Tube photomultiplicateur segmenté à haute efficacité de collection et à diaphotie limitée

Abstract

 Tube photomultiplicateur (10) segmente 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). Selon l'invention, 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).
Lesdites électrodes (14) de focalisation peuvent être réalisées à partir d'une même feuille conductrice (19) percée de trous (20) de passage des photoélectrons vers les multiplicateurs élémentaires (13).
Application à la physique des hautes énergies.

Description

[0001] La présente invention concerne un tube photomulti­plicateur 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 réali­sant la convergence des photoélectrons issus de la photocatho­de sur lesdits multiplicateurs élémentaires.

[0002] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la physique des hautes éner­gies, 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 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 général, qui a aussi l'avantage de diminuer le coût des dispositifs de détec­tion susmentionnés, est donnée par la segmentation d'un tube photomultiplicateur en une pluralité de photomultiplicateurs élémentaires. La demande de brevet européen n° 0 264 992 dé­crit un tube photomultiplicateur segmenté d'un type conforme au préambule, dans lequel les multiplicateurs élémentaires ré­sultent du cloisonnement d'un multiplicateur "à feuilles à trous" unique, et dont l'espace d'entrée situé entre la photo­cathode et le multiplicateur d'électrons est également cloi­sonné, de façon étanche aux électrons issus de la photocathode en une pluralité d'espaces d'entrée élémentaires. Ce cloison­nement de l'espace d'entrée a pour effet d'éviter la diaphotie des photoélectrons qui pourrait se produire entre les diffé­rentes voies du fait, d'une part, que la distance entre la photocathode et le multiplicateur doit être relativement gran­de pour pouvoir placer les générateurs d'antimoine, par exem­ple, assez loin de la fenêtre d'entrée du tube dans le but de réaliser une couche d'antimoine la plus homogène lors de l'é­laboration de la photocathode, et, d'autre part, que les élec­trodes de focalisation sont portées à un potentiel électrique élevé, de l'ordre de celui de la première feuille du multipli­cateur d'électrons.

[0003] 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 européen n°0 350 111 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 multiplicatri­ces d'une même dynode à l'aide d'une entretoise étanche aux électrons. Par contre, l'espace entre une demi-dynode multi­plicatrice et la demi-dynode extractrice de la dynode suivante est libre de sorte que des électrons rétrodiffusés élastique­ment sur la surface de ladite demi-dynode extractrice près de la limite entre deux multiplicateurs élémentaires peuvent pas­ser d'un multiplicateur élémentaire au multiplicateur élémen­taire voisin pour y être à nouveau multipliés et, ainsi, don­ner lieu à diaphotie.

[0004] Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de réaliser un tube photomulti­plicateur segmenté conforme au préambule grâce auquel toute diaphotie serait évitée au niveau des multiplicateurs élémen­taires, 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.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] Avantageusement, lesdites électrodes de focalisa­tion sont réalisées à partir d'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.

[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'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.

[0011] 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.

[0012] Le tube photomultiplicateur 10 se termine par une anode 23 par exemple une plaque collectrice que l'on peut uti­liser comme électrode extractrice.

[0013] Les multiplicateurs élémentaires 13 "à feuilles à trous" peuvent être analogues à ceux décrits dans la demande de brevet européen n° 0 131 339 ou dans la demande de brevet européen n°0 350 111.

[0014] 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 suivante, 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.

[0015] En fonctionnement, la photocathode 12 est portée au potentiel électrique V₁, que l'on prendra égal à 0V, la pre­mière feuille 21 des multiplicateurs 13 est à un potentiel V₃ de quelques centaines de Volts, par exemple 300V, tandis que les électrodes 14 de focalisation sont portées à un potentiel V₂ nul ou faiblement positif, et d'une façon générale, infé­rieur à 20% du potentiel V₃, par exemple de 10% de V₃. Si les électrodes 14 de focalisation sont à V₂=0V, 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 complète et le couplage photocathode-mul­tiplicateurs élémentaires est tel que la photocathode 12 est parfaitement divisée de façon immatérielle en deux demi-photo­cathodes associées respectivement aux multiplicateurs élémen­taires, ainsi que l'indique la trajectoire électronique 24 de la figure 1.

[0016] On observe cependant qu'avec des potentiels V₁ et V₂ égaux, la réponse temporelle du tube n'est pas très bonne car le temps de transit des photoélectrons peut varier nota­blement en fonction de l'endroit de la photocathode 12 où ils sont émis. C'est pour remédier à cet inconvénient qu'on envi­sage également de porter les électrodes 14 de focalisation à un potentiel V₂ de quelques dizaines de Volts, 25 à 50V dans l'exemple, ce qui améliore le temps de réponse des photoélec­trons émis à la périphérie de la photocathode sans dégrader sensiblement l'efficacité de collection.

[0017] Il peut se produire une légère diaphotie d'origine optique (réflexion) à laquelle on peut remédier en plaçant en­tre les électrodes 14 de focalisation une électrode 25 de sé­paration, au même potentiel V₂ que les électrodes de focalisa­tion pour réduire des réflexions de lumière d'une voie sur l'autre.

[0018] 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.

[0019] 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, la segmentation ayant de préférence un axe de symétrie correspondant à l'axe longitudinal du tube.

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).

2. Tube photomultiplicateur selon la revendication 1, caractérisé 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).

3. Tube photomultiplicateur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte entre les électrodes (14) de focalisation au moins une électrode (25) de séparation.

4. Utilisation d'un tube photomultiplicateur selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que, la photocathode (12) étant portée au potentiel V₁, le potentiel V₂ des électrodes (14) de focalisation est compris entre V₁ et V₁ augmenté de 20% de la différence entre le potentiel V₃ de la première feuille (21) des multiplicateurs élémentaires (13) et le potentiel V₁ de la photocathode (12).

Dessins