FR2566175A1 - Dispositif multiplicateur d'electrons, a localisation par le champ electrique - Google Patents

Abstract

LES DYNODES D, D DU PHOTOMULTIPLICATEUR COMPORTENT CHACUNE DEUX PLANS ESPACES D ET D, DONT LES LAMELLES ELEMENTAIRES ONT UNE SECTION DROITE EN FORME DE TRIANGLE ISOCELE, TOURNEES SYMETRIQUEMENT VERS LA FENETRE D'ENTREE DU TUBE PHOTOMULTIPLICATEUR. LES LAMELLES DE DEUX PLANS CONSECUTIFS SONT INTERCALEES EN CHICANE, ET AGENCEES DE SORTE QUE LES ELECTRONS PARTANT DU PREMIER PLAN TRAVERSENT LE SECOND SANS EN FRAPPER LES LAMELLES. LA DISTANCE Z ENTRE DEUX ETAGES DE DYNODES, QUI EST GRANDE PAR RAPPORT A LA DISTANCE Z ENTRE DEUX PLANS D'UNE MEME DYNODE, EST CHOISIE, EN FONCTION DU CHAMP ELECTRIQUE, DE SORTE QUE LES ELECTRONS SECONDAIRES PROVENANT DE L'ETAGE AMONT FRAPPENT SELON UNE DISTRIBUTION CONCENTREE UN NOMBRE LIMITE DE LAMELLES DE L'ETAGE AVAL.

Description

ANVAR 7

t Dispositif multiplicateur d'électrons, à localisation par

le champ électrique.

L'invention concerne les dispositifs multiplicateurs d'électrons, plus particulièrement les tubes photomultiplicateurs. Le Brevet français 78 36148, publié sous le N 2 445 018, décrit un tube multiplicateur d'électrons capable de "localisation". Dans un tel tube, le centre de la distribution des électrons secondaires sur l'anode de sortie correspond, dans une certaine mesure, à la position du point d'impact du rayonnement à amplifier sur la fenêtre d'entrée du tube. Le mot "rayonnement" est pris ici au sens large, puisqu'il peut s'agir aussi bien de photons que d'électrons ou d'autres particules chargées, capables de provoquer l'extraction d'électrons secondaires. Le multiplicateur d'électrons antérieurement décrit donne entière satisfaction, en particulier au plan de la résolution spatiale qu'il permet d'obtenir; mais il utilise pour cela la superposition d'un champ magnétique au champ électrique accélérateur que comporte naturellement le dispositif. Les moyens nécessaires à l'obtention de ce champ magnétique tendent à compliquer la structure du dispositif multiplicateur d'électrons, en même temps qu'à en augmenter le coût. De plus, par leur encombrement propre, ils tendent aussi à réduire la place disponible pour la multiplication d'électrons, ainsi que la largeur de la fenêtre d'entrée du dispositif et/ou

l'accès de celle-ci.

Ainsi qu'on le verra plus loin, la présente invention vient résoudre le problème consistant à réaliser un dispositif multiplicateur d'électrons, capable de localisation, qui fonctionne sans champ magnétique surajouté, tout en permettant d'atteindre des propriétés de localisation comparables ou presque à celles du dispositif à champs électrique et magnétique

antérieurement connu.

Le dispositif multiplicateur d'électrons comporte, dans un

tube à vide, une succession d'électrodes planes -

parallèles, qui définissent plusieurs étages de dynodes, capables d'émission électronique secondaire, entre une fenêtre d'entrée et une anode de sortie, et des moyens connectés à ces électrodes afin d'établir entre elles un champ accélérateur d'électrons dont la direction générale

est,perpendiculaire aux électrodes.

Par ailleurs, le dispositif multiplicateur d'électrons proposé comporte, à certains égards, une parenté structurelle avec le dispositif antérieur faisant usage d'un champ magnétique: dans les deux cas, chaque étage de dynode est défini en deux plans successifs, constitués chacun de lamelles parallèles interconnectées, et ces lamelles sont décalées d'un plan à l'autre de façon que ces deux plans définissent ensemble un obstacle en chicane pour les trajectoires électroniques qui leur sont perpendiculaires. Il importe de remarquer immédiatement que, malgré cette parenté structurelle, le fonctionnement n'est pas du tout le même dans les deux cas, car les trajectoires électroniques obtenues en utilisant conjointement un champ électrique et un champ magnétique sont totalement différentes de celles qu'on obtient avec un champ électrique seul. Dans ce dernier cas, la localisation est définie essentiellement par le parcours

latéral des électrons secondaires dû à la composante -

transversale de la vitesse initiale. La présente invention a permis de résoudre, à l'aide d'une structure géométrique appropriée de dynodes, le problème de trouver un compromis entre le gain et la résolution spatiale, qui font intervenir ce paramètre dans des sens opposés. Ceci

constitue donc un premier élément de l'invention.

A côté de cela, l'invention prévoit aussi que chaque étage de dynode est agencé de sorte que la majorité des électrons secondaires partant effectivement d'une lamelle de son premier plan ne frappe pas une lamelle de son second plan, tandis que la distance entre deux étages de dynodes consécutifs, grande par rapport à la distance entre les deux plans d'un même étage, est choisie, en fonction du champ électrique, de sorte que les électrons secondaires provenant de l'étage amont frappent selon une distribution concentrée un nombre restreint de lamelles de

l'étage aval.

L'expression partant "effectivement" d'une lamelle d'un plan de lamelles donné est utilisée ici pour tenir compte du fait qu'un électron secondaire peut être recapturé soit par la lamelle qui lui a donné naissance, soit par une

autre lamelle du même plan.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les lamelles, qui sont prismatiques ou cylindriques, ont une section droite qui fait saillie du côté de la fenêtre d'entrée, avec deux flancs capables d'émission secondaire et qui se présentent de façon sensiblement symétrique par rapport à la direction générale du champ électrique; la distance entre étages de dynodes est choisie de sorte que les électrons secondaires provenant de l'étage amont frappent de manière sensiblement équilibrée les flancs de lamelles de l'étage aval qui ont des inclinaisons symétriques, ce qui permet d'éviter une dérive

systématique de la localisation.

Dans un mode de réalisation particulier, que l'on préfère actuellement, la section droite des lamelles est sensiblement en forme de triangle isocèle, o les deux angles égaux valent entre 40 et 70 environ. Il peut s'agir bien entendu d'un triangle curviligne, ou dont les côtés sont déformés d'une autre manière, compte tenu des

tolérances d'usinage applicables à l'échelle des lamelles.

Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, les électrons secondaires provenant d'un flanc d'une lamelle d'un étage amont ne frappent en majorité que deux lamelles voisines du premier plan de l'étage aval suivant, et une lamelle du second plan de ce

même étage aval.

Avantageusement, la distance entre étages de dynodes consécutifs est choisie pour déséquilibrer légèrement la symétrie d'impact, sur l'étage aval, des électrons secondaires provenant ainsi de l'étage amont, afin d'éviter un décalage de la localisation spatiale dû à

l'inclinaison des flancs.

Bien que ces paramètres puissent dépendre de la réalisation particulière concernée, il est actuellement considéré que: - la distance entre étages de dynodes consécutifs doit être de l'ordre de huit à dix fois la largeur apparente des lamelles; - la distance entre les deux plans d'un même étage de dynode doit être de l'ordre du quart de la distance entre deux étages de dynodes consécutifs; - la largeur apparente (sensiblement la largeur hors tout) des lamelles doit être au plus égale à environ 0,5mm; - le champ électrique moyen à l'intérieur du tube électronique doit être au moins égal à environ 500 volts/centimètres; - l'énergie initiale des électrons secondaires effectivement émis est, de préférence, au moins égale à 5 électrons-volt environ, et peut aller jusqu'à queiques

dizaines d'électrons-volt.

Toutes les lamelles du tube peuvent être parallèles, mais on peut aussi améliorer les propriétés de localisation en les orientant dans des directions différentes le long des différents étages de dynodes, d'une manière régulière. Le plus simple est de rendre alors les lamelles d'un étage de

dynode perpendiculaires à celles de l'étage précédent.

L'invention permet également une bonne détection pour un photo-électron isolé (ou une particule chargée incidente isolée). A cet effet, il est prévu que la tension électrique régnant entre les deux plans d'un même étage de dynodes soit au plus égale à environ 50 volts, tout du

moins pour les premiers étages de dynodes.

Selon une autre caractéristique encore de l'invention, on prévoit des moyens pour ajuster l'alimentation des électrodes, afin d'optimiser la résolution spatiale du

dispositif multiplicateur d'électrons.

Suivant les applications, ce dernier peut comprendre une cathode ou une photocathode à proximité de la première

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dynode. Bien qu'une anode classique suffise en certains cas, il comprend en principe, comme anode, une anode divisée à connexions multiples, une surface électroluminescente, une anode résistive ou tout moyen équivalent permettant

d'utiliser la propriété de localisation.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

apparaîtront à l'examen de la description détaillée

ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un photomultiplicateur selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe horizontale du photomultiplicateur de la figure 1;

- la figure 3 est un schéma électrique illustrant l'in-

terconnexion des électrodes du même photomultiplicateur; - la figure 4 est un schéma partiel de deux étages de dynodes consécutifs du photomultiplicateur des figures 1 et 2; et - la figure 5 est un diagramme tendant à permettre une interprétation de la résolution spatiale dans la direction

X perpendiculaire à grande dimension des lamelles.

Dans la présente invention, la géométrie des principaux constituants du tube multiplicateur d'électrons est importante. En conséquence, les dessins sont à considérer

comme incorporés à la présente description, pour

contribuer, le cas échéant, à compléter celle-ci, ainsi

qu'à définir l'invention.

La description détaillée ci-après s'intéresse à un tube

photomultiplicateur. Dans un tel tube, le signal incident est délivré par des photons, dont on sait qu'ils peuvent exciter les dynodes d'un multiplicateur d'électrons, soit

directement, soit par l'intermédiaire d'une photocathode.

Mais la présente invention peut avoir des applications autres que photoniques, car, plus généralement, ce peuvent être les électrons euxmêmes, ou d'autres types de particules chargées, qui définissent le signal d'entrée

d'un tube multiplicateur d'électrons.

Sur les figures 1 et 2, le tube photomultiplicateur comporte une enceinte à vide TPM, qui loge ses constituants principaux. La figure 1 montre que cette enceinte possède en partie supérieure une fenêtre d'entrée plane FE. Juste derrière cette fenêtre est placée une photocathode de proximité notée PPC. Au-dessous de celle-ci (figure 1), se trouvent prévus dix étages de dynodes D à D. Ces derniers sont suivis, plus bas

1 IO'

encore, d'une anode divisée en "mosaïque". Cette anode comporte un grand nombre d'éléments tels que A1 et Ai, respectivement reliés à des connexions électriques de sortie individuelles EA1 et EAi. Dans leur ensemble, les éléments d'anode sont notés A Enfin, d'autres connexions électriques telles que E1 et Ej permettent de porter les électrodes internes duphotomultiplicateur

aux potentiels convenables pour son fonctionnement.

La figure 2 montre en plus la forme généralement circulaire de la structure porteuse SP qui soutient les dynodes; cette structure est munie de colonnes isolantes

telles que CP.

La figure 3 illustre le schéma électrique associé au photomultiplicateur, dont l'enceinte TPM est rappelée en trait tireté. On y voit mieux que chaque étage de dynode tel-que D1 comporte, selon l'invention, deux niveaux ou plans d'électrodes tels que Dll et D12, placés l'un après l'autre le long de l'axe F de champ électrique du 8-

tube, et perpendiculairement à cet axe.

La photocathode de proximité PPC est reliée à une tension - HT par la connexion électrique E1. A l'autre extrémité, la connexion électrique E2 est reliée à la masse. Un réseau diviseur de tension à résistances est monté entre la ligne E2 et la ligne E1 afin d'apporter à chacun des plans de dynodes une tension électrique appropriée. Par la haute tension d'alimentation, on définit la différence de potentiel, donc le champ électrique, entre les différents plans de dynodes. Les résistances sont ajustées de manière que ce champ

électrique soit rendu aussi uniforme que possible.

En pratique, en dehors des résistances d'extrémités RO et R3, on prévoit une résistance R entre le premier

3' 1

plan de chaque dynode (par exemple le plan D21 de la dynode D2), et le dernier plan de la dynode précédente (en l'espèce le plan D2 de la dynode D1). Une 12 ladnd 1)Un résistance R2, plus faible, est prévue entre les deux plans de chaque étage de dynodes (par exemple entre les plans D21 et D22 de la dynode D2). L'adjonction de capacités pourra éventuellement être requise en certains points de ce réseau résistif série, en particulier aux derniers étages. Les anodes A sont connectées à la n

masse par des résistances individuelles.

La figure 4 illustre à plus grande échelle deux étages de dynodes consécutifs, -qui sont supposés être les étages D et D2. Comme précédemment indiqué, l'étage Dlcomprend deux plans Dll et D12 d'éléments de dynodes. L'étage D2 comprend lui aussi deux plans D21 et D22

d'éléments de dynodes.

Individuellement, les élements de dynodes sont des lamelles prismatiques ou cylindriques, parallèles entre elles, et bien entendu coplanaires à l'intérieur d'un même plan de dynodes. Ces lamelles sont convenablement traitées pour posséder la propriété d'émission électronique secondaire, sur leurs faces orientées du côté de la fenêtre d'entrée FE, c'est-à-dire pour toute arrivée dans la direction P d'un photon ou d'une particule chargée telle qu'un électron. Cette direction P est parallèle ou faiblement inclinée sur la direction générale de l'axe F, selon lequel s'établit approximativement le champ

électrique à l'intérieur du tube.

Il est actuellement considéré comme préférable d'utiliser des éléments de dynodes dont la section droite est en forme de triangle isocèle. La base B, adjacente aux deux angles égaux du triangle isocèle, est perpendiculaire à la direction générale F. Elle est tournée vers l'aval. Les deux côtés égaux L et R du triangle isocèle sont rendus capables d'émission électronique secondaire, et l'on observe qu'ils font face symétriquement à la direction générale d'incidence P. Pour sa part, l'angle a est avantageusement compris entre 40 et 70 environ. Dans l'exemple illustré, les lamelles ont une section droite en

triangle rectangle isocèle.

La "largeur apparente" des lamelles peut être définie comme la largeur hors tout qu'elles présentent, perpendiculairement à la direction F. Cette largeur est ici égale à la base B du triangle rectangle isocèle, qui mesure environ 0,5mm dans cet exemple. Un espacement de 0,Smm est également prévu entre les sommets adjacents

(d'angle a) de deux lamelles d'un même plan de dynodes.

Enfin, les lamelles du second plan d'un étage de dynode, par exemple le plan D12 de l'étage D1, sont intercalées avec celles du plan précédent, ici Dll. De ce fait, l'ensemble des éléments de dynodes des deux plans d'un même étage de dynode apparaît comme un obstacle, ou une chicane, pour les trajectoires (électroniques) parallèles à la direction F. Par ailleurs, on note Z0 la distance entre deux plans de dynodes Dll et D12 d'un même étage, distance prise selon la direction F. On note Z1 la distance prise de la même manière entre deux étages de dynodes consécutifs, c'est-à-dire par exemple entre le premier plan Dll de l'étage D1 et le premier plan D21 de l'étage D2. De

préférence, Z1 est à peu près égal à quatre fois Z0.

Dans un mode de réalisation particulier, on prend Z0 1 mm, et Z1 = 4 mm, si bien que la distance entre deux étages de dynodes est de l'ordre de huit à dix fois la largeur apparente des lamelles formant les éléments de

dynodes individuels.

Sur la figure 4, on considère maintenant les trajectoires des électrons secondaires qui partent du flanc droit de la lamelle Dll0. N désigne la normale à ce flanc droit, au

point de départ de ses électrons.

Il convient de définir aussi les limites inférieures de l'énergie initiale des émissions secondaires, ainsi que de l'angle d'émission, compté dans le sens trigonométrique par rapport à la normale N. Cet angle d'émission est bien entendu limité aux électrons secondaires utiles, c'est-à-dire ceux qui ne sont pas recapturés par le même plan de lamelles. Il a été observé que l'énergie initiale doit être supérieure à environ 5 électrons-volt, et que l'angle d'émission initial doit être inférieur à 45 , c'est-à-dire que les électrons secondaires utiles sont compris dans un cône dont l'ouverture angulaire est de 45"

par rapport à la normale.

Il a été également observé que la largeur des lamelles doit alors être au plus égale à 0,5mm, pour un champ électrique de 500 volts/cm. A cette valeur du champ correspond une tension de 50 volts entre les deux plans

Dll et D12 de la dynode D1; puisque Z0 = 1 mm.

Au-delà de cette limite supérieure pour la valeur, une partie importante des électrons secondaires émis par la lamelle sera recapturée par la surface émissive d'origine, en raison du fort champ électrique qui règne. Ce qui précède tient compte d'une loi angulaire d'émission des électrons secondaires autour de la normale N qui s'établit

en cosinus 0.

Par ailleurs, un filtrage en énergie des électrons intervient, du fait de la présence de la lamelle adjacente Dl1. Il a été observé que l'énergie maximale des électrons secondaires partant effectivement de la lamelle D] 10 s'établit à quelques dizaines d'électrons-volt, en

l'espèce environ 15 électrons-volt.

Pour un angle d'émission donné, par exemple =0 , on obtient de la sorte des trajectoires Tlmin et Timax, correspondant respectivement à 5 électrons-volt et 15 électrons-volt. Ces trajectoires frappent pratiquement seulement les deux lamelles D211 et D212 qui font partie du premier plan D21 de l'étage de dynode suivant D2. La trajectoire possédant des énergies proches de ces valeurs extrêmes frappe les mêmes lamelles. Par contre, une partie des trajectoires d'énergie intermédiaire passent entre les lamelles D211 et D212, pour venir frapper, de manière sensiblement symétrique, les deux flancs de la lamelle D222, laquelle fait partie du second plan D22 de l'étage de dynode D2. On a représenté en Tmed la trajectoire intermédiaire

correspondant à une enerqie d'environ 10 électrons-volt.

Une observation attentive montre que l'une des trajectoires T passerait entre les lamellesD212 et ex 212 D222. En fait, il s'aqit d'une très petite fraction

(en termes de probabilité) des électrons secondaires émis.

Un électron secondaire qui se propagerait suivant cette trajectoire serait d'ailleurs capté par l'étage de dynode suivant. De plus, on peut estimer que les effets de bords produits sur le champ électrique par les pointes des lamelles D212 et D222 permettraient en fait la capture effective de l'électron secondaire au niveau de la dynode D2, à la suite de quoi il peut alors émettre à nouveau des électrons secondaires, comme l'auront fait les autres

trajectoires arrivant sur la dynode D2.

Alors que ce qui précède concerne le premier plan d'un étage de dynodes, il a été observé que le second plan

permet aussi une localisation (Figure 4.).

Les conditions de fonctionnement qui viennent d'être décrites ne font intervenir que la projection des trajectoires électroniques sur le plan XZ. Il a été observé cependant que l'on obtient ainsi un fonctionnement correct, en termes de localisation, non seulement dans la direction X, mais aussi dans la direction Y.

La description ci-dessus montre que:

- la distance Z1 entre deux étages de dynodes consécutifs, qui est grande par rapport à la distance Z0 entre les deux plans d'un même étage, peut être ajustée en fonction du champ électrique de sorte que les électrons secondaires provenant de l'étage amont D1 frappent selon une distribution concentrée un nombre restreint de lamelles de l'étage aval D2; - de plus, lorsqu'on utilise, comme c'est le cas ici, des lamelles dont la section droite est symétrique autour de l'axe F, il a été observé que la distance Z1 peut être choisie de sorte que les électrons secondaires provenant du premier plan de l'étage amont frappent de manière sensiblement équilibrée des flancs des lamelles de l'étage aval qui ont des inclinaisons symétriques. Et ceci s'étend aux électrons secondaires provenant du second plan de l'étage amont. Par ailleurs, il a été constaté que la distribution dans la direction Y parallèle à la grande dimension des lamelles est interprétée par une simple convolution des parcours latéraux des électrons secondaires au niveau de

chacun des étages aval.

Il est maintenant fait référence à la figure 5.

Celle-ci montre la distribution probabiliste binomiale caractérisée par p=q, o p et q sont les probabilités qu'un électron secondaire frappe le flanc droit et le flanc gauche, respectivement, de lamelles de l'étage suivant. Les chiffres mis à l'intérieur d'un cercle sont proportionnels à la probabilité de production des électrons secondaires à partir d'un seul électron partant du premier étage de dynode (n=l), les autres étages étant numérotés de manière croissante sur l'axe vertical orienté vers le bas jusqu'à l'anode. L'axe horizontal correspond à des distances exprimées en unité du parcours latéral moyen des électrons secondaires au niveau de l'étage

suivant. Ces distances sont notées X(p).

Dans la direction X, il apparaît donc qu'on obtient au niveau de l'anode une distribution très concentrée des électrons secondaires, cette distribution étant pratiquement centrée sur l'axe initial FO' Le décalage tient principalement à l'inclinaison du flanc de la lamelle qui a donné le premier électron secondaire. Mais on n'observe pas, par la suit e, une dérive globale du flux d'électrons secondaires par rapport à l'axe F0, dérive qui s'amplifierait d'un étage à]'autre (à condition que p=q). Il en résulte finalement un léger décalage latéral, puisque si le nombre cerclé 126 de gauche se trouve bien sur l'axe F0 à la figure 5, le nombre 126 cerclé de droite est légèrement décalé, ce qui correspond à un décalage de la distribution. Il a été observé que ce décalage peut être corrigé en faisant varier d'environ 10% les valeurs de p et de q. Ceci peut être obtenu en agissant sur la distance Zl, ainsi que le comprendra l'homme de l'art. Mais cette action joue de la même manière, quelle que soit l'inclinaison de la face ou flanc

de lamelle ayant produit l'électron initial.

Le parcours latéral moyen,P (E,Z) des électrons secondai-

res joue un rôle essentiel dans ce dispositif. I1 s'est avéré en effet que la géométrie de dynodes peut être définie à partir de ce paramètre; par exemple: - la largeur de lamelles X est choisie de façon quep (E,Z= /2) soit plus grand que;/2 (pour un gain élevé), mais que p(E,Z=Z1) soit le plus petit possible (pour une

bonne localisation).

- la distance Z1 est également choisie par un compromis entre la résolution, p (E,Z=Z1), et la largeur de la distribution des électronsqui est également proportionnelle à p, et qui doit être suffisamment grande par rapport à úpour éviter la dérive systématique en X. Un dispositif photomultiplicateur constitué comme décrit ci-dessus peut être logé dans un tube constitué comme suit: - hauteur environ 65 mm; - diamètre extérieur]34 mm - fenêtre d'entrée de diamètre 100 mm, munie d'une

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photocathode de proximité; - étages de dynode comme décrit plus haut, avec une différence de potentiel d'environ 50 volts entre deux plans d'un même étage de dynode, et une différence de potentiel d'environ 200 volts entre étages de dynodes; - anode divisée en 164 éléments d'environ 7 x 7mm2, séparés d'un intervalle d'environ 0,5mm; - on obtient ainsi un gain de 106à 107 pour dix

étages de dynodes.

A la base, la résolution obtenue est d'environ 12 mm dans la direction X transversale à la grande dimension des lamelles, et d'environ 10 mm dans la direction Y parallèle à la grande dimension des lamelles. On obtient en effet sensiblement la même résolution dans ces deux directions X et Y, bien que la structure d'un plan de lamelles donné ne

soit pas du tout isotrope.

Pour égaliser encore la résolution en X et en Y, on peut bien entendu croiser alternativement le sens des lamelles dans les étages de dynodes successifs. La résolution spatiale optimale peut être obtenue aisément en ajustant la haute tension, ce qui agit globalement sur le champ électrique, voire même par une action plus fine sur le champ électrique au niveau de chacun des étages et des

plans de dynodes.

Le photomultiplicateur ainsi obtenu présente une surface sensible très grande, pour une sensibilité qui peut devenir comparable à celle du dispositif antérieur. En effet, une résolution spatiale améliorée peut être encore obtenue en réduisant la dimension t des lamelles de dynodes, et en agissant de manière correspondante sur le champ électrique et les dimensions verticales (ou

longitudinales) du dispositif.

De telles caractéristiques de résolution sont suffisantes pour une grande partie des applications. Elles conviennent particulièrement bien pour des applications comme l'imagerie en rayons X ou en rayons Y. Par exemple, lorsqu'on effectue une imagerie en rayons Y à l'aide d'une caméra du type Anger, constituée par un cristal d'iodure de sodium dont l'épaisseur est de 10 mm, et, comme détecteur, un réseau de photomultiplicateurs 2 pouces (50 mm), couplé directement au cristal, la résolution spatiale obtenue après calcul de barycentre est au mieux de l'ordre de 4mm. Dans ces conditions, on observe que la.résolution- spatiale est dominée par la résolution du détecteur, environ 50 mm, ce qui est trop faible par rapport à la taille du spot des faisceaux de scintillation qui est d'environ deux fois l'épaisseur du

cristal, soit 20 mm.

A ce niveau, même une résolution limitée des détecteurs peut améliorer la résolution finale par un facteur important. En effet, avec une résolution de 10 mm du photodétecteur, on peut atteindre une résolution finale de

1,6 mm.

C'est précisément ce que peut faire le dispositif

photomultiplicateur décrit en détail plus haut.

Il convient enfin de noter par ailleurs les excellentes propriétés obtenues par le multiplicateur d'électrons selon l'invention, en termes de temps de réponse et de linéarité du gain, en plus de la résolution spatiale déjà mentionnée.

Claims (13)

Revendications.

1. Dispositif multiplicateur d'électrons, comportant, dans un tube à vide, une succession d'électrodes planes parallèles, qui définissent plusieurs étages de dynodes (D1-D10) capables d'émission électronique secondaire, entre une fenêtre d'entrée (FE) et une anode de sortie (An) et des moyens (E1,Ei, R0-R3) connectés à ces électrodes (D- 1-D10,An) afin d'établir entre elles un champ électrique accélérateur d'électrons, dont la direction générale est perpendiculaire aux électrodes, caractérisé en ce que chaque étage de dynode (D1-D10) est défini en deux plans successifs (Dll, D12,...) constitués chacun de lamelles parallèles interconnectées, et que ces lamelles (D110,D120...) sont décalées d'un plan à l'autre de façon que ces deux plans définissent ensemble un obstacle en chicane pour les trajectoires électroniques qui leur sont perpendiculaires, et en ce que, chaque étage de dynode (D1-D10) étant agencé de sorte que la majorité des électrons secondaires partant effectivement d'une lamelle (D110...) de son premier plan ne frappe pas une lamelle (D121,D122) de second plan,

la distance (Zl) entre deux étages de dynodes consécu-

tifs (D1-D2), grande par rapport à la distance (Z0) entre les deux plans (D1l-D12) d'un même étage, est choisie, en fonction du champ électrique, de sorte que les électrons secondaires provenant de l'étage amont (D1) frappent selon une distribution concentrée un nombre

restreint de lamelles de l'étage aval (D2).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lamelles, prismatiques ou cylindriques, ont une section droite qui fait saillie du côté de la fenêtre d'entrée, avec deux flancs (L,R) capables d'émission secondaire et sensiblement symétriques par rapport à la direction générale (F) du champ électrique, et en ce que la distance (Z1) entre étages de dynodes est choisie de sorte que les électrons secondaires provenant de l'étage amont (D1) frappent de manière sensiblement équilibrée des flancs des lamelles de l'étage aval qui ont des

inclinaisons symétriques (D211 R, D212L, D222R et L).

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section droite des lamelles est sensiblement en forme de triangle isocèle, o les deux angles égaux valent

entre 40 et 70 environ.

4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3,

caractérisé en ce que la distance (Z) entre étages de dynodes consécutifs est choisie pour déséquilibrer légèrement la symétrie d'impact, sur l'étage aval, des électrons secondaires provenant de l'étage amont, afin d'éviter un décalage de la localisation spatiale

dû à l'inclinaison des flancs.

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à- 4,

caractérisé en ce que la largeur apparente des lamelles

est au plus égale à environ 0,5 mm.

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5,

caractérisé en ce que le champ électrique moyen est au

moins égal à environ 500 V/cm.

7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé.en ce que l'énergie initiale des électrons secondaires effectivement émis est au moins égale à 5

électrons-volt, environ.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'énergie initiale des électrons secondaires effectivement émis est limitée à quelques dizaines d'électrons-volt.

9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce qu'au moins deux étages de dynodes consécutifs ont leurs lamelles orientées dans des

directions différentes, de préférence perpendiculaires.

10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce que la tension électrique régnant entre les deux plans d'un même étage de dynode est au plus égale à environ 50 volts, au moins pour les premiers étages, ce

qui permet une bonne détection d'un photo-électron isolé.

11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé par des moyens pour ajuster l'alimentation des

électrodes afin d'optimiser la résolution.

12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce qu'il comprend une cathode ou

photocathode (PPC) à proximité de la première dynode.

13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce qu'il comprend, comme anode (An), une anode divisée à connexions multiples, une surface

électro-luminescente, ou une anode résistive.