Brevet FR2712427A1 — publié le 19950519

"Tube photomultiplicateur segmenté, à voies symétriques par rapport à un plan axial". Description: La présente concerne un tube photomultiplicateur segmenté en au moins deux photomultiplicateurs élémentaires disposés symétriquement par rapport à un plan axial, avec au moins deux voies de multiplication, comportant une enveloppe étanche ayant une face frontale sur la surface interne de laquelle est disposée une photocathode, et à partir de cette dernière, une optique électronique assurant un partage des photo-électrons en direction de chacune des voies de multiplication en fonction de leur position de départ de la photocathode, un multiplicateur d'électrons du type à feuilles segmenté, qui comporte une dynode d'entrée, et une pluralité d'anodes dont chacune est l'anode d'une des dites voies de multiplication. Un photomultiplicateur de ce type est connu du document EP-A-428 215. Selon ce document, est visée plus particulièrement une catégorie de photomultiplicateurs pour lesquels le nombre de voies reste peu élevé et qui soit de construction simple et économique. Une application majeure pour ce type de photomultiplicateur consiste à les assembler en mosaïques jointives pour déterminer les positions dans l'espace des rayonnements lumineux localisés, le plus souvent ayant pris naisance dans des scintillateurs placés devant chaque tube. Dans la mesure o la réalisation d'un tube photomultiplicateur segmenté reste assez bon marché, une économie peut être réalisée en utilisant pour ce genre d'application des tubes photomultiplicateurs segmentés au lieu de tubes classiques. Par ailleurs, si les photomultiplicateurs élémentaires d'un tube segmenté sont de petites dimensions, la localisation des événements lumineux peut être plus précise, à la condition que les tubes segmentés utilisés aient des performances les plus uniformes possible d'un tube à l'autre et d'une voie à l'autre. Un autre point à prendre en compte, consiste à minimiser dans toute la mesure du possible la diaphotie entre les voies d'un même tube. Le tube segmenté connu par le document cité plus haut, répond dans une certaine mesure à la simplicité de construction recherchée du fait que le partage des électrons sur les différentes voies en fonction de leur position de départ de la photocathode est réalisé au moyen d'une optique électronique dont les parties essentielles sont communes à toutes les voies. La présente invention se propose d'apporter un perfectionnement du tube photomultiplicateur connu, en particulier en ce qui concerne l'efficacité de collection des photo-électrons. L'invention se base sur l'idée que, au lieu de diriger les photo-électrons sur la dynode d'entrée du multiplicateur à feuille, laquelle dynode à une efficacité de collection non optimale, il serait préférable d'opérer une première multiplication sur une dynode de structure pleine après quoi, les électrons secondaires seraient dirigés sur le multiplicateur d'électrons à feuilles. Comme on le sait, le rôle de la première dynode est prépondérant dans les caractéristiques d'un tube photomultiplicateur. Dans ce but, un tube photomultiplicateur segmenté, conforme à l'invention, est caractérisé en ce que ladite optique électronique comprend une électrode présentant successivement, à partir de la photocathode, une première partie comportant un fond plat quadrangulaire avec, le long de chacun des deux bords de ce fond plat qui sont parallèles au plan axial, une paroi relevée en direction de la photocathode, le fond de cette première partie présentant deux ouvertures symétriques par rapport au plan axial, couvertes chacune d'une grille de forte transparence, et une deuxième partie qui comporte des parois latérales s'étendant à partir du dit fond plat dans une direction qui s'éloigne de la photocathode, et dans le prolongement des dites parois relevées, parois latérales terminées chacune par une portion repliée vers le plan axial pour former une surface destinée à réaliser une première multiplication des photoélectrons, deuxième partie qui comporte également une cloison centrale, centrée sur le plan axial et s'étendant à partir du fond plat, dans une direction qui s'éloigne de la photocathode, en ce que ladite optique comprend en outre un profilé de section faible vis-à- vis de sa longueur, centré sur le plan axial, disposé parallèlement et à faible distance du fond dont il est isolé électriquement, et destiné à recevoir un potentiel voisin de celui de la photocathode, et en ce que, la dynode d'entrée du multiplicateur ayant des bords relevés en direction de la photocathode, l'extrémité de ces bords pénètre au moins jusqu'au niveau de l'extrémité des dites portions repliées. Dans le tube photomultiplicateur selon l'invention, le partage des électrons issus de la photocathode en fonction de leur emplacement de départ, de part et d'autre du plan axial est réalisé d'une manière électronique au moyen d'un champ électrique convenable. De ce fait, le tube photomultiplicateur reste d'une construction simple. Ce tube offre l'avantage d'une bonne efficacité de collection puisque les électrons secondaires, après leur première multiplication sur ladite électrode, sont soumis à la seule action d'un champ extracteur qui se développe dans la deuxième partie de l'électrode par l'effet de la tension appliquée à la dynode d'entrée du multiplicateur d'électrons, qui est plus élevé que la tension appliquée à l'électrode. La surface sur laquelle se réalise la première multiplication n'est pas soumise à un champ retardateur qui repousserait une fraction de ces électrons secondaires vers cette même surface. Selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, le tube photomultiplicateur segmenté comporte deux voies, symétriques par rapport au plan axial. L'invention vise également un tube photomultiplicateur à quatre voies caractérisé en ce qu'un profilé supplémentaire, également de faible section, est disposé au centre de l'électrode, perpendiculairement au plan axial, parallèlement et à faible distance du fond dont il est isolé électriquement, les deux profilés étant électriquement reliés l'un à l'autre, et en ce que l'électrode comporte en outre une cloison supplémentaire disposée perpendiculairement au plan axial et au centre de l'électrode, qui s'étend à partir du fond plat, dans une direction qui s'éloigne de la photocathode. Selon ce mode de mise en oeuvre de l'invention, le tube photomultiplicateur reste symétrique par rapport audit plan axial, de chaque côté duquel sont disposés deux photomultiplicateurs élémentaires, l'un ou l'autre recevant les électrons provenant de la photocathode, selon leur emplacement de départ, en fonction d'un champ électrique convenable développé principalement par l'action combinée des profilés à faible section disposés sensiblement en croix. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnée 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 partielle et schématique, en coupe et perspective d'un premier exemple de tube photomultiplicateur selon l'invention, et la figure 2, une vue en perspective d'une électrode pour un tube segmenté à quatre voies. Le photomultiplicateur 1 représenté à la figure 1, comporte deux photomultiplicateurs élémentaires 10 et 20 disposés symétriquement par rapport à un plan axial 12. Il comporte une enveloppe étanche 15 ayant une face frontale 16 sur la surface interne de laquelle est disposée une photocathode 17. Le photomultiplicateur 1 comporte également un multiplicateur d'électron 22 du type à feuilles perforées et segmenté en deux parties symétriquement par rapport au plan axial 12, dans lequel sont disposées une dynode d'entrée 24 et deux anodes 26 et 28. Conformément à l'invention, une optique électronique effectue le partage des photo-électrons en direction de chacune des voies de multiplication du tube en fonction de leur position de départ de la photocathode, c'està-dire sur la figure, soit à gauche, soit à droite du plan axial 12. L'optique électronique en question est formée d'une électrode 30 comportant un fond plat quadrangulaire 32, qui possède des parois 34 et 36 le long de chacun des deux bords du fond plat 32 qui sont parallèles au plan axial 12, parois qui sont relevées en direction de la photocathode 17. Le fond 32 de cette première partie comporte deux ouvertures 38 et 40 lesquelles sont symétriques par rapport au plan axial 12 et sont couvertes chacune d'une grille 42 de forte transparence, laquelle peut être réalisée conformément à la figure, au moyen de fils tendus sur le pourtour du fond plat 32. L'électrode 30 comporte une deuxième partie ayant des parois latérales 44 et 46 situées en prolongement des parois 34 et 36 dans une direction qui s'éloigne de la photocathode 17, ces parois latérales étant terminées chacune par une portion repliée respectivement 44a et 46a vers le plan axial pour former une surface destinée à réaliser une première multiplication des photo-électrons. La deuxième partie, ou partie basse par rapport au fond plat 32, comporte également une cloison centrale 48, centrée sur la plan axial 12 et s'étendant à partir du fond plat 32 dans une direction qui s'éloigne de la photocathode 17. Cette cloison centrale 48 se termine à proximité de la dynode d'entrée 24 du multiplicateur d'électrons 22, et la dynode d'entrée 24 comporte des bords relevés 50 en direction de la photocathode 17, qui pénètrent au moins jusqu'au niveau de l'extrémité des portions repliées 44a et 46a. L'optique électronique est enfin complétée par un profilé 52, ici une lame, de faible section vis-à- vis de sa longueur, disposée de manière centrée sur le plan axial 12, parallèlement et à faible distance du fond plat 32. Le profilé 52 est isolé électriquement de l'électrode 30 et est destiné à recevoir un potentiel voisin, ou égal, à celui de la photocathode 17. Une telle optique électronique procure un partage des photo-électrons entre les deux photomultiplicateurs élémentaires 10 et 20. Une trajectoire à été symbolisée par la ligne 54, la première multiplication ayant lieu principalement sur les portions repliée 44a, 46a des parois latérales 44 et 46. L'espace situé sous le fond plat 32 est soumis au seul champ électrique procuré par la dynode d'entrée 24 du multiplicateur d'électron 22, laquelle dynode d'entrée est portée à un potentiel plus élevé que celui de l'électrode 30, la différence étant de 100 Volts par exemple. Ainsi, un champ extracteur est créé pour extraire les électrons secondaires après multiplication sur les portions repliées 44a et 46a, champ qui sous l'influence de la cloison centrale 48 dirige ces électrons secondaires vers la dynode d'entrée 24 du multiplicateur 22. Une trajectroire d'électron secondaire est représentée par la ligne 55. Un tel photomultiplicateur segmenté possède une meilleure efficacité de collection que le photomultiplicateur de l'art antérieur du fait que la première multiplication à lieu sur une dynode de surface pleine, le rendement de multiplication étant maximal. Comme on le sait, la première multiplication joue un rôle prépondérant dans les performances d'un photomultiplicateur. La figure 2 illustre un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, relative à un tube photomultiplicateur segmenté en quatre voies. Sur cette figure, on a seulement représenté la partie du tube concernant l'optique électronique c'est-à-dire, essentiellement l'électrode permettant le partage des photo-électrons dans les quatre voies. Dans la mesure du possible, les éléments ayant la même fonction que dans l'exemple donné à la figure 1 sont affectés des mêmes signes de référence. L'électrode 60 représentée, comporte une première partie avec un fond plat 32 de forme quadrangulaire ayant le long de chacun des deux bords qui sont parallèles au plan axial 12, une parois 34, 36 qui est relevée en direction de la photocathode. Le fond plat 32 présente quatre ouvertures 38, 39, 40 et 41 disposées deux à deux symétriquement par rapport au plan axial 12. Les ouvertures 38 et 39, ou 40 et 41, d'un même côté du plan axial 12, sont séparées par une cloison supplémentaire 49 qui s'étend depuis le fond plat 32 dans une direction qui s'éloigne de la photocathode, c'est-à-dire vers le bas de la figure 2. Cette cloison supplémentaire 49 est située au centre de l'électrode 60 et délimite avec la première cloison citée 48 telle que décrite à propos de la figure 1, l'espace dans lequel sont partagés les photo-électrons en quatre voies indépendantes. A nouveau, chacune des ouvertures 38-41 est couverte d'une grille à forte transparence formée, par exemple, de fils 42 tendus dans le plan du fond plat 32. L'électrode 60 comporte également une deuxième partie située sous le niveau du fond plat 32 avec des parois latérales 44, 46 dans le prolongement des parois relevées 34 et 36, et dont les extrémités comportent des portions repliées, respectivement 44a et 46a formant une surface destinée à réaliser une première multiplication des photo-électrons. Comme dans l'exemple décrit à la figure 1, un profilé 52 de faible section est disposé à proximité du fond plat 32 et est centré sur le plan axial 12, lequel profilé est destiné à recevoir un potentiel proche ou égal à celui de la photocathode. Ainsi, ce profilé 52 contribue à procurer un champ électrique convenable pour effectuer le partage des photo-électrons de part et d'autre du plan axial 12. De manière similaire, un profilé supplémentaire 53, analogue au profilé 52 est disposé au centre de l'électrode 60 mais perpendiculairement au plan axial 12. Les profilés 52 et 53 sont reliés électriquement l'un à l'autre, le profilé supplémentaire 53 étant positionné parallèlement au fond plat 32 à faible distance, et isolé de celui-ci. Le profilé supplémentaire 53 est de préférence plus raproché du fond plat 32 que le profilé 52 de manière à procurer une distribution du champ électrique qui, parallèlement au plan axial 12, soit convenable pour effectuer le partage des photo-électrons dans l'une ou l'autre des ouvertures 38 ou 39 selon leur position de départ de la photocathode. Il en va de même pour le partage des photo-électrons dans les ouvertures 40 ou 41 en fonction de leur position de départ. Dans l'exemple décrit à la figure 1 aussi bien que dans celui de la figure 2, le fond plat 32 de l'électrode comporte aussi des bords 35 disposés perpendiculairement au plan axial 12, ces bords étant d'une hauteur moindre que celle des bords relevés 34, 36. De cette manière un champ électrique convenable est réalisé pour le partage des photo-électrons de part et d'autre du plan axial 12. Dans les exemples décrits, les profilés ont été représentés par des bandes plates, toutefois d'autres formes de profilés seraient également possibles par exemple des bandes longitudinalement pliées en forme de V, dont l'arête de pliage serait positionnée en direction de la photocathode. D'autres modifications de détails sont à la portée du spécialiste et restent du domaine de l'invention revendiqués ci-après. REVENDICATIONS: 1. Tube photomultiplicateur segmenté en au moins deux photomultiplicateurs élémentaires disposés symétriquement par rapport à un plan axial, avec au moins deux voies de multiplication, comportant une enveloppe étanche ayant une face frontale sur la surface interne de laquelle est disposée une photocathode, et à partir de cette dernière, une optique électronique assurant un partage des photo- électrons en direction de chacune des voies de multiplication en fonction de leur position de départ de la photocathode, un multiplicateur d'électrons du type à feuilles segmenté, qui comporte une dynode d'entrée, et une pluralité d'anodes dont chacune est l'anode d'une des dites voies de multiplication, caractérisé en ce que ladite optique électronique comprend une électrode présentant successivement, à partir de la photocathode, une première partie comportant un fond plat quadrangulaire avec, le long de chacun des deux bords de ce fond plat qui sont parallèles au plan axial, une paroi relevée en direction de la photocathode, le fond de cette première partie présentant deux ouvertures symétriques par rapport au plan axial, couvertes chacune d'une grille de forte transparence, et une deuxième partie qui comporte des parois latérales s'étendant à partir du dit fond plat dans une direction qui s'éloigne de la photocathode, et dans le prolongement des dites parois relevées, parois latérales terminées chacune par une portion repliée vers le plan axial pour former une surface destinée à réaliser une première multiplication des photoélectrons, deuxième partie qui comporte également une cloison centrale, centrée sur le plan axial et s'étendant à partir du fond plat, dans une direction qui s'éloigne de la photocathode, en ce que ladite optique comprend en outre un profilé de section faible vis-à-vis de sa longueur, centré sur le plan axial, disposé parallèlement et à faible distance du fond dont il est isolé électriquement, et destiné à recevoir un potentiel voisin de celui de la photocathode, et en ce que, la dynode d'entrée du multiplicateur ayant des bords relevés en direction de la photocathode, l'extrémité de ces bords pénètre au moins jusqu'au niveau de l'extrémité des dites portions repliées. 2. Photomultiplicateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le nombre de voies étant de quatre, un profilé supplémentaire, également de faible section, est disposé au centre de l'électrode, perpendiculairement au plan axial, parallèlement et à faible distance du fond dont il est isolé électriquement, les deux profilés étant électriquement reliés l'un & l'autre, et en ce que l'électrode comporte en outre une cloison supplémentaire disposée perpendiculairement au plan axial et au centre de l'électrode, qui s'étend à partir du fond plat, dans une direction qui s'éloigne de la photocathode. 3. Photomultiplicateur selon l'une des revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'électrode, le long des bords du fond plat qui sont perpendiculaires au plan axial, comporte deux autres bords, qui, en direction de la photocathode, ont une hauteur inférieure à la hauteur desdits bords relevés qui sont parallèles au plan axial. 4. Photomultiplicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le profilé a la forme d'une bande de section rectangulaire 5. Photomultiplicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le profilé a la forme d'une bande pliée longitudinalement en V, dont l'arrête est dirigée vers la photocathode.