[0001] La présente invention concerne un tube photomultiplicateur segmenté en une pluralité
de photomultiplicateurs élémentaires.
[0002] Un des problèmes techniques à résoudre par les tubes photomultiplicateurs segmentés
en une pluralité de photomultiplicateurs élémentaires relève du domaine de la physique
des hautes énergies, et plus particulièrement 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 comportant un grand
nombre d'éléments photomultiplicateurs distincts mais accolés le mieux possible les
uns aux autres de façon à limiter les pertes de surface utile de ces dispositifs.
Une solution à ce problème technique, qui a aussi l'avantage de diminuer le coût des
dispositifs de détection susmentionnés, est donnée, d'un façon générale, par la segmentation
d'un tube photomultiplicateur en une pluralité de photomultiplicateurs élémentaires.
Le fait que plusieurs photomultiplicateurs sont ainsi réalisés dans une même enceinte
conduit à une utilisation maximum sans pertes de la surface de la photocathode du
tubé photomultiplicateur. Par ailleurs, le prix de revient des voies de photomultiplication
ainsi obtenues est sensiblement inférieur à celui d'un nombre équivalent de tubes
photomultiplicateurs uniques. La demande de brevet français n° 83 11 514 décrit un
exemple particulier de tube photomultiplicateur segmenté en une pluralité de photomultiplicateurs
élémentaires. comportant notamment une photocathode et un multiplicateur du type "à
feuilles" cloisonné en une pluralité de multiplicateurs élémentaires associés auxdits
photomultiplicateurs élémentaires. Ce tube photomultiplicateur segmenté connu fonctionne
en focalisation dite de proximité, c'est à dire que le multiplicateur à feuilles est
placé au voisinage immédiat de la photocathode. Chaque multiplicateur élémentaire
découpe ainsi, de façon immatérielle, la surface de la photocathode en photocathodes
élémentaires parfaitement jointives et donc sans pertes. Ce type de tube connu, s'il
a l'avantage d'offrir jusqu'à 64 voies de mesure dans une même enceinte, présente
cependant l'inconvénient, du fait de la présence à la périphérie du multiplicateur
à feuilles d'armatures métalliques d'assemblage et de contact électrique, que la surface
utile de la photocathode est inférieure à l'encombrement total du tube, avec pour
conséquence qu'il est impossible d'associer de tels tubes en mosaïque, par exemple,
sans créer au niveau de leur jonction d'importantes zones aveugles au rayonnement
à détecter. D'autre part, le coût de ces tubes reste encore relativement élevé du
fait qu'ils exigent une technologie de fabrication onéreuse puisque la photocathode
doit être évaporée sous vide à l'extérieur du tube puis assemblée sur celui-ci, ceci
en raison de la proximité du multiplicateur et de la photocathode.
[0003] Le problème technique à résoudre par l'objet de la présente demande est de réaliser
un tube photomultiplicateur segmenté en une pluralité de photomultiplicateurs élémentaires,
comportant une photocathode et un multiplicateur du type "à feuilles" cloisonné en
une pluralité 'de multiplicateurs élémentaires associés auxdits photomultiplicateurs
élémentaires, grâce auquel on obtienne que la surface utile de la photocathode soit
supérieure à la surface utile du multiplicateur à feuilles et sensiblement égale à
l'encombrement total du tube de manière à pouvoir assembler en mosaïque des tubes
ainsi- réalisés sans qu'il en résulte des surfaces perdues, insensibles au rayonnement
incident.
[0004] La solution à ce problème technique consiste, selon la présente invention, en ce
que l'espace d'entrée dudit tube photomultiplicateur, situé entre la photocathode
et le multiplicateur est cloisonné en une pluralité d'espaces d'entrée élémentaires
associés aux photomultiplicateurs élémentaires et définissant une pluralité de photocathodes
élémentaires, chaque espace d'entrée élémentaire présentant une électrode de focalisation
réalisant la convergence des photoélectrons issus de la photocathode élémentaire associée
sur le multiplicateur élémentaire correspondant. Ainsi, par effet, de convergence,
il est possible d'obtenir que la surface totale utilie de la photocathode soit supérieure
à la surface totale utile du multiplicateur et donc au moins égale à l'encombrement
hors-tout dudit multiplicateur. La surface de la photocathode peut donc coïncider
pratiquement avec l'encombrement du tube lui-même. En outre, il est à noter que le
tube photomultiplicateur segmenté selon l'invention présente l'avantage supplémentaire
de pouvoir être fabriqué en utilisant la technologie classique dite de pompage selon
laquelle la photocathode est évaporée après que le tube soit vidé et scellé. Cette
technique de fabrication bon marché est rendue possible puisque par principe le multiplicateur
se trouve à une distance relativement grande de la photocathode..
[0005] 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 1a montre en coupe un premier exemple de réalisation d'un tube photomultiplicateur
segmenté selon l'invention.
La figure 1 est une vue de dessus correspondant à la vue en coupe de la figure 1a.
La figure 2a est une coupe d'un deuxième exemple de réalisation d'un tube photomultiplicateur
segmenté selon l'invention.
La figure 2b est une vue de dessus correspondant à la vue en coupe de la figure 2a.
[0006] Les figures 1a a et 1 b montrent, respectivement en coupe et en vue de dessus, un
tube photomultiplicateur 10 seg menté en quatre photomultiplicateurs élémentaires
11. Ce tube 10 comporte une photocathode 16 déposée sur une fenêtre 20, et un multiplicateur
13 du type "à feuilles" cloisonné en quatre multiplicateurs élémentaires 14. Ce genre
de multiplicateurs ainsi que leur cloisonnement sont décrits en détail dans la demande
de brevet français n° 83 11 514. Le multiplicateur 13 se termine par une anode à grille
30 que l'on peut n'utiliser que comme électrode extractrice, le signal de mesure étant
prélevé au niveau de la dernière feuille 31 du multiplicateur, celle-ci constituant
la dernière dynode. Comme on peut le voir aux figures 1 a et 1b, l'espace d'entrée
du tube photomultiplicateur 10, situé entre la photocathode 12 et le multiplicateur
13 est cloisonné en quatre espaces d'entrée élémentaires 15 associés aux photomultiplicateurs
élémentaires 11. Ce cloisonne-. ment de l'espace d'entrée du tube 10 est réalisé à
l'aide de parois 40 étanches aux électrons qui s'étendent de la photocathode 12 à
l'entrée du multiplicateur à feuilles 13, et qui définissent de la sorte quatre photocathodes
élémentaires 16.
[0007] Ainsi que le montrent les figures 1 a et 1 b, la structure du tube 10 est telle que,
compte-tenu de l'espace occupé par les moyens 50 d'assemblage et les moyens 51 de
contact électrique du multiplicateur 13, l'encombrement du tube, et donc la surface
de la fenêtre 20, est sensiblement supérieure à la surface utile de multiplication
du multiplicateur 13. Dans le but de donner à la photocathode 12 une surface utile
égale à la surface de la fenêtre 20, chaque espace d'entrée élémentaire 15 présente
une électrode de focalisation 17 réalisant la convergence des photoélectrons 60 issus
de la photocathode élémentaire associée 16 sur le multiplicateur élémentaire 14 correspondant.
[0008] Afin de tenir compte de la dissymétrie spatiale existant entre la photocathode élémentaire
16 et le multiplicateur élémentaire 14 correspondant, l'électrode de focalisation
17 présente elle-même une forme dissymétrique en ce sens, d'une part, qu'elle est
taillée en biseau comme le montre la figure 1a, et, d'autre part, que le trou de sortie
18 est excentré par rapport à la photocathode élémentaire 16 de manière à se trouver
à l'aplomb du multiplicateur élémentaire 14 corespondant. .Dans le cas montré aux
figures 1 a et 1b, les électrodes de focalisation sont toutes identiques entre elles
et se déduisent les unes des autres par rotation de 90° autour de l'axe du tube 10.
[0009] La distance entre le multiplicateur à feuilles 13 et la phôtocathode 12 étant relativement
grande, de l'ordre de la dimension des photocathodes élémentaires 16, il est possible
de réaliser le tube photomultiplicateur segmenté 10 selon la technique usuelle et
bon marché qui consiste à évaporer la photocathode 12 après pompage et scellement
du tube. A cet effet, il est prévu de placer les évaporateurs 70 des constituants
de ladite photocathode (antimoine, césium, etc...) au fond de l'électrode de focalisation
17, ainsi que l'indique la figure 1b.
[0010] Les figures 2a et 2b montrent, également en coupe et en vue de dessus, un tube photomultiplicateur
segmenté 10 du même type que celui décrit en regard des figures 1 a et 1b, si ce n'est
que le tube des figures 2a et 2b est segmenté en neuf photomultiplicateurs élémentaires
11, au lieu de quatre. Dans ce cas, les neuf espaces d'entrée élémentaires 15 ne sont
pas tous équivalents entre eux, ils se partagent en trois groupes : ceux situés dans
les angles du tube, au nombre de quatre, ceux situés au milieu des quatre côtés, également
au nombre de quatre, et celui situé au centre du tube. Par conséquent, il faudrait
en principe réaliser trois types d'électrodes de focalisation 17 permettant d'assurer
dans chacune des trois configurations possibles la convergence des photoélectrons
sur la totalité de la surface utile de multiplication de chacun des multiplicateurs
élémentaires 14. Cette solution présente l'inconvénient de ne pas être industriellement
avantageuse, c'est pouquoi il est prévu, comme on peut l'observer aux figures 2a et
2b, de n'utiliser qu'un seul type d'électrode de focalisation, celui correspondant
aux électrodes de focalisation placées aux angles du tube 10. Dans ce cas, la totalité
de la surface utile du multiplicateur 13 n'est pas utilisée mais uniquement les zones
représentées par les carrés 80 de la figure 2b, ce qui ne présente pas d'inconvénient
pour le fonctionnement du tube photomultiplicateur segmenté 10 conforme aux figures
2a et 2b.
1. Tube photomultiplicateur (10) segmenté en une pluralité de photomultiplicateurs
élémentaires (11), comportant une photocathode (12) et un multiplicateur (13) du type
"àfeuilles" cloisonné en une pluralité de multiplicateurs élémentaires (14) associés
auxdits photomultiplicateurs élémentaires (11), caractérisé en ce que l'espace d'entrée
dudit tube photomultiplicateur (10), situé entre la photocathode (12) et le multiplicateur
(13), est cloisonné en une pluralité d'espaces d'entrée élémentaires (15) associés
aux photomultiplicateurs élémentaires (11) et définissant une pluralité de 'photocathodes
élémentaires (16), chaque espace d'entrée élémentaire (15) présentant une électrode
de focalisation (17) réalisant la convergence des photoélectrons issus de la photocathode
élémentaire associée (16) sur le multiplicateur élémentaire (14) correspondant.
2. Tube photomultiplicateur segmenté selon la revendication 1, caractérisé en ce que
les électrodes de focalisation (17) associées aux espaces d'entrée élémentaires (15)
sont toutes identiques entre elles.
