Brevet FR2733629A1 — publié le 19961031

La présente invention concerne un multiplicateur d'électrons à plusieurs voies du type comportant une pluralité de feuilles conductrices empilées parallèlement entre elles, dans lesquelles deux feuilles adjacentes destinées à être portées à une même tension, constituent, selon le sens de déplacement des électrons, l'une, une demi-dynode focalisatrice, et l'autre une demi-dynode multiplicatrice, formant ensemble une dynode qui est commune aux différentes voies, feuilles qui contiennent chacune des zones dites actives en nombre égal au nombre de voies et qui sont percées d'une configuration régulière de trous, ainsi que des zones de séparation pleines. Un multiplicateur d'électrons de ce type est connu du document US 5 126 629. Il permet une construction de tubes photomultiplicateurs multi- voies qui est économique du fait de la simplicité des pièces constituant le multiplicateur. Une bonne homogénéité de la réponse en courants de sortie des différentes voies du multiplicateur, pour un flux d'électrons uniforme à l'entrée, est souhaitable dans la plupart des applications. Lorsqu'il s'agit d'imagerie médicale à rayon gamma, le remplcement de tubes photomultiplicateur à canal unique par des tubes multi-voies n'est envisageable que si cette homogénéité de réponse entre voies, et l'homogénéité d'un tube à l'autre peuvent être réalisées. Une solution hautement souhaitable consiste donc à pouvoir réaliser un multiplicateur d'électron à plusieurs voies, du type indiqué précédemment qui est particulièrement simple et économique, dans lequel le gain de chaque voie pourrait être ajustable. L'invention a notamment pour but de proposer un tel multiplicateur d'électrons à gain ajustable ainsi qu'un tube photomultiplicateur à plusieurs voies, équipé d'un tel multiplicateur d'électrons. En effet, selon la présente invention un multiplicateur d'électrons à plusieurs voies comportant une pluralité de feuilles perforées constituant des dynodes communes aux différentes voies est caractérisé en ce que pour le réglage de gain d'une voie déterminée, le multiplicateur comporte une électrode de réglage en forme de feuille, située entre les feuilles d'une dynode et qui comporte une fenêtre munie d'une grille fortement transparente aux électrons, dont la surface est située en regard de la zone active de ladite voie déterminée, tandis que cette électrode comporte des ouvertures en regard des zones actives des autres voies, et en ce que l'électrode de réglage est munie de moyens de connexion pour l'application d'une tension ajustable. Comme le champ électrique entre les deux feuilles constituant une dynode est relativement faible, (puisque ces feuilles sont polarisées à la même tension) l'action de l'électrode de réglage sur le gain de l'étage considéré est très efficace, même pour des différences de potentiels électrode-dynode restant modérées. En pratique, on a constaté qu'une gamme très suffisante de réglage était obtenue pour des tensions appliquées à l'électrode de réglage comprises entre les tensions des deux dynodes situées de part et d'autre de la dynode dans laquelle est insérée l'électrode. En fait, on peut même n'utiliser que la plage des tensions comprise entre celle de la dynode dont le gain est contrôlé et celle de la dynode voisine, à tension moins élevée. Dans cette plage de tensions, le gain de l'étage peut être réduit depuis sa valeur nominale jusqu'à moins de % de cette valeur. Un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention o N est le nombre de voies du multiplicateur d'électrons, est caractérisé par le fait qu'entre les deux feuilles de N dynodes successives du multiplicateur est disposée à chaque fois une électrode de réglage dont la fenêtre munie d'une grille est positionnée successivement en regard de la zone active de chacune des N voies. Les N dynodes successives occupent de préférence une position sensiblement centrale dans le multiplicateur, soit par exemple, pour un multiplicateur à quatre voies et dix dynodes, les dynodes à gain réglable occupant les positions 4 à 7. La fenêtre de l'électrode de réglage peut être munie d'une grille à fils dont le pas peut être relativement large. Cependant, pour rester dans le même genre de technique utilisée pour les dynodes, l'électrode de réglage est avantageusement percée de trous disposés en regard des trous de la zone active de la demi-dynode focalisatrice qui lui est adjacente, trous qui sont d'un diamètre supérieur à celui des trous de ladite demi-dynode. L'invention concerne également un tube photomultiplicateur comprenant une enveloppe ayant une fenêtre d'entrée sur une face interne de laquelle est disposée une photocathode, une optique électronique partageant les photoélectrons en plusieurs faisceaux, et une pluralité d'anodes, caractérisé en ce qu'il comprend un multiplicateur d'électrons à gain ajustable tel que défini ci-dessus. Selon un mode de réalisation préféré, le tube photomultiplicateur est d'un type dans lequel l'envelope comporte une tête à section polygonale qui, à une extrémité, porte la fenêtre d'entrée et, à l'autre extrémité, est raccordée à un corps de section inférieure à la section de la tête, lequel corps porte des broches de connexion à son extrémité opposée à la tête, caractérisé en ce que l'optique électronique réalisant la convergence des électrons issus de la photocathode sur les différentes voies de multiplication est constituée d'une plaque dont la surface s'étend pratiquement sur toute une section du tube qui avoisine le raccordement entre le corps et la tête, plaque qui est munie de moyens pour la connecter à une tension égale à celle de la photocathode et qui présente une ouverture centrale dans laquelle affleure une grille d'entrée d'une première dynode du tube qui est d'un type à cage cloisonnée, alors que le reste de la tête est maintenu à une tension égale à celle de la photocathode. D'autres particularités de l'invention, détails et avantages seront mis en évidence par la description qui va suivre en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemples non limitatifs dans lesquels: la figure 1 montre en coupe schématique et partielle un multiplicateur d'électrons selon l'invention, la figure 2 est une courbe de variation relative du gain d'un étage de dynode en fonction de la tension appliquée à une électrode de réglage, la figure 3 montre des exemples de réalisation d'électrodes de réglage mises en oeuvre dans un multiplicateur selon l'invention, la figure 4 est une vue schématique, en coupe, d'un tube photomultiplicateur selon l'invention, et les figures 5 et 6 montrent en perspective deux pièces entrant dans la constitution du tube de la figure 4. La figure 1 représente en coupe schématique une partie d'un multiplicateur d'électrons 11 selon l'invention, partie limitée à quatre dynodes, Dn_1 à Dn+2. Le multiplicateur est constitué de feuilles conductrices disposées parallèlement entre elles. La dynode Dn_1 est constituée de deux feuilles adjacentes qui, dans le sens de déplacement les électrons figuré par la flèche 10, constitue l'une, une demi- dynode focalisatrice 12 et l'autre, une demi-dynode multiplicatrice 13, portées toutes les deux à une même tension Vn_1. La dynode suivante Vn est constituée de la même manière, c'est-à-dire une demi-dynode focalisatrice 14 et d'une demi-dynode multiplicatrice portées toutes les deux à la même tension Vn, tension qui est supérieure à la tension Vn_1 de la dynode précédente. I1 en va de même pour les demi-dynodes 16, 17 constituant la dynode Dn+1 portée à la tension Vn+1 ainsi que la dynode Dn+2 formée des deux demi-dynodes 18 et 19. Les feuilles d'une demi-dynode contiennent chacune des zones dites actives 22, 23 qui sont percées d'une configuration régulière de trous 20 et des zones de séparation 25 qui sont pleines c'est-à-dire, non perforées. Les zones actives 22 des différentes dynodes sont alignées dans le sens axial du multiplicateur d'électrons 11 et elles forment une voie A de multiplication qui est distincte de la voie B formée par les zones actives 23 alignées axialement dans une autre partie des dynodes. La coupe de la figure 1 est effectuée au centre des dynodes d'un multiplicateur d'électrons à deux voies. La zone de séparation 25 a pour but de réduire le plus possible la diaphotie entre les deux voies constituées par l'alignement des zones actives 22 et 23 de toutes les dynodes. Ainsi que cela est représenté sur la figure, les feuilles qui constituent une dynode sont communes aux deux voies de multiplication. De manière à pouvoir régler le gain d'une voie par rapport à l'autre, le multiplicateur 11 comporte une électrode de réglage 30 en forme de feuille et située entre les feuilles 14 et 15 constituant la dynode Dn. Elle comporte une fenêtre 33 qui présente une grille fortement tranparente pour les électrons, dont la surface est située en regard des zones actives 22 des autres dynodes, relatives à la voie A, tandis que cette électrode 30 comporte une ouverture 34, en regard des zones actives 23 des autres dynodes pour la voie B. L'électrode de réglage 30 est fixée de manière isolée par rapport à la dynode Dn et comporte des moyens non représentés pour polariser cette électrode de réglage à une tension ajustable Va qui peut être comprise entre Vn.1 et Vn_1 tel que cela est indiqué schématiquement. L'électrode de réglage 30 influe sur le champ existant entre les feuilles 14 et 15, champ qui est faible du fait que ces feuilles sont polarisées à la même tension. Elle a pour effet de favoriser ou de réduire, selon la valeur de la tension Va le nombre d'électrons multipliés par la demi- dynode 15 qui sont capables de repartir vers la dynode suivante Dn+1. En ce qui concerne la voie B, l'électrode de réglage 30 est inopérante et n'influe pas sur le gain de cette voie du fait que l'ouverture 34 ne modifie en rien le champ de la zone active 23 de la dynode Dn. La voie B est réglée par une autre électrode de réglage 31 analogue à l'électrode de réglage 30 mais qui est située entre les feuilles 16 et 17 de la dynodes Dn+1. Ici, l'électrode de réglage présente sa fenêtre 32 munie d'une grille fortement transparente aux électrons en regard des zones actives 23 des dynodes permettant ainsi par une tension de réglage Vb appliquée sur cette électrode de modifier le facteur de multiplication de la dynode Dn+1 en ce qui concerne la voie B. A son tour l'électrode de réglage 31 a une ouverture 36 en regard des zones actives 22 des dynodes de manière que la voie A ne soit pas influencée par cette électrode de réglage 31. Dans l'exemple représenté, à la figure 1, à titre de grille fortement transparente aux électrons, les électrodes de réglage 30 et 31 sont munies de trous 40 situés en regard des trous 20 de la zone active des demi-dynodes focalisatrices qui leur sont respectivement adjacentes et constituées par les feuilles 14 et 16 respectivement. Ces trous 40 sont d'un diamètre supérieur aux diamètres des trous 20 de ces demi- dynodes. En observant les trajets des électrons représentés en 27 et 28, il est aisé de comprendre que les trous 40 des électrodes de réglage n'influent pas sur la trajectroire des électrons qui se dirigent vers la demi-dynode multiplicatrice, puisque ces électrons ont acquis une énergie cinétique relativement élevée. Après multiplication, les électrons se présentent avec une énergie cinétique très faible, et leur trajectoire sera fortement influencée par la différence de tension entre l'électrode de réglage et la dynode dans laquelle est insérée cette électrode. Bien entendu, si la figure 1 montre une partie d'un multiplicateur d'électrons à deux voies, il est également possible d'appliquer la même technique à un multiplicateur ayant un plus grand nombre de voies, quatre par exemple. Dans ce cas, on utilise quatre électrodes de réglage insérées dans quatre dynodes successives du multiplicateur, chacune des électrodes de réglage permettant de modifier le gain de l'une des voie. Il est préférable que les dynodes qui possèdent les électrodes de réglage soient des dynodes placées sensiblement au centre du multiplicateur, c'est-à-dire que le rang de dynode n dans l'exemple, correspond sensiblement à la moitié du nombre de dynodes. La figure 2 montre un exemple de relevé pratique du gain d'un étage de dynode Dn en fonction de la tension appliquée Va -Vn à une électrode de réglage située à l'intérieur de cette dynode, entre les deux feuilles qui la constituent. Lorsque l'électrode de réglage est polarisée à la même tension que la dynode, le gain de l'étage est nominal et noté 100% sur la figure. Lorsque l'électrode de réglage est polarisée à -100 Volts par rapport à la dynode, le gain n'est plus que de 6% de sa valeur nominale. Une décroissance de moitié du gain de l'étage, est obtenue pour une polarisation de l'électrode de réglage de -15 Volts. Dans le sens des polarisations positives, la courbe expérimentale obtenue est moins favorable du fait qu'elle décroit très rapidement dès une tension de +10 Volts par rapport à la dynode, alors qu'elle ne varie plus beaucoup entre +20 Volts et +100 Volts, ce qui représente une dynamique de réglage moins favorable. La figure 3 présente par des vues en plan, plusieurs exemples d'électrodes de réglage. A la figure 3A est représentée une électrode de réglage 45 pour un multiplicateur d'électrons à deux voies, cette électrode possédant une fenêtre 46 munie d'une grille à fils, permettant le réglage de la voie gauche du multiplicateur o cette électrode est insérée, alors qu'une ouverture 47 laisse libre la voie de droite et ne porte aucune correction sur cette voie. La figure 3B présente une autre électrode de réglage pour le même multiplicateur d'électrons permettant par la fenêtre à grille 50, de régler la voie de droite tandis qu'une ouverture 51 laisse libre la voie de gauche. Sur les figures 3A et 3B on a figuré en 48 des trous de fixation de l'électrode. La figure 3C montre un exemple d'électrode de réglage pour un multiplicateur d'électrons à quatre voies. Elle présente une grille 56 fortement transparente qui est réalisée ici sous la forme d'une configuration de trous, comme dans l'exemple de la figure 1. Trois ouvertures 57 sont prévues pour les trois autres voies qui ne sont pas réglées par cette électrode. La figure 4 montre une coupe schématique d'un tube photomultiplicateur à deux voies. Il comporte une enveloppe en verre présentant d'une part une tête de section polygonale 60a, par exemple de section rectangulaire, laquelle porte une fenêtre d'entrée 60b sur la face intérieure de laquelle est disposée une photocathode 62, et, d'autre part un corps 60c dont la section est inférieure à la section de la tête 60a. Le corps 60c dont la section est généralement circulaire, est raccordé à la tête 60a à l'une de ses extrémités et porte des broches de connexion 64 à son autre extrémité. Une optique électronique est nécessaire dans ce tube pour partager en deux faisceaux les électrons provenant de la phototcathode 62, et pour les diriger dans les deux parties du tube formant la voie de gauche A et la voie de droite B. Cette optique comporte d'une part une plaque 66 dont la surface s'étend pratiquement sur toute une section du tube qui avoisine le raccord entre le corps 60c et la tête 60a, plaque dont le diamètre est prévu légèrement inférieur à celui du corps 60c de manière à pouvoir être introduite alors que le raccord entre la tête 60a et le corps 60c de l'enveloppe est déjà effectué. Dans une ouverture centrale 67 de la plaque 66, affleure la grille 68 d'une première dynode 69 qui est d'un type à grille d'entrée et cage, dynode 69 qui sera décrite plus en détail par la suite. A la plaque 66 est fixée une lame 70, centrale, qui s'étend dans le plan perpendiculaire du dessin de la figure 4 et qui surmonte l'ouverture centrale 67 de la plaque 66. La plaque 66 est munie des moyens nécessaires pour la connecter à une tension égale à celle de la photocathode et la lame 70 est également portée à cette même tension. Cette dernière créé une modification du champ électrique qui se développe dans la tête 60a propice au partage des électrons en deux faisceaux selon les deux voies A et B du tube. Dans un passage 72 de la première dynode 69 du tube, affleure la dynode d'entrée d'un multiplicateur d'électrons 74 comportant des électrodes de réglage telles qu'elles ont été décrites précédemment. A la sortie du multiplicateur d'électrons 74, sont disposées deux anodes et 76 collectant les électrons de chacune des deux voies du tube. La figure 5 représente en perspective une plaque 80 semblable à la plaque 66 du tube de la figure 4, mais destinée à un tube à quatre voies. Dans ce but la plaque 80 comporte une ouverture 82 centrale au- dessus de laquelle sont disposées deux lames 84 et 86, en croix. La lame 84 est homologue de la lame 70 de la figure 4 tandis que la lame 86 créée une partition supplémentaire du faisceau d'électrons pour le partager en quatre voies au lieu de deux comme à la figure 4. La figure 6 montre en perspective une dynode 90 à grille d'entrée et cage cloisonnée. La dynode 90 représentée sur cette figure correspond à la dynode 69 de la figure 4 mais elle est modifiée de manière à être adaptée à un photomultiplicateur à quatre voies. La cage de la dynode a été ouverte pour les besoins de clarté de la figure, la paroi avant enlevée étant raccordée au reste de la dynode le long de la ligne en pointillés 92. Une grille à fils 93 constitue l'entrée de la dynode 90 pour deux voies A et B, alors qu'une autre grille 94 constitue l'entrée pour des voies C et D. La dynode 90 comporte quatre cages délimitées par des cloisons médianes, disposées en croix, d'une part une cloison 96 disposée dans le plan médian qui est parallèle au plan de la figure, et d'autre part une cloison 98 qui est médiane et qui est perpendiculaire à la précédente. Une trajectoire d'électron à l'intérieur de la dynode 90 est représentée en 99. Les électrons multipliés sortent de la dynode 90 par un passage central 100 pour se diriger vers la dynode d'entrée du multiplicateur, dynode qui affleure dans le plan du passage 100. Pour accentuer le partage des photoélectrons de part et d'autre de la cloison 98, la dynode 90 présente des rebords 110 inclinés qui influent sur la répartition du champ électrique dans le tube photomultiplicateur. Comme cela est visible à la figure 4, les rebords de la dynode dépassent au-dessus de l'ouverture 67 de la plaque 66. Ils peuvent être repliés à 45 après assemblage de la dynode avec la plaque 66, ou encore être formés de parties qui sont rapportées par soudure, après l'assemblage. Il est clair, que les modes de réalisation de l'invention décrits à titre d'exemple peuvent faire l'objet de modifications de détails à la portée du spécialiste, sans toutefois sortir du cadre de l'invention revendiquée ci-après. REVENDICATIONS: 1. Multiplicateur d'électrons à plusieurs voies du type comportant une pluralité de feuilles conductrices empilées parallèlement entre elles, dans lesquelles deux feuilles adjacentes destinées à être portées à une même tension, constituent, selon le sens de déplacement des électrons, l'une, une demi-dynode focalisatrice, et l'autre une demi-dynode multiplicatrice, formant ensemble une dynode qui est commune aux différentes voies, feuilles qui contiennent chacune des zones dites actives en nombre égal au nombre de voies et qui sont percées d'une configuration régulière de trous, ainsi que des zones de séparation pleines, caractérisé en ce que pour le réglage de gain d'une voie déterminée, le multiplicateur comporte une électrode de réglage en forme de feuille, située entre les feuilles d'une dynode et qui comporte une fenêtre munie d'une grille fortement transparente aux électrons, dont la surface est située en regard de la zone active de ladite voie déterminée, tandis que cette électrode comporte des ouvertures en regard des zones actives des autres voies, et en ce que l'électrode de réglage est munie de moyens de connexion pour l'application d'une tension ajustable. 2. Multiplicateur d'électrons-selon la revendication 1, pour lequel N est le nombre de voies, caractérisé en ce qu'entre les deux feuilles de N dynodes successives du multiplicateur est disposée à chaque fois une électrode de réglage dont la fenêtre munie d'une grille est positionnée successivement en regard de la zone active de chacune des N voies. 3. Multiplicateur d'électrons selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans le sens de déplacement des électrons, les N dynodes successives occupent une position sensiblement centrale dans le mutiplicateur. 4. Multiplicateur d'électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grille fortement transparente de l'électrode de réglage est constituée par une zone de cette électrode qui présente des trous placés en regard des trous de la zone active de la demi- dynode focalisatrice qui lui est adjacente et qui sont d'un diamètre supérieur à celui des trous de ladite demi-dynode. il 5. Tube photomultiplicateur comprenant une enveloppe ayant une fenêtre d'entrée sur une face interne de laquelle est disposée une photocathode, une optique électronique partageant les photoélectrons en plusieurs faisceaux, et une pluralité d'anodes, caractérisé en ce qu'il comprend un multiplicateur d'électrons à gain ajustable conforme à l'une des revendications 1 à 4. 6. Tube photomultiplicateur selon la revendication 5 dans lequel l'envelope comporte une tête à section polygonale qui, à une extrémité, porte la fenêtre d'entrée et, à l'autre extrémité, est raccordée à un corps de section inférieure à la section de la tête, lequel corps porte des broches de connexion à son extrémité opposée à la tête, caractérisé en ce que l'optique électronique réalisant la convergence des électrons issus de la photocathode sur les différentes voies de multiplication est constituée d'une plaque dont la surface s'étend pratiquement sur toute une section du tube qui avoisine le raccordement entre le corps et la tête, plaque qui est munie de moyens pour la connecter à une tension égale à celle de la photocathode et qui présente une ouverture centrale dans laquelle affleure une grille d'entrée d'une première dynode du tube qui est d'un type à cage cloisonnée, alors que le reste de la tête est maintenu à une tension égale à celle de la photocathode. 7. Tube photomultiplicateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la dynode d'entrée du multiplicateur d'électrons à gain ajustable est positionnée dans un passage central aménagé dans la première dynode du tube. 8. Tube photomultiplicateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le tube étant à deux voies, la première dynode comporte une cloison intérieure médiane tandis qu'à la plaque est fixée une lame qui lui est électriquement reliée, surmontant l'ouverture centrale dans le prolongement de la cloison intérieure. 9. Tube photomultiplicateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le tube étant à quatre voies, la première dynode comporte deux cloisons intérieures médianes, disposées en croix, et en ce que sur la plaque sont fixées deux lames disposées en croix, surmontant l'ouverture centrale dans le prolongement des cloisons intérieures.