Brevet FR2653934A1 — publié le 19910503

DESCRIPTION La présente invention concerne un tube photomultiplicateur comportant une photocathode, une électrode d'entrée et un multiplicateur d'électrons à dynodes empilables. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des tubes photomultiplicateurs à multiplicateur d'électrons à dynodes empilables. Par "multiplicateur d'électrons à dynodes empilables", on entend tous les dispositifs multiplicateurs à structure lamellaire comme les multiplicateurs du type "à feuilles" (voir par exemple le brevet français n 2 549 288) ou encore les multiplicateurs à dynodes en persiennes dans lesquels chaque dynode est constituée de lames parallèles inclinées par rapport à l'axe du multiplicateur. Un problème technique général qui se pose à tout tube photomultiplicateur est d'assurer une collection des photoélectrons issus de la photocathode qui soit la plus grande possible. Dans le cas des tubes comportant un dispositif multiplicateur à dynodes 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 secondaires émis par la photocathode 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 orthogonales 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 plaçant le multiplicateur en sortie de la première dynode, l'axe du multiplicateur à feuilles étant disposé perpendiculairement à l'axe du tube. Ainsi, dans cette configuration, le dispositif multiplicateur offre la plus grande section de capture aux électrons secondaires émis par la première dynode, d'o une bonne efficacité de collection. Toutefois, le tube photomultiplicateur connu de l'état de la technique présente l'inconvénient d'un encombrement latéral relativement grand, dû principalement au fait que, compte-tenu des dimensions assez importantes de la première dynode et de la dispersion des électrons secondaires émis par cette dernière, le multiplicateur à feuilles 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, ce qui contribue à augmenter les dimensions du manchon servant d'enveloppe au tube. Par ailleurs, ce tube connu présente également l'inconvénient d'un encombrement longitudinal important, lié à la nécessité de devoir disposer d'une distance suffisante entre la photocathode et la première dynode, d'une part, pour permettre à l'électrode d'entrée de focalisation d'assurer sa fonction de concentration des photoélectrons sur la première dynode, et, d'autre part, pour pouvoir placer les générateurs d'antimoine par exemple, suffisamment loin de la fenêtre d'entrée scellée sur le manchon et sur laquelle doit être déposée la photocathode, de façon à obtenir une couche parfaitement homogène. Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de proposer un tube photomultiplicateur comportant une photocathode déposée sur une fenêtre d'entrée scellée à une extrémité d'un manchon, une électrode d'entrée, un multiplicateur d'électrons à dynodes empilables, et au moins un générateur d'un matériau constitutif de la photocathode, tube grâce auquel on pourrait obtenir une efficacité de collection très élevée, c'est-à-dire un couplage parfait entre la photocathode et le multiplicateur d'électrons à dynodes empilables, tout en offrant un encombrement latéral et longitudinal réduit. La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention en ce que ladite électrode d'entrée est constituée par un tronc de cône conducteur à l'intérieur duquel est disposé le multiplicateur d'électrons à dynodes empilables, et en ce que ledit générateur est placé dans l'espace situé entre l'électrode d'entrée et le manchon. Ainsi, d'une part, le multiplicateur d'électrons à dynodes empilables occupant une position centrale dans le tube, l'encombrement latéral se trouve sensiblement réduit. D'autre part, comme on le verra plus loin en détail, en appliquant à l'électrode d'entrée un potentiel électrique voisin de celui de la photocathode, on réalise la situation de couplage idéal entre la photocathode et le multiplicateur, et donc d'efficacité de collection parfaite, puisque, dans l'espace situé entre la photocathode et l'ensemble électrode d'entrée-multiplicateur, le champ électrique accélérateur des photoélectrons provient essentiellement de la première dynode du multiplicateur à dynodes empilables. Dans la mesure o les électrons produits par la photocathode parviennent immanquablement jusqu'au multiplicateur, on peut envisager de rapprocher ledit multiplicateur de la photocathode, d'o une réduction de l'encombrement longitudinal du tube, sans préjudice pour le générateur de matériau constitutif de la photocathode d'être maintenue relativement éloigné de ladite photocathode en tirant parti de l'espace laissé libre entre l'électrode d'entrée et le manchon du fait de la forme en tronc de cône donnée à ladite électrode d'entrée. 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 I est une vue en coupe d'un tube photomultiplicateur selon l'invention. La figure 1 montre, en coupe, un tube photomultiplicateur comportant une photocathode 10, en antimoniure d'alcalins par exem- ple, déposée sur une fenêtre 20 d'entrée scellée à une extrémité d'un manchon 30 cylindrique. Sous l'effet d'un rayonnement lumineux incident, la photocathode 10 émet des photoélectrons 11 qui doivent atteindre, aux fins de multiplication secondaire, un multiplicateur d'électrons à dynodes empilables dont l'axe de multiplication est sensiblement confondu avec l'axe du manchon 30 cylindrique. Un exemple de multiplicateur d'électrons à dynodes empilables qui pourrait convenir à la présente invention est décrit dans la deman- de de brevet français n 88 09 083. Une anode 80 placée en sortie du multiplicateur 50 recueille les électrons résultant de la multi- plication par les dynodes empilables. Comme l'indique la figure 1, le tube photomultiplicateur comporte également une électrode 40 d'entrée constituée par un tronc de cône conducteur à l'intérieur duquel est disposé le multiplicateur 50 d'électrons. En fonctionnement, la photocathode est portée au potentiel V1, que l'on prendra égal à OV, la première dynode 51 du multiplicateur 50 est à un potentiel V3 de 300 V environ, tandis que l'électrode 40 d'entrée a un poténtiel V2 de O à 25 V, et d'une façon générale moins de 10% du potentiel V3. De manière générale, selon l'invention la cathode 10 étant portée au potentiel V1, le potentiel V2 de l'électrode 40 d'entrée est compris entre V1 et V1 augmenté de 10% de la différence entre le potentiel V3 de la première dynode 51 du multiplicateur 50 et le potentiel V1 de la photocathode 10. Si l'électrode d'entrée est à V2 = OV, tous les électrons 11 émis par la photocathode 10 sont capturés par la première dynode empilable 51 puisque dans l'espace d'entrée du tube le champ électrique est produit exclusivement par ladite première dynode 51 au potentiel V3. Le couplage et la collection sont parfaits, quelque soit la valeur de V3 et la distance entre la photocathode 10 et le multiplicateur 50. On peut donc rapprocher le multiplicateur 50 de la photocathode 10 sans nuire à la collection, d'o un tube plus court. De même, la section du tube peut être réduite du fait que le couplage est indépendant de 1' incidence des électrons. Par conséquent, la surface d'entrée utile peut être limitée à la surface, petite en elle-même, des dynodes empilables. On observe cependant qu',avec des potentiels V1 et V2 égaux, la réponse temporelle du tube n'est pas très bonne car le temps de transit des photoélectrons peut varier notablement entre les électrons issus du centre de la photocathode 11 et ceux provenant des bords. C'est pour remédier à cet inconvénient qu'on envisage également de porter l'électrode 40 d'entrée à un potentiel V2 de 25 V par exemple, qui améliore le temps de réponse du tube sans dégrader sensiblement l'efficacité de collection. La limite théorique à la réduction de la distance photocathodemultiplicateur d'un tube photomultiplicateur est la possibilité de réaliser, au moins partiellement, la photocathode à l'aide de générateurs de matériau constitutif de ladite photocathode. En effet ces générateurs, grains d'antimoine notamment, doivent être placés en regard de la photocathode et relativement éloignés de celle-ci pour obtenir une photocathode homogène. Comme l'illustre la figure 1, il est possible de satisfaire à cette exigence tout en maintenant le multiplicateur 50 d'électrons à proximité de la photocathode 10 en plaçant lesdits générateurs 61, 62 dans l'espace 70 situé entre l'électrode 40 d'entrée et le manchon 30. Ainsi que le montre les flèches issues du générateur 61, l'antimoine produit par les générateurs 61 et 62 peut recouvrir la photocathode 10 de façon homogène. REVENDICATIONS 1. Tube photomultiplicateur comportant une photocathode (10) déposée sur une fenêtre (20) d'entrée scellée à une extrémité d'un manchon (30), une électrode (40) d'entrée, un multiplicateur (50) d'électrons à dynodes empilables, et au moins un générateur (61,62) d'un matériau constitutif de la photocathode (10), caractérisé en ce que ladite électrode (40) d'entrée est constituée par un tronc de cône conducteur à l'intérieur duquel est disposé le multiplicateur (50) d'électrons à dynodes empilables, et en ce que ledit générateur (61,62) est placé dans l'espace (70) situé entre l'électrode (40) d'entrée et le manchon (30). 2. Utilisation d'un tube photomultiplicateur selon la revendication 1, caractérisée en ce que, la photocathode (10) étant portée au potentiel VI, le potentiel V2 de l'électrode (40) d'entrée est compris entre V1 et V1 augmenté de 10% de la différence entre le potentiel V3 de la première dynode (51) du multiplicateur (50) et le potentiel V1 de la photocathode (10).