Dynode du type "à feuilles", multiplicateur d'électrons et tube photomultiplicateur comportant de telles dynodes

Abstract

 Dynode (D) multiplicatrice d'électrons, constituée de deux demi-dynodes (d,d′) parallèles, portées à un même po­tentiel électrique (V), et ayant la forme de feuilles métalli­ques (10,20) percées de trous (11,21). Selon l'invention, la deuxième demi-dynode (d′), dite demi-dynode émettrice, est re­couverte d'un matériau (25) à émission secondaire, la multi­plication des électrons incidents (30) se produisant sur la surface (23) de ladite feuille métallique (20) correspondante, et en ce que ladite demi-dynode émettrice (d′) et la première demi-dynode (d), dite demi-dynode extractrice, sont décalées entre elles.
Application aux tubes photomultiplicateurs.

Description

[0001] La présente invention concerne une dynode multipli­catrice d'électrons du type "à feuilles", c'est à dire essen­tiellement constituée de deux demi-dynodes ayant la forme de feuilles percées de trous disposés en un réseau d'un motif donné. Elle concerne également un multiplicateur d'électrons et un tube photomultiplicateur comportant de telles dynodes multiplicatrices.

[0002] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des tubes photomultiplicateurs.

[0003] L'utilisation, dans les tubes photomultiplicateurs, de dynodes et de multiplicateurs dits "à feuilles" est connue, par exemple, du brevet français n° 2 549 288. Ce brevet dé­crit, en effet, une dynode multiplicatrice d'électrons, cons­tituée de deux demi-dynodes parallèles, portées à un même po­tentiel électrique, et réalisées à l'aide de feuilles métalli­ques percées de trous régulièrement disposés selon un réseau répétitif d'un même motif de base. Dans un multiplicateur com­portant plusieurs de ces dynodes, la première demi-dynode joue le rôle d'électrode extractrice des électrons issus de la dy­node précédente, tandis que la deuxième demi-dynode est l'électrode émettrice d'électrons. A cet effet, il est donné aux trous de la demi-dynode émettrice une forme largement éva­sée de façon que les parois des trous, recouvertes d'un maté­riau à émission secondaire, constituent les zones utiles de multiplication électronique. Les électrons secondaires ainsi créés, attirés par l'électrode extractrice suivante, franchis­sent la demi-dynode émettrice à travers le trou qui leur a donné naissance. Les avantages qu'un multiplicateur "a feuil­les" apporte aux tubes photomultiplicateurs sont nombreux. Ils offrent en effet sous un encombrement réduit, une grande surface de collection, ce qui les rend particulièrement avan­tageux lorsque les électrons incidents se présentent sous la forme d'un faisceau large, comme c'est le cas en focalisation de proximité ou en association avec une première dynode foca­lisée de grande dimension. D'autre part, la possibilité de cloisonner le multiplicateur permet de réaliser, dans un même tube, un certain nombre de tubes photomultiplicateurs secon­daires, avec les avantages que cela procure en physique nuclé­aire, par exemple, quant à la localisation précise des parti­cules détectées.

[0004] Toutefois, les dynodes multiplicatrices d'électrons connues de l'état de la technique présentent l'inconvénient que les trous évasés nécessaires à la multiplication des élec­trons sont relativement coûteux à réaliser puisqu'ils exigent attaque chimique et utilisation de masques. De plus, il faut signaler que, dans le but d'augmenter la surface multiplica­trice, l'ouverture de sortie des trous est relativement petite ce qui rend plus délicat le positionnement correct des feuil­les métalliques les unes par rapport aux autres au sein d'un même multiplicateur d'électrons.

[0005] Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de réaliser une dynode multipli­catrice d'électrons, comportant une première demi-dynode, dite demi-dynode extractrice, et une deuxième demi-dynode, dite de­mi-dynode émettrice, les demi-dynodes étant parallèles, por­tées à un même potentiel électrique, et ayant la forme de feuilles percées de trous disposés en un réseau d'un même mo­tif de base, la deuxième demi-dynode ayant une surface de mul­tiplication électronique sur laquelle se produit la multipli­cation d'électrons, dynode multiplicatrice qui serait bon mar­ché à fabriquer, et dont le montage serait facilité par un to­lérancement moins sévère sans nuire pour autant à l'efficacité de collection.

[0006] La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que, lesdits trous sont des trous à bord droit, et en ce que les deux demi-dynodes sont décalées entre elles de sorte que chaque trou de l'une des demi-dynodes se trouve en regard du centre d'un motif de base de l'autre demi-dynode.

[0007] Ainsi, les trous étant à bord droit, car destinés uniquement au passage des électrons, leur réalisation est beaucoup plus facile et moins coûteuse, et peut être conduite à l'aide de moyens mécaniques conventionnels. D'autre part, la surface de multiplication électronique étant sensiblement plus grande que dans le cas des dynodes de l'état de la technique, on peut envisager d'augmenter le diamètre des trous sans beaucoup affecter le pouvoir de collection des demi-dynodes émettrices, ce qui a pour effet de rendre moins critique l'assemblage des dynodes dans un multiplicateur d'électrons. En ce sens, un multiplicateur d'électrons comportant, dans l'ordre, une première demi-dynode émettrice et une pluralité de dynodes multiplicatrices d'électrons, selon l'invention, est remarquable en ce que chaque demi-dynode extractrice est située en position de coïncidence avec la demi-dynode émettrice précédente, et en ce que la première demi-dynode émettrice et les dynodes multiplicatrices successives sont portées à des potentiels électriques croissants. En conséquence, les demi-dynodes extractrices peuvent jouer leur rôle d'extraction des électrons secondaires produits par les demi-dynodes émettrices précédentes, sans créer d'obstacle au passage de ces électrons vers les demi-dynodes émettrices suivantes, dans la mesure où les trous des demi-dynodes extractrices coïncident avec les trous des demi-dynodes émettrices précédentes.

[0008] Enfin, un tube photomultiplicateur comportant une photocathode, une première dynode, un multiplicateur d'élec­trons selon l'invention, couplé à la première dynode, et une anode, est remarquable en ce que, entre ladite première dynode et le multiplicateur, est intercalée une grille d'entrée, pa­rallèle à la première demi-dynode émettrice, et dont le poten­tiel électrique est égal au potentiel électrique de ladite première demi-dynode émettrice.

[0009] Comme on le verra plus loin en détail, la grille d'entrée sert d'électrode de blindage indispensable à la pre­mière demi-dynode émettrice pour que les électrons qui y sont issus puissent être extraits par la demi-dynode extractrice de la dynode suivante.

[0010] 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'une dynode mul­tiplicatrice d'électrons selon l'invention.

La figure 2 est une vue de dessus de la dynode de la figure 1.

La figure 3 est une vue en coupe d'un multiplica­teur d'électrons selon l'invention.

La figure 4 est une vue en coupe d'un tube photo­multiplicateur selon l'invention.

[0011] La figure 1 montre, en coupe, une dynode D multi­plicatrice d'électrons, constituée de deux demi-dynodes d, d′ parallèles et portées à un même potentiel électrique V. Ces demi-dynodes se présentent sous la forme de feuilles métalli­ques 10, 20, réalisées par exemple en acier doux, et percées de trous 11, 21 disposés en un réseau régulier répétitif d'un même motif 12, 22 de base. Dans le mode d'exécution montré à la figure 2, les motifs de base 12, 22 sont tous deux consti­tués par un triangle équilatéral, mais ils pourraient tout aussi bien être constitués par un carré, un rectangle, etc... Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, les trous 11, 21 sont des trous à bord droit, de réalisation très simple. Typi­quement, lesdits trous 11, 21 peuvent avoir un diamètre de 0,5 mm, tandis que la distance entre deux trous consécutifs est de l'ordre de 1 mm. D'autre part, la deuxième demi-dynode d′, di­te demi-dynode émettrice est recouverte d'un matériau 25 à émission secondaire, comme de l'antimoine ou de l'oxyde de bé­ryllium, la multiplication des électrons incidents 30 se pro­duisant sur la surface 23 de ladite feuille métallique 20 cor­respondante, la deuxième dynode d′ peut également être réali­sée dans un matériau donnant lieu à émission secondaire comme un alliage de cuivre-béryllium ayant subi le traitement classique : chauffage-migration du béryllium et oxydation. Enfin, les figures 1 et 2 montrent que la demi-dynode émettrice d′ et la première demi-dynode d, dite demi-dynode extractrice, sont décalées entre elles de sorte que chaque trou 11, 21 de l'une d, d′ des demi-dynodes se trouve en regard du centre 24, 14 d'un motif 22, 12 de base de l'autre d′, d demi-dynode. De cette manière, les électrons 30 qui traversent la demi-dynode extractrice d par un trou 11 rencontrent nécessairement la demi-dynode émettrice 20 en un endroit doué d'émission secondaire.

[0012] Le multiplicateur 50 d'électrons représenté à la figure 3 comporte, dans l'ordre, une première demi-dynode émettrice d′₂ et une pluralité de dynodes D₃...,D_i, D_i+1,...,D_n multiplicatrices d'électrons, du type de celles décrites précédemment en référence aux figures 1 et 2. Ainsi que le montre la figure 3, chaque demi-dynode extractrice d_i+1 est située en position de coïncidence avec la demi-dynode émettrice d′_i précédente. De plus, de façon à ce que les électrons puissent progresser de la première demi-dynode émettrice d′₂ à la dernière demi-dynode émettrice d′n, la première demi-dynode émettrice d′₂ et les dynodes D₃,...,D_i, D_i+1,...,D_n multiplicatrices successives sont portées à des potentiels électriques V₂,­V₃,...,V_i,V_i+1,...,V_n croissants. La demi-dynode ex­tractrice d_i+1, par exemple, a donc pour fonction d'attirer vers la demi-dynode émettrice d′_i+1 les électrons issus de la demi-dynode émettrice d′_i, mais elle sert également à blinder électriquement la demi-dynode émettrice d′_i+1 des dynodes précédentes. En l'absence de ce blindage, qui créée une zone de faible champ entre les demi-dynodes d_i+1 et d′_i+1, il ne serait pas possible aux électrons émis par la demi-dynode émettrice d′_i+1 d'être extraits par la demi-dy­node extractrice d_i+2 suivante. De façon à ce que l'effet de blindage soit suffisant, il y a intérêt à ce que la distance entre une demi-dynode extractrice et la demi-dynode émettrice d'une même dynode soit relativement grande, par exemple de 0,5 à 0,8 mm. La distance entre une demi-dynode émettrice et la demi-dynode extractrice suivante pouvant être plus petite, de l'ordre de quelques dixièmes de mm, typiquement 0,3 mm.

[0013] La figure 4 montre, en coupe, un tube photomulti­plicateur 60 comportant une photocathode 61, une première dy­node D₁ cylindrique de grande dimension, un multiplicateur 50 conforme à celui de la figure 3, et une anode A. A titre d'exemple, le multiplicateur 50 d'électrons est couplé à la première dynode D₁ à l'aide des moyens de couplage décrits dans la demande de brevet français, non publiée, n°88 07 778, mais, bien sûr, d'autres moyens de couplage connus de l'homme du métier peuvent être utilisés. Comme on peut le voir à la figure 4, est intercalée entre la première dynode D₁ et le multiplicateur 50, une grille G d'entrée, parallèle à la pre­mière demi-dynode émettrice d′₂, et dont le potentiel élec­trique est égal au potentiel électrique V₂ de ladite premiè­re demi-dynode émettrice d′₂. Ladite grille G d'entrée cons­titue donc avec la première demi-dynode émettrice une deuxième dynode D₂ équivalent eaux dynodes d'ordre supérieur D₃,...,D_n. Le rôle essentiel de la grille G d'entrée est d'assurer, avec une bonne transparence, un blindage pour la première demi-dynode émettrice d′₂. De façon usuelle, le po­tentiel électrique V₁ de la première dynode D₁ est infé­rieur au potentiel électrique V₂ de la dynode D₂ équiva­lente.

Revendications

1. Dynode (D) multiplicatrice d'électrons, comportant une première demi-dynode (d), dite demi-dynode extractrice, et une deuxième demi-dynode (d′), dite demi-dynode émettrice, les demi-dynodes (d,d′) étant parallèles, portées à un même potentiel électrique (V), et ayant la forme de feuilles (10,20) percées de trous (11,21) disposés en un réseau d'un même motif (12,22) de base, la deuxième demi-dynode (d′) ayant une surface de multiplication électronique sur laquelle se produit la multiplication d'électrons, caractérisée en ce que, lesdits trous (11,21) sont des trous à bord droit, et en ce que les deux demi-dynodes sont décalées entre elles de sorte que chaque trou (11,21) de l'une (d,d′) des demi-dynodes se trouve en regard du centre (24,14) d'un motif (22,12) de base de l'autre (d′,d) demi-dynode.

2. Multiplicateur (50) d'électrons comportant, dans l'ordre, une première demi-dynode émettrice (d′₂) et une pluralité de dynodes (D₃,...,D_i,D_i+1,...,D_n) multipli­catrices d'électrons, selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque demi-dynode extractrice (d_i+1) est située en position de coïncidence avec la demi-dynode émettrice (d′_i) précédente, et en ce que la première demi-dynode émettrice (d′₂) et les dynodes (D₃,...,D_i,D_i+1,...,D_n) multi­plicatrices successives sont portées à des potentiels électri­ques (V₂,V₃,...,V_i,V_i+1,V_n) croissants.

3. Tube photomultiplicateur (60) comportant une photo­cathode (61), une première dynode (D₁), un multiplicateur (50) d'électrons selon la revendication 2, couplé à la premiè­re dynode (D₁), et une anode (A), caractérisé en ce que, entre ladite première dynode (D₁) et le multiplicateur (50), est intercalée une grille (G) d'entrée, parallèle à la premiè­re demi-dynode émettrice (d′₂), et dont le potentiel élec­trique est égal au potentiel électrique (V₂) de ladite pre­mière demi-dynode émettrice.

Dessins