Brevet FR2654552A1 — publié le 19910517

La présente invention concerne un tube photomulti- plicateur segmenté en une pluralité de photomultiplicateurs élémentaires, comportant une photocathode, une pluralité de multiplicateurs d'électrons élémentaires du type 'à feuilles à trous", et une pluralité d'électrodes de focalisation réali- sant la convergence des photoélectrons issus de la photocatho- de sur lesdits multiplicateurs élémentaires. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la physique des hautes éner- gies, et, plus particulièrement, dans celui 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 général, qui a aussi l'avantage de diminuer le coût des dispositifs de détec- tion susmentionnés, est donnée par la segmentation d'un tube photomultiplicateur en une pluralité de photomultiplicateurs élémentaires La demande de brevet européen no O 264 992 dé- crit un tube photomultiplicateur segmenté d'un type conforme au préambule, dans lequel les multiplicateurs élémentaires ré- sultent du cloisonnement d'un multiplicateur "à feuilles à trous' unique, et dont l'espace d'entrée situé entre la photo- cathode et le multiplicateur d'électrons est également cloi- sonné, de façon étanche aux électrons issus de la photocathode en une pluralité d'espaces d'entrée élémentaires Ce cloison- nement de l'espace d'entrée a pour effet d'éviter la diaphotie des photoélectrons qui pourrait se produire entre les diffé- rentes voies du fait, d'une part, que la distance entre la photocathode et le multiplicateur doit être relativement gran- de pour pouvoir placer les générateurs d'antimoine, par exem- ple, assez loin de la fenêtre d'entrée du tube dans le but de réaliser une couche d'antimoine la plus homogène lors de l'é- laboration de la photocathode, et, d'autre part, que les élec- trodes de focalisation sont portées à un potentiel électrique élevé, de l'ordre de celui de la première feuille du multipli- cateur d'électrons. Par ailleurs, il faut noter que le multiplicateur cloisonné du tube photomultiplicateur segmenté connu n'est pas exempt de diaphotie En se référant, par exemple, à la demande de brevet français N 088 09 083 qui décrit un multiplicateur "à feuilles" du même type que celui utilisé dans le tube segmenté de l'état de la technique, on note que le cloisonnement est réalisé entre les demi-dynodes extractrices et multiplicatri- ces d'une même dynode à l'aide d'une entretoise étanche aux électrons Par contre, l'espace entre une demi-dynode multi- plicatrice et la demi-dynode extractrice de la dynode suivante est libre de sorte que des électrons rétrodiffusés élastique- ment sur la surface de ladite demi-dynode extractrice près de la limite entre deux multiplicateurs élémentaires peuvent pas- ser d'un multiplicateur élémentaire au multiplicateur élémen- taire voisin pour y être à nouveau multiplié et, ainsi, donner lieu à diaphotie. Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de réaliser un tube photomulti- plicateur segmenté conforme au préambule grâce auquel toute diaphotie serait évitée au niveau des multiplicateurs élémen- taires, et dont l'étage d'entrée serait de réalisation plus simple tout en assurant une très bonne collection électronique et une diaphotie minimale des photoélectrons. La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que les feuilles homologues des multiplicateurs élémentaires sont réalisées sur une même plaque conductrice segmentée présentant une zone morte séparant des zones actives à trous correspondant aux différents multiplicateurs, et en ce que lesdites électrodes de focalisation sont réalisées à partir d'une même feuille conductrice percée de trous de passage des photoélectrons vers les multiplicateurs élémentaires. Ainsi, le fait que les zones actives des feuilles soient séparées par une zone morte ayant une certaine largeur empêche les électrons élastiques rétrodiffusés de traverser ladite zone morte pour passer d'un multiplicateur secondaire à l'autre, car cela supposerait que lesdits électrons puissent effectuer plusieurs sauts successifs avec rétrodiffusion élastique à chaque saut, ce qui correspond à une possibilité tout à fait négligeable La diaphotie au niveau des multiplicateurs élémentaires pour le tube selon l'invention est donc pratiquement inexistante. D'autre part, comme on le verra plus loin en détail, en appliquant aux électrodes de focalisation un potentiel électrique voisin de la photocathode, on réalise la situation de couplage idéal entre la photocathode et les multiplicateurs élémentaires, et donc d'efficacité de collection parfaite, puisque, dans l'espace situé entre la photocathode et les multiplicateurs élémentaires, le champ électrique accélérateur provient essentiellement de la première feuille des multiplicateurs élémentaires On peut ainsi définir sans nécessité de cloisonnement matériel, mais aussi sans diaphotie, des photocathodes élémentaires associées aux tubes photomultiplicateurs élémentaires en tant que surface conjuguée sur la photocathode des multiplicateurs élémentaires à travers l'optique électronique d'entrée constituée par chaque électrode de focalisation et la première feuille du multiplicateur élémentaire correspondant. L'absence de cloisonnement matériel dans l'espace d'entrée du tube photomultiplicateur segmenté selon l'invention constitue déjà en soi un avantage important en comparaison des tubes de l'état de la technique Il faut également souligner qu'elle permet en outre d'envisager de réaliser les électrodes de focalisation d'un seul tenant sur une même feuille conductrice percée de trous de passage, et non pas de manière individuelle comme dans le tube connu, avec la plus grande facilité de construction du tube que cela représente. 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 1 est une vue en coupe d'un tube photomultiplicateur segmenté selon l'invention. La figure 2 est une vue de dessus d'une plaque conductrice segmentée du tube de la figure 1. La figure 3 est une vue de dessus d'une feuille conductrice réalisant les électrodes de focalisation du tube de la figure 1. La figure 1 montre, en coupe, un tube photomultiplicateur 10 segmenté en deux photomultiplicateurs élémentaires 11, comportant une photocathode 12, deux multiplicateurs élémentaires 13 du type "à feuilles à trous", et deux électrodes 14 de focalisation réalisant la convergence des photoélectrons issus de la photocathode 12 sur lesdits multiplicateurs élémentaires 13. Le tube photomultiplicateur 10 se termine par une anode 23 par exemple une plaque collectrice que l'on peut utiliser comme électrode extractrice. Les multiplicateurs élémentaires 13 'à feuilles à trous" peuvent être analogues à ceux décrits dans la demande de brevet européen N O O 131 339 ou dans la demande de brevet française n' 88 09 083. Comme le montrent les figures 1 et 2, les feuilles homologues 15 des multiplicateurs élémentaires 13 sont réalisées sur une même plaque conductrice 16 segmentée présentant une zone morte 17 séparant les zones actives 18 à trous correspondant aux deux multiplicateurs 13 Les deux demi-dynodes extractrice et multiplicatrice d'une même dynode sont séparées au niveau de la zone morte 17 par une cloison 22 conductrice, étanche aux électrons qui évite la diaphotie entre les deux multiplicateurs élémentaires 13 Entre une demi-dynode multiplicatrice et la demi-dynode extractrice sui- vante, pour lesquelles un tel cloisonnement n'existe pas, la diaphotie entre multiplicateurs élémentaires est empêchée par la présence de la zone morte 17 pratiquement infranchissable même pour des électrons rétrodiffusés élastiquement sur la demi-dynode extractrice. En fonctionnement, la photocathode 12 est portée au potentiel électrique V 1, que l'on prendra égal à O V, la pre- mière feuille 21 des multiplicateurs 13 est à un potentiel V 3 de 300 V environ, tandis que les électrodes 14 de focalisation ont un potentiel V 2 de O à 25 V, et d'une façon générale moins de 10 % du potentiel V 3 Si les électrodes 14 de focalisation sont à V 2 =OV, tous les électrons émis par la photocathode sont capturés sélectivement soit par l'un, soit par l'autre des multiplicateurs élémentaires 13 La collection est donc com- plète et le couplage photocathode-multiplicateurs élémentaires est tel que la photocathode 12 est parfaitement divisée de façon immatérielle en deux demi-photocathodes associées res- pectivement aux multiplicateurs élémentaires, ainsi que l'in- dique la trajectoire électronique 24 de la figure 1. On observe cependant qu'avec des potentiels V 1 et V 2 égaux, la réponse temporelle du tube n'est pas très bonne car le temps de transit des photoélectrons peut varier nota- blement en fonction de l'endroit de la photocathode 12 o ils sont émis C'est pour remédier à cet inconvénient qu'on envi- sage également de porter les électrodes 14 de focalisation à un potentiel V 2 de 25 V par exemple, qui améliore le temps de réponse sans dégrader sensiblement l'efficacité de collection Il peut se produire, toutefois, une légère diapho- tie à laquelle on peut remédier en plaçant entre les électrodes 14 de focalisation une électrode 25 de séparation au même potentiel V 2 que les électrodes de focalisation. La figure 3 montre que lesdites électrodes de focalisation sont réalisées à partir d'une même feuille conductrice 19, éventuellement repliée à ses extrémités, et percée de trous 20 de passage des photoélectrons vers les multiplicateurs élémentaires, ainsi qu'on peut le voir à la figure 1. L'invention a été décrite dans le cas d'un tube photomultiplicateur de section carrée, segmentée en 2 photomultiplicateurs élémentaires Il est bien entendu qu'elle s'étend aux cas de tubes présentant une autre section, par exemple circulaire, et segmenté en 3, 4 ou plus photomultiplicateurs élémentaires. REVENDICATIONS 1 Tube photomultiplicateur ( 10) segmenté en une pluralité de photomultiplicateurs élémentaires ( 11), comportant une photocathode ( 12) , une pluralité de multiplicateurs d'électrons élémentaires ( 13) du type "à feuilles à trous", et une pluralité d'électrodes ( 14) de focalisation réalisant la convergence des photoélectrons issus de la photocathode ( 12) sur lesdits multiplicateurs élémentaires ( 13), caractérisé en ce que les feuilles homologues ( 15) des multiplicateurs élémentaires sont réalisées sur une même plaque conductrice ( 16) segmentée présentant une zone morte ( 17) séparant des zones actives ( 18) à trous correspondant aux différents multiplicateurs ( 13), et en ce que lesdites électrodes ( 14) de focalisation sont réalisées à partir d'une même feuille conductrice ( 19) percée de trous ( 20) de passage des photoélectrons vers les multiplicateurs élémentaires ( 13). 2 Tube photomultiplicateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte entre les électrodes ( 14) de focalisation au moins une électrode ( 25) de séparation. 3 Utilisation d'un tube photomultiplicateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que, la photocathode ( 12) étant portée au potentiel VI, le potentiel V 2 des électrodes ( 14) de focalisation est compris entre V 1 et V 1 augmenté de 10 % de la différence entre le potentiel V 3 de la première feuille ( 21) des multiplicateurs élémentaires ( 13) et le potentiel V 1 de la photocathode ( 12).