FR2481004A1 - Photo multiplier with grid anode - is formed by ladder network of coplanar spaced leaf collectors in parallel planes - Google Patents
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Abstract
Description
ANODE A GRILLE POUR PHOTOMULTIPLICATEURS ET PHOTOMULTIPLICATEUR
COMPORTANT CETTE ANODE.GRID ANODE FOR PHOTOMULTIPLICATORS AND PHOTOMULTIPLICATOR
INCLUDING THIS ANODE.
La présente invention concerne une anode à grille pour photomultiplicateurs, constituée par une pluralité d'éléments collecteurs d'électronss métalliques et fixés à au moins un montant, ladite anode étant destinée à collecter les électrons secondaires issus d'une dernière dynode après multiplication par ladite dernière dynode des électrons d'un faisceau incident provenant d'une avant-dernière dynode et traversant ladite anode avant d'atteindre la dernière dynode. The present invention relates to a grid anode for photomultipliers, consisting of a plurality of metal electron collecting elements and fixed to at least one upright, said anode being intended to collect secondary electrons from a last dynode after multiplication by said last dynode of the electrons of an incident beam coming from a penultimate dynode and crossing said anode before reaching the last dynode.
Elle concerne également un photomultiplicateur comportant cette anode et comportant également deux dernieres dynodes cylindriques dont les génératrices ont même direction. It also relates to a photomultiplier comprising this anode and also comprising two last cylindrical dynodes whose generatrices have the same direction.
Dans la suite du présent mémoire il sera entendu que le terne "cylindrique" s'étend également aux cas où au moins l'une des deux dernières dynodes est plane1 un plan pouvant, en effet, ëtre considéré comme une forme limite de cylindre. Si l'une des deux dernières dynodes est plane et l'autre cylindrique non plane, ladite dynode plane devra être parallèle aux génératrices de la dynode cylindrique non plane, la direction commune des génératrices des deux dernières dynodes est alors définie par la direction des génératrices de la dynode cylindrique non plane. Si les deux dernières dynodes sont planes, la direction commune de leurs génératriees est définie par l'intersection de leurs plans. In the remainder of this specification, it will be understood that the dull "cylindrical" also extends to cases where at least one of the last two dynodes is plane1, a plane which can, in fact, be considered as a limiting form of cylinder. If one of the last two dynodes is planar and the other cylindrical non-planar, said planar dynode must be parallel to the generatrices of the non-planar cylindrical dynode, the common direction of the generatrices of the last two dynodes is then defined by the direction of the generatrices of the non-planar cylindrical dynode. If the last two dynodes are planar, the common direction of their generatriates is defined by the intersection of their planes.
L'anode à grille selon l'invention peut etre avantageusement utilisée pour équiper tout tube photomultiplicateur dont les deux dernières dynodes, cylindriques, ont des génératrices de même direction, et notamment ceux d'entre eux travaillant en impulsions et à haut niveau de courant. The grid anode according to the invention can be advantageously used to equip any photomultiplier tube whose last two dynodes, cylindrical, have generators of the same direction, and in particular those of them working in pulses and at high current level.
Les anodes à grille pour photomultiplicateurs, comme celle décrite dans le brevet français nO 1 443 279, sont généralement constituées par un ensemble de fils métalliques tendus entre deux montants1 également métalliques. Cette structure d'anode permet aux électrons incidents provenant de l'avant-dernière dynode d'atteindre la dernière dynode en traversant la grille avec une faible probabilité de capture. Une fraction notable des électrons secondaires issus de la dernière dynode sont ensuite directement collectés par les fils de grille pour constituer l'essentiel du signal photoélectrique.Cependant, avant d'être capturés par la grille, un certain nombre d'électrons secondaires peuvent osciller plusieurs fois autour des fils de l'anode ; ce phénomène se traduit par un allongement du temps de réponse du photomultiplicateur et par un défaut de linéarité dû à la modification des trajectoires électroniques par la charge d'espace créée par les électrons oscillants. Grid anodes for photomultipliers, such as that described in French Patent No. 1,443,279, generally consist of a set of metallic wires stretched between two uprights1 also metallic. This anode structure allows incident electrons from the penultimate dynode to reach the last dynode by crossing the grid with a low probability of capture. A significant fraction of the secondary electrons from the last dynode are then directly collected by the grid wires to constitute the bulk of the photoelectric signal. However, before being captured by the grid, a certain number of secondary electrons can oscillate several times around the anode wires; this phenomenon results in an extension of the photomultiplier response time and in a linearity defect due to the modification of the electronic trajectories by the space charge created by the oscillating electrons.
En outre, dans le cas de forts courants, les variations du potentiel dynamique de l'anode sont telles que les électrons secondaires non directement collectés par la grille peuvent revenir sur la dernière dynode avec une énergie plus importante que celle avec laquelle ils l'avaient quittée, ce qui a pour effet de produire une nouvelle multiplication d'électrons par la dernière dynode et donc d'introduire une cause supplémentaire de non-linéarité et d'allongement du temps de réponse du photomultiplicateur. In addition, in the case of strong currents, the variations in the dynamic potential of the anode are such that the secondary electrons not directly collected by the grid can return to the last dynode with a higher energy than that with which they had it quit, which has the effect of producing a new multiplication of electrons by the last dynode and therefore of introducing an additional cause of non-linearity and of elongation of the response time of the photomultiplier.
Ces phénomènes sont particulièrement sensibles et néfastes en régime impulsionnel avec l'apparition de doubles pics dans le signal de sortie.These phenomena are particularly sensitive and harmful in the pulse regime with the appearance of double peaks in the output signal.
La présente invention se donne pour but de remédier à ces inconvénients en partant de l'idée que, les trajectoires des électrons incidents provenant de l'avant-dernière dynode et celles des électrons secondaires issus de la dernière dynode étant différentes, il doit être possible de disposer d'éléments collecteurs d'électrons dont la forme et l'orientation permettraient d'aug- menter la probabilité de capture directe des électrons secondaires par l'anode tout en assurant une bonne transparence de la grille vis-à-vis des électrons incidents. The object of the present invention is to remedy these drawbacks on the basis that the trajectories of the incident electrons coming from the penultimate dynode and those of the secondary electrons coming from the last dynode being different, it must be possible to have electron collecting elements whose shape and orientation would increase the probability of direct capture of secondary electrons by the anode while ensuring good transparency of the grid vis-à-vis the electrons incidents.
En effet, selon la présente invention, une anode à grille pour photomultiplicateurs, constituée par une pluralité d'éléments collecteurs d'électrons, métalliques et fixés à au moins un montant, ladite anode étant destinée à collecter les électrons secondaires issus d'une dernière dynode après multiplication par ladite dernière dynode des électrons d'un faisceau incident provenant d'une avant-dernière dynode et traversant ladite anode avant d'atteindre la dernière dynode est notamment remarquable en ce que lesdits éléments collecteurs d'électrons sont des lamelles minces disposées en regard dans des plans parallèles, et en ce que lesdites lamelles minces comportent au moins un bord de fixation audit montant. Indeed, according to the present invention, a grid anode for photomultipliers, constituted by a plurality of electron collecting elements, metallic and fixed to at least one upright, said anode being intended to collect the secondary electrons coming from a last dynode after multiplication by said last dynode of the electrons of an incident beam coming from a penultimate dynode and crossing said anode before reaching the last dynode is notably remarkable in that said electron collecting elements are thin lamellae arranged opposite in parallel planes, and in that said thin strips have at least one edge for fixing to said upright.
L'avantage de l'anode selon l'invention est que, de par leur structure à deux dimensions, les éléments collecteurs d'électrons présentent aux électrons secondaires une surface de capture beaucoup plus grande que celle présentée par de simples fils. The advantage of the anode according to the invention is that, by their two-dimensional structure, the electron collecting elements present the secondary electrons with a much larger capture surface than that presented by simple wires.
Dans le cas de photomultiplicateurs comportant deux dernières dynodes cylindriques dont les génératrices ont même direction, on a avantage à disposer les plans des lamelles minces sensiblement perpendiculairement aux génératrices desdites deux dernières dynodes. Dans ce cas en effet, les électrons incidents, émis par l'avant-dernière dynode avec une énergie cinétique initiale généralement faible devant l'énergie accélératrice liée à la différence de potentiel appliquée entre lavant-dernière et la dernière dynodes, acquièrent au niveau de la derniere dynode une vitesse très élevée dont la direction est quasi-perpendiculaire aux génératrices des deux dernières dynodes L'anode à grille selon l'invention étant de préférence située à proximité de la dernière dynode, les trajectoires des électrons incidents au voisinage de ladite anode sont alors peu perturbées par la présence de cette dernière et restent sensiblement perpendiculaires aux génératrices des dynodes. Ces trajectoires sont donc encore sensiblement parallèles au plan des lamelles minces constituant les éléments collecteurs d'électrons, de sorte que ceux-ci ne présentent qu'une faible section efficace de capture, garantissant ainsi une transparence suffisante de la grille aux électrons incidents. Par l'expression "située à proximité de la dernière dynode" on a voulu entendre que la distance entre la dernière dynode et tous les bords desdites lamelles minces, adjacents audit bord de fixation et placés en regard de ladite dernière dynode sensiblement parallèlement à la section droite de la dernière dynode, est inférieure à 20 m de la distance avant-dernière dynode - dernière dynode; cette distance sera définie dans la suite du présent mémoire par la distance entre les génératrices de chacune des deux dernières dynodes passant par leur centre respectif. In the case of photomultipliers comprising two last cylindrical dynodes whose generatrices have the same direction, it is advantageous to have the planes of the thin lamellae substantially perpendicular to the generatrices of said last two dynodes. In this case indeed, the incident electrons, emitted by the penultimate dynode with an initial kinetic energy generally weak compared to the accelerating energy linked to the potential difference applied between the penultimate and the last dynodes, acquire at the level of the last dynode a very high speed whose direction is almost perpendicular to the generatrices of the last two dynodes The grid anode according to the invention is preferably located near the last dynode, the trajectories of the incident electrons in the vicinity of said anode are then little disturbed by the presence of the latter and remain substantially perpendicular to the generators of the dynodes. These trajectories are therefore still substantially parallel to the plane of the thin lamellae constituting the electron collecting elements, so that these have only a small effective capture section, thus guaranteeing sufficient transparency of the grid to the incident electrons. By the expression "located near the last dynode" we meant that the distance between the last dynode and all the edges of said thin strips, adjacent to said fixing edge and placed opposite said last dynode substantially parallel to the section right of the last dynode, is less than 20 m from the penultimate dynode - last dynode distance; this distance will be defined in the remainder of this specification by the distance between the generators of each of the last two dynodes passing through their respective centers.
D'autre part, du fait de la faible distance dernère dynode - lamelles minces et du champ électrique important qui en résulte, les électrons secondaires issus de la dernière dynode peuvent acquérir une composante de vitesse parallèle aux génératrices des dynodes suffisamment grande pour que lesdits électrons secondaires soient directement captés par les éléments collecteurs d'électrons de l'anode selon l'invention, l'efficacité de la capture étant notablement augmentée par la forme en lamelle desdits éléments collecteurs d'électrons. On the other hand, because of the short distance from the last dynode - thin lamellae and the large electric field which results therefrom, the secondary electrons coming from the last dynode can acquire a component of speed parallel to the generators of the dynodes sufficiently large that said electrons secondary are directly captured by the electron collecting elements of the anode according to the invention, the efficiency of the capture being notably increased by the lamellar shape of said electron collecting elements.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention qui tient compte de l'homogénéité du faisceau d'électrons incidents et de l'isotropie de l'émission secondaire, les plans des lamelles minces sont équidistants. According to a particular embodiment of the invention which takes into account the homogeneity of the incident electron beam and the isotropy of the secondary emission, the planes of the thin lamellae are equidistant.
D'autre part, dans le but d'assurer une transparence suffisante de l'anode à grille selon l'Invention ltépaisseur de chacune desdites lamelles minces est, de préférence, au plus égale à 20 % de l'intervalle séparant deux lamelles minces consecutives. On the other hand, in order to ensure sufficient transparency of the grid anode according to the invention, the thickness of each of said thin strips is preferably at most equal to 20% of the interval separating two consecutive thin strips. .
Afin de rendre plus homogène le champ électrique au voisinage de l'anode et de la dernière dynode, on peut avoir avantage à rendre parallèle à la section droite de ladite dernière dynode le bord des lamelles minces, adjacent audit montant et situé en regard de la dernière dynode, et à placer tous les bords des lamelles minces en regard de la dernière dynode à la même distance de ladite dernière dynode. In order to make the electric field more homogeneous in the vicinity of the anode and the last dynode, it may be advantageous to make parallel to the cross section of said last dynode the edge of the thin strips, adjacent to said upright and located opposite the last dynode, and placing all the edges of the thin strips facing the last dynode at the same distance from said last dynode.
En outre, des études effectuées par la Demanderesse ont montré qu'une configuration avantageuse est réalisée lorsque la distance entre les deux bords des lamelles minces sensiblement parallèles et adjacents audit bord de fixation vaut entre 0,5 et 2 fois l'intervalle séparant deux lamelles minces consécutives et lorsque chacun des intervalles séparant deux lamelles minces consécutives vaut entre 0,5 et 2 fois la distance entre la dernière dynode et le bord desdites lamelles minces en regard de ladite dernière dynode. Cette disposition permet en effet de limiter le phénomène d'oscillation, d'éviter le retour des électrons secon- daires sur la dernière dynode et donc d'améliorer la.linéarité et le temps de réponse du photomultiplicateur. In addition, studies carried out by the Applicant have shown that an advantageous configuration is achieved when the distance between the two edges of the thin strips substantially parallel and adjacent to said fixing edge is between 0.5 and 2 times the interval separating two strips consecutive thin and when each of the intervals separating two consecutive thin strips is between 0.5 and 2 times the distance between the last dynode and the edge of said thin strips opposite said last dynode. This arrangement in fact makes it possible to limit the phenomenon of oscillation, to avoid the return of the secondary electrons on the last dynode and therefore to improve the linearity and the response time of the photomultiplier.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif permettra de mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée. The description which follows with reference to the appended drawings given by way of nonlimiting example will make it possible to better understand how the invention can be implemented.
La figure 1 représente une vue en perspective d'une anode à grille selon l'invention et sa disposition par rapport à une avant-dernière dynode et une dernière dynode. FIG. 1 represents a perspective view of a grid anode according to the invention and its arrangement with respect to a penultimate dynode and a last dynode.
La figure 2 est une coupe longitudinale de l'anode et des deux dernières dynodes de la figure 1. FIG. 2 is a longitudinal section of the anode and of the last two dynodes of FIG. 1.
La figure 3 est une vue en coupe d'un photomultiplicateur comportant une anode à grille analogue à celle représentée aux figures 1 et 2. FIG. 3 is a sectional view of a photomultiplier comprising a grid anode similar to that shown in FIGS. 1 and 2.
La figure 4 est une vue en perspective d'une variante de réalisation d'une anode à grille selon l'invention. Figure 4 is a perspective view of an alternative embodiment of a grid anode according to the invention.
Une anode Il à grille selon l'invention est représentée figure 1- en perspective et figure 2 en coupe suivant la ligne Il-Il. Das le mode de réalisation représenté aux figures 1 et 2, l'anode 11 est associée à une dernière dynode 12 plane et à une 'ant-dernière dynode 13 cylindrique non plane. A grid anode II according to the invention is shown in Figure 1- in perspective and Figure 2 in section along the line Il-Il. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the anode 11 is associated with a last planar dynode 12 and with a non-planar cylindrical last dynode 13.
L'anode il à grille est constituée par une pluralité d'élé ments collecteurs 14 électrons, métalliques et reliés à deux montants 15 et 16, également métalliques, dont la fonction est d'assurer le maintien de l'ensemble desdits éléments collecteurs d'électrons et de les porter au potentiel électrique désiré. The grid anode il is constituted by a plurality of collecting elements 14 electrons, metallic and connected to two uprights 15 and 16, also metallic, whose function is to ensure the maintenance of all of said collecting elements electrons and bring them to the desired electrical potential.
Conformémént à l'invention, les éléments collecteurs 14 d'électrons sont des lamelles minces disposées en regard dans des plans parallèles et comportant deux bords 17 et 18 de fixation aux montants 15 et 16. In accordance with the invention, the electron collecting elements 14 are thin strips arranged opposite in parallel planes and comprising two edges 17 and 18 for fixing to the uprights 15 and 16.
L'anode 11 à grille est destinée à collecter les électrons secondaires issus de la dernière dynode 12 et dont des trajectoires typiques sont représentées par les lignes fléchées 21 et 22 de la figure 2. Lesdits électrons secondaires sont obtenus après multiplication par la dernière dynode 12 des électrons d'un faisceau incident 23 provenant de l'avant-dernière dynode 13 et traversant la grille d'anode Il avant d'atteindre la dernière dynode 12. The grid anode 11 is intended to collect the secondary electrons coming from the last dynode 12 and whose typical trajectories are represented by the arrow lines 21 and 22 in FIG. 2. Said secondary electrons are obtained after multiplication by the last dynode 12 electrons of an incident beam 23 coming from the penultimate dynode 13 and crossing the anode grid II before reaching the last dynode 12.
Selon le mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 1 et 2, les plans des lamelles minces sont équidistants et perpendiculaires à la direction des génératrices des dynodes 12 et 13, direction représentée par la ligne 19 en trait mixte. According to the embodiment of the invention shown in Figures 1 and 2, the planes of the thin strips are equidistant and perpendicular to the direction of the generators of the dynodes 12 and 13, direction shown by the line 19 in phantom.
Afin d'assurer une transparence suffisante aux électrons incidents, l'épaisseur e des lamelles minces est inférieure à 20 % de l'intervalle h séparant deux lamelles minces consécutives. In order to ensure sufficient transparency to the incident electrons, the thickness e of the thin strips is less than 20% of the interval h separating two consecutive thin strips.
Comme on peut le remarquer aux figures 1 et 2. les deux bords 31 et 32 des lamelles minces, adjacents aux bords 17 et 18 de fixation aux montants 15 et 16, sont parallèles entre eux, et tous les bords 31 en regard de la dernière dynode sont parallèles à la section droite 33 de ladite dernière dynode et situés à la même distance d de la dernière dynode. As can be seen in Figures 1 and 2. the two edges 31 and 32 of the thin strips, adjacent to the edges 17 and 18 of attachment to the uprights 15 and 16, are parallel to each other, and all the edges 31 opposite the last dynode are parallel to the cross section 33 of said last dynode and located at the same distance d from the last dynode.
De plus, afin que les électrons secondaires puissent acquérir une composante de vitesse parallèle aux génératrices des dynodes suffisamment importante pour être collectés par l'anode, celle-ci doit être placée à proximité de la dernière dynode ; plus précisément la distance d entre la dernière dynode 12 et le bord 31 des lamelles minces en regard de ladite dernière dynode est inférieure à 20 % de la distance L entre l'avant-dernière dynode 13 et la dernière dynode 12. In addition, so that the secondary electrons can acquire a speed component parallel to the generators of the dynodes large enough to be collected by the anode, the latter must be placed near the last dynode; more precisely, the distance d between the last dynode 12 and the edge 31 of the thin strips facing said last dynode is less than 20% of the distance L between the penultimate dynode 13 and the last dynode 12.
Enfin, comme le montre la figure 2, la distance 1 entre les deux bords 31 et 32 des lamelles minces, parallèles, et adjacents aux bords 17 et 18 de fixation, a été choisie dans cet exemple égale à l'intervalle h séparant deux lamelles minces consécutives, tandis que l'intervalle h séparant deux lamelles minces consécutives est choisi égal à la distance d entre la dernière dynode 12 et le bord 31 des lamelles minces en regard de ladite dernière dynode. Cette disposition correspond à un compromis entre une transparence suffisante de la grille aux électrons incidents et une probabilité de capture satisfaisante des électrons secondaires. Finally, as shown in FIG. 2, the distance 1 between the two edges 31 and 32 of the thin, parallel strips, and adjacent to the fixing edges 17 and 18, was chosen in this example equal to the interval h separating two strips consecutive thin, while the interval h separating two consecutive thin strips is chosen equal to the distance d between the last dynode 12 and the edge 31 of the thin strips facing said last dynode. This arrangement corresponds to a compromise between sufficient transparency of the grid with incident electrons and a satisfactory probability of capture of the secondary electrons.
En effet, comme on peut le voir à la figure 2, les éléments collecteurs 14 d'électrons présentent une faible section de capture aux électrons du faisceau incident 23, alors que les électrons secondaires sont directement collectés par la grille (trajectoire 21) ou n'effectuent qu'une seule oscillation avant d'être captés (trajectoire 22). Indeed, as can be seen in FIG. 2, the electron collecting elements 14 have a small section for capturing the electrons of the incident beam 23, while the secondary electrons are directly collected by the grid (path 21) or n '' perform only one oscillation before being picked up (trajectory 22).
La figure 3 représente un schéma-d'un photomultiplicateur muni d'une anode à grille selon l'invention La lumière incidente 41 vient frapper une photocathode 42 qui émet des électrons 43 qui sont focalisés sur une première dynode 44 Les électrons sont successivement multipliés par les dynodes 44, 45, 46, 47, 48 puis par l'avant-dernière dynode 13 et la dernière dynode 12 avant d"etre receuillis par l'anode 11 à grille décrite aux figures 1 et 2. FIG. 3 represents a diagram of a photomultiplier provided with a grid anode according to the invention The incident light 41 strikes a photocathode 42 which emits electrons 43 which are focused on a first dynode 44 The electrons are successively multiplied by the dynodes 44, 45, 46, 47, 48 then by the penultimate dynode 13 and the last dynode 12 before being collected by the grid anode 11 described in FIGS. 1 and 2.
L'invention ne saurait tre limitée à la configuration décrite aux figures , 2 et 3, mettant en oeuvre une dernière dynode plane. Elle peut également être réalisée avec une dernière dynode cylindrique non plane. Dans ce cas, et comme l'indique la figure 4, les éléments collecteurs 14 peuvent avoir la forme de portion de couronne dont les bords 31 et 32, adjacents aux bords 17 et 18 de fixation aux fflcntants 15 et 16, sont parallèles à la section droite 33 de la dernière dynode 12 The invention cannot be limited to the configuration described in FIGS. 2 and 3, using a last plane dynode. It can also be performed with a last non-planar cylindrical dynode. In this case, and as shown in FIG. 4, the collecting elements 14 can have the shape of a portion of a crown, the edges 31 and 32 of which, adjacent to the edges 17 and 18 of attachment to the flaps 15 and 16, are parallel to the straight section 33 of the last dynode 12
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8008771A FR2481004A1 (en) | 1980-04-18 | 1980-04-18 | Photo multiplier with grid anode - is formed by ladder network of coplanar spaced leaf collectors in parallel planes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8008771A FR2481004A1 (en) | 1980-04-18 | 1980-04-18 | Photo multiplier with grid anode - is formed by ladder network of coplanar spaced leaf collectors in parallel planes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR2481004A1 true FR2481004A1 (en) | 1981-10-23 |
| FR2481004B1 FR2481004B1 (en) | 1982-07-16 |
Family
ID=9241095
Family Applications (1)
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1980
- 1980-04-18 FR FR8008771A patent/FR2481004A1/en active Granted
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