante 20. Cette électrode de focalisation 40 a la forme d'un cylindre métallique et son potentiel est voisin de celui de la première dynode multiplicatrice 32 (10 à 20 V en plus ou en moins). La dynode 21 d'entrée est portée par exem- pie à un potentiel de 100 à 500 V supérieur à celui de la grille extractrice 33. -5 REVENDICATION 1. Tube photomultiplicateur comportant une photocatho- de (10), des électrodes focalisatrices (12,12') et une struc- ture multiplicatrice rapide (20). de grande surface d'entrée relativement à la photocathode et comprenant, au moins, une dynode (21) d'entrée, caractérisé en ce que ledit tube photo- multiplicateur présente, entre la photocathode (10) et ladite structure multiplicatrice focalisante (20), un premier étage multiplicateur (30) composé, dans l'ordre à partir de l'ensem- ble photocathode (10) et électrodes focalisatrices (12,12'), d'une grille (31), d'une première dynode multiplicatrice (32) du type plaque à trous, et d'une grille extractrice (33) de méme structure que ladite première dynode multiplicatrice (32), la sortie de la grille extractrice (33) étant couplée à ladite dynode (21) d'entrée de la structure focalisante par une électrode de focalisation (40).