FR2955426A1 - Tube photomultiplicateur multivoie a moindres ecarts de temps de transit - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un tube photomultiplicateur à plusieurs voies (10) présentant un taux de surface efficace de photocathode élevé tout en garantissant une faible dispersion des temps de transit. Pour ce faire, le tube (10) comprend une fenêtre de transparence comportant une face externe (21) et une face interne (22), la face interne (22) comprenant des concavités (23) dont la surface projetée sur un plan perpendiculaire (Pe) à la direction axiale (Z) du tube (10) égale sensiblement la surface de la face externe (21).

Description

1 TUBE PHOTOMULTIPLICATEUR MULTIVOIE A MOINDRES ECARTS DE TEMPS DE TRANSIT

DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention est relative au domaine des tubes photomultiplicateurs à plusieurs voies.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Un tube photomultiplicateur à plusieurs voies comporte classiquement une enveloppe étanche vide de gaz à l'intérieur de laquelle sont disposés une électrode sensible à la lumière appelée photocathode, une optique électronique de répartition, un multiplicateur d'électrons pour multiplier les électrons émis par la photocathode et une anode par voie qui collecte les électrons ainsi multipliés dans la voie en question.

Les tubes photomultiplicateurs à plusieurs voies sont utilisés notamment dans des applications qui demandent une résolution spatiale élevée, comme par exemple la tomographie à émission de positon. Cette technique d'imagerie médicale utilise la désintégration 5+ d'un traceur radioactif préalablement injecté dans l'organisme à imager. Le positon émis se recombine après un très court parcours avec un électron pour générer un couple de photons y émis dans des directions opposées. Ces photons sont reçus par une matrice de photomultiplicateurs arrangés selon une disposition 2 annulaire. Le principe de fonctionnement repose sur la détection des coïncidences de réception des couples de photons par la matrice de photomultiplicateurs. On conçoit dès lors qu'une dispersion des temps de transit entre la photocathode et la première dynode du multiplicateur, en fonction du lieu d'émission du photoélectron par la photocathode, est de nature à réduire la résolution temporelle du tube, et à entraîner ainsi une distorsion de l'image.

Pour diminuer la dispersion des temps de transit entre la photocathode et la première dynode, il est connu d'utiliser une fenêtre de transparence dont la face interne comporte un nombre de concavités hémisphériques égal au nombre de voies du tube. La demande de brevet WO2007/003723 décrit un tube photomultiplicateur multivoie équipé d'une telle fenêtre de transparence. Chaque concavité, tournée vers l'intérieur du tube, a une surface de révolution autour d'un axe central parallèle à la direction axiale du tube. Une couche photoémissive est déposée sur les zones concaves de la face interne, formant ainsi une pluralité de zones de photocathode. En conséquence, les distances entre un point focal de concentration des électrons situé sur l'axe central, et chaque point de la zone concave de la photocathode correspondant à cette voie sont sensiblement égales entre elles. Pour chaque voie, la dispersion des temps de transit des photoélectrons est alors diminuée puisque ne dépendant plus du lieu d'émission du photoélectron. 3 Etant donné que la photocathode est destinée à recevoir depuis l'extérieur du tube un éclairement et à émettre vers l'intérieur du tube un flux d'électrons, il est essentiel que la surface de la photocathode, projetée sur un plan Pe parallèle à la face externe, soit sensiblement équivalente à la surface de la face externe de la fenêtre de transparence, de manière à ce que tout photon incident traversant la fenêtre de transparence soit capté par la photocathode.

Dans le but de caractériser en surface la fenêtre de transparence et la photocathode, on appelle ici surface efficace de la photocathode la surface de la photocathode projetée sur le plan Pe. Par exemple, dans le cas du tube selon l'art antérieur, la surface efficace est la somme de chacune des surfaces des zones de photocathode projetées sur le plan Pe. On définit également un taux de surface efficace comme étant le rapport de la surface efficace de la photocathode sur la surface de la face externe de la fenêtre de transparence. On considère ici la face externe comme plane et le plan Pe parallèle à la face externe. Si celle-ci présente une concavité, le plan Pe est alors défini comme un plan perpendiculaire à la direction axiale du tube. La surface de la face externe considérée pour la définition du taux de surface efficace correspond alors à la surface projetée sur le plan Pe. A partir de ces définitions, on voit que le tube multivoie selon l'art antérieur présente l'inconvénient majeur d'avoir un taux de surface efficace relativement faible. En effet, la face interne de la fenêtre de 4 transparence présente une répartition régulière de concavités hémisphériques formant zones de photocathode séparées par des parties planes où les concavités ne sont pas présentes. Ces parties planes sont des zones mortes du fait qu'elles ne sont pas recouvertes de couche photoémissive. La fenêtre de transparence présente une face externe de forme carrée dans le plan Pe, le taux de surface efficace de la photocathode est dans ce cas n/4, soit 78%. Ainsi, la probabilité pour qu'un photon incident traverse la fenêtre de transparence et atteigne une zone de photocathode n'est de l'ordre que de 78%. Il existe donc un nombre important de photons traversant la fenêtre de transparence et qui n'atteignent pas une zone photosensible. Dans l'hypothèse où les parties planes de la face interne du tube selon l'art antérieur seraient recouvertes d'une couche photoémissive, la photocathode comprendrait alors des zones concaves et des zones planes, ce qui, en fonction du lieu d'émission des photoélectrons, entraînerait de forts écarts de temps de transit et réduirait alors sensiblement la résolution temporelle du tube.

EXPOSÉ DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités et notamment de proposer un tube photomultiplicateur à plusieurs voies présentant un taux de surface efficace de photocathode élevé tout en garantissant une faible dispersion des temps de transit. Pour cela, l'invention a pour objet un tube photomultiplicateur à plusieurs voies comportant une 5 enveloppe étanche, l'enveloppe étanche comportant, une paroi formant fenêtre de transparence à des photons, et d'autres parois, - la fenêtre de transparence comportant une face externe plane et une face interne, la fenêtre de transparence comportant un nombre de concavités égal au nombre de voies du tube, ces concavités se présentant sous forme de parties creusées à partir de la face interne de la fenêtre de transparence, une direction axiale du tube étant une direction perpendiculaire à la face externe plane, le tube comprenant en outre : une photocathode sous forme d'une couche photoémettrice disposée sur la face interne de la fenêtre de transparence de façon à recevoir des photons ayant traversé la fenêtre de transparence, - un multiplicateur d'électrons, comportant dans le sens de parcours des électrons, un premier étage comportant des premières dynodes, un deuxième étage de deuxièmes dynodes et un empilement d'étages multiplicateurs suivants, et - une anode par voie. Lesdites concavités présentent selon l'invention une surface projetée sur un plan perpendiculaire à la direction axiale sensiblement égale à la surface de la face externe. La photocathode présente ainsi une 6 surface efficace qui égale sensiblement la surface de la face externe de la fenêtre de transparence. Le taux de surface efficace est alors proche de 100%. Un photon incident qui traverse la face externe sera nécessairement capté par une zone de photocathode. Il n'y aura plus de photons perdus, du fait du taux de surface efficace élevé. De préférence, la couche photoémettrice de la photocathode est disposée sur l'ensemble des concavités. Avantageusement, la fenêtre de transparence étant sensiblement rectangulaire dans le plan perpendiculaire, chaque concavité comporte une partie centrale sensiblement de forme de calotte sphérique. On appelle calotte sphérique l'intersection entre une sphère et un demi-espace. Chaque concavité comporte également des bordures correspondant à l'intersection entre ladite calotte sphérique et un cylindre de section rectangulaire, l'axe longitudinal dudit cylindre coïncidant avec l'axe de révolution de la calotte sphérique. Ainsi, quelle que soit la position d'émission d'un photoélectron à partir de la photocathode, les écarts de temps de transit sont diminués. On améliore ainsi la résolution temporelle du tube. Avantageusement, la face interne de la fenêtre de transparence comporte au moins une zone de raccord qui relie deux concavités, celles-ci partageant l'une avec l'autre une bordure. La couche photoémettrice de la photocathode est alors disposée sur les parties centrales, les bordures et les zones de raccord des 7 concavités. Ainsi, la couche photoémissive de la photocathode recouvre les zones de raccord des concavités. Ces zones de raccord appartiennent donc effectivement à la surface efficace de la photocathode, ce qui améliore le taux de surface efficace. La probabilité, pour la photocathode, de capter les photons incidents traversant la face externe est donc proche de 100%. Avantageusement, le tube photomultiplicateur comprend une optique de focalisation et d'accélération comportant un ensemble de parois conductrices, à raison d'un ensemble par voie, lesdites parois étant perpendiculaires au plan et perpendiculaires les unes aux autres, des projections suivant la direction axiale de ces parois se situant sensiblement sur les bordures de la concavité correspondante, cet ensemble étant disposé immédiatement en aval suivant la direction axiale de la photocathode. Ainsi, l'optique focalisatrice accélératrice permet, par l'application d'un champ électrique important entre la photocathode et la première dynode, de diminuer le temps de transit, ce qui permet de diminuer également les écarts de temps de transit et améliore ainsi la résolution temporelle.

Avantageusement, le tube photomultiplicateur comprend une optique de répartition comportant des parois conductrices planes perpendiculaires au plan perpendiculaire, des projections suivant la direction axiale de ces parois se situant sensiblement sur les zones de raccord des concavités, cette optique étant 8 disposée immédiatement en aval suivant la direction axiale de la photocathode. De préférence, ledit ensemble de ladite optique de focalisation et d'accélération comporte deux parois conductrices disposées à proximité des parois de l'optique de répartition et deux parois conductrices disposées à proximité de la paroi de l'enveloppe étanche, les deux parois ainsi qu'une première paroi ayant sensiblement la même hauteur suivant la direction axiale, la deuxième paroi ayant une hauteur plus petite en direction de la photocathode que la hauteur précédente. Avantageusement, l'optique de focalisation et d'accélération comprend une paroi accélératrice, à raison d'une paroi par voie, sensiblement parallèle au plan disposée immédiatement en aval suivant la direction axiale de l'ensemble de parois conductrices, ladite plaque comprenant une ouverture de passage des photoélectrons suivant la direction axiale et une grille disposée au niveau de ladite ouverture. De préférence, les premières dynodes dudit premier étage présentent une surface concave orientée vers la deuxième paroi conductrice de l'optique de focalisation et d'accélération.

Avantageusement, les deuxièmes dynodes du deuxième étage présentent une surface concave orientée vers chaque première dynode respective, les deuxièmes dynodes étant situées sensiblement dans la même position suivant la direction axiale que les premières dynodes. 9 De préférence, les deuxièmes dynodes du deuxième étage comportent une grille disposée entre les première dynode et deuxième dynode correspondantes, ladite grille étant fixée à la deuxième dynode correspondante.

Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque étage multiplicateur de l'empilement est formé par une focalisatrice et une dynode, la focalisatrice et la dynode étant formées par des feuilles conductrices parallèles au plan de la face externe de la fenêtre de transparence. De préférence, un déflecteur est disposé entre chaque deuxième dynode et l'empilement, ledit déflecteur comprenant une première paroi conductrice perpendiculaire audit plan perpendiculaire disposée à proximité d'une extrémité aval de la deuxième dynode et parallèle à celle-ci, et une deuxième paroi conductrice disposée à proximité d'une extrémité aval de la première dynode, sensiblement parallèle à la première paroi, et de hauteur en direction de la photocathode plus faible que la première paroi. Selon un mode alternatif de réalisation de l'invention, chaque dynode de l'étage multiplicateur de l'empilement est disposée sensiblement de part et d'autre d'un plan perpendiculaire audit plan perpendiculaire, appelé plan de dynodes, et comprend une surface ré-émettrice concave, la concavité étant orientée vers ledit plan de dynodes. De préférence, le tube photomultiplicateur est équipé de moyens de raccordement traversant l'enveloppe étanche et comportant des contacts de raccordement extérieurs à l'enveloppe, eux même raccordés à des 10 liaisons électriques internes de raccordement, pour raccorder les différentes électrodes du tube à leur tension respective de fonctionnement. De préférence, le tube photomultiplicateur est équipé de quatre voies. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS On décrira à présent, à titre d'exemples non limitatifs, des modes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 est une vue en coupe selon un plan vertical illustrant de manière schématique un tube photomultiplicateur à plusieurs voies selon un premier mode de réalisation de l'invention ; La figure 2 est une vue en perspective d'une partie du tube représenté dans la figure 1 ; La figure 3 est une vue en perspective de la fenêtre de transparence selon l'invention ; La figure 4 est une vue en perspective d'une partie du tube selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ La figure 1 représente une coupe longitudinale d'un tube photomultiplicateur multivoie 10 à quatre voies selon un premier mode de réalisation de l'invention.

Cette coupe est selon la ligne AA de la figure 3. La 11 figure 4 représente une vue en perspective d'une partie d'un tube selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, en coupe selon la ligne AA. Les deux modes de réalisation de l'invention diffèrent l'un de l'autre par certains éléments du multiplicateur d'électrons. Les éléments en commun seront décrits en référence aux figures 1 à 3. La figure 1 montre en coupe longitudinale un tube photomultiplicateur 10 à quatre voies. Le nombre de voie est ici donné à titre d'exemple non limitatif ; comme il sera dit par la suite, le tube multivoie 10 peut présenter entre autres six, huit ou neuf voies. Le tube photomultiplicateur 10 comporte une enceinte étanche 11, formée par un ensemble de parois assemblées entre elles. Dans l'exemple représenté, une première paroi 12 a une forme de manchon cylindrique suivant l'axe longitudinal du tube. Le manchon cylindrique 12 est réalisé de préférence dans un matériau isolant, par exemple du verre. Le manchon 12 est obturé à une extrémité par une paroi 20 formant une fenêtre de transparence à des photons. Il est obturé à l'autre extrémité par une paroi de fond 13. Dans les modes de réalisation de l'invention représentés dans les figures annexées, le tube présente une forme, en coupe suivant un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal, sensiblement carré. Le tube peut toutefois présenter la forme plus générale rectangulaire, la forme carrée des modes de réalisation de l'invention étant un cas particulier.

Dans toute la description qui va suivre, par convention, on utilise un repère orthogonal direct en 12 coordonnées cartésiennes (X,Y,Z) présenté sur la figure 1. On note Z la direction longitudinale du tube 10 qui correspond sensiblement au sens de parcours des électrons dans le tube. Comme le montre la figure 2, les directions X et Y sont orientées de sorte que les plans (X,Z) et (Y,Z) sont sensiblement parallèles, respectivement, à deux parois adjacentes perpendiculaires entre elles appartenant à la première paroi 12.

Des broches de raccordement 30 des différentes électrodes situées à l'intérieur de l'enveloppe étanche 11 passent de façon étanche, et de façon en elle-même connue au travers de cette paroi de fond 13. Lorsque le tube 10 est en fonctionnement, ces broches 30 sont respectivement couplées à des sources de tension, appliquant des tensions de fonctionnement aux différentes électrodes du tube 10. La paroi 20 formant fenêtre de transparence du tube comporte une face externe plane 21 et une face interne 22. On note Pe le plan contenant la face externe 21, sensiblement parallèle au plan (X,Y). La face interne 22 présente autant de concavités 23 que de voies, c'est-à-dire quatre dans les modes de réalisation représentés dans les figures. Chacune des concavités 23 est tournée vers l'intérieur du tube 10, le centre du rayon de courbure étant situé sur un axe perpendiculaire au plan Pe de la face externe, parallèle à l'axe Z. Par convention, on définit la courbure d'une telle concavité 23 comme étant de signe positif. 13 En référence aux figures 1 à 3, chaque concavité 23 comporte une partie centrale 23C et des bordures 23B. La partie centrale 23C a une forme de calotte sphérique et les bordures 23B correspondent à l'intersection de la calotte sphérique 23C avec un cylindre de section rectangulaire, de préférence carrée, dont l'axe longitudinal coïncide avec l'axe de révolution de la calotte sphérique. Ainsi, les bordures 23B, en projection sur le plan Pe de la face externe 21, sont rectilignes, parallèles au plan (X,Z) ou (Y,Z), et chacune est perpendiculaire aux bordures adjacentes 23B. En d'autres termes, chaque concavité 23 présente sensiblement une forme de calotte sphérique à base rectangulaire, de préférence carrée, et présente, en projection sur le plan Pe, une surface rectangulaire, de préférence carrée. Les bordures 23B communes à deux concavités 23 voisines suivant les directions X ou Y correspondent à une zone 23R dont la courbure est orientée en direction de la face externe suivant l'axe Z, donc négative. Aussi, chaque concavité 23 est séparée de la concavité 23 voisine avec qui elle partage une bordure 23B par une zone de raccord 23R de courbure négative. Cette zone de raccord 23R à une largeur négligeable par rapport à la largeur de la face interne 22, et représente de l'ordre de 0,25 à 2% de cette dernière. Selon l'invention, la somme des surfaces de chaque concavité 23 projetées sur le plan Pe égale sensiblement la surface projetée sur le même plan de la face externe 21. 14 Dans l'exemple représenté dans la figure 1, quatre concavités 23 sont représentées. Les tubes 10 selon l'invention peuvent comporter des arrangements de voies en lignes et colonnes différents, par exemple à neuf concavités 23 disposées selon trois lignes et trois colonnes, voire à six voies selon deux lignes et trois colonnes, ou deux lignes et quatre colonnes conduisant à un tube 10 à huit voies, ces exemples n'étant cités qu'à titre illustratif.

Une photocathode 24 est disposée sur la face interne 22 de la paroi 20 formant la fenêtre de transparence de façon à recevoir des photons ayant traversé la fenêtre de transparence 20. De façon en elle-même connue, la photocathode 24 est constituée par une couche 24 d'un matériau photoémetteur, par exemple une couche d'un matériau multialcalin ou de l'argentoxygène-césium, ou du césium-antimoine. Le matériau est choisi en fonction de ses caractéristiques spectrales de photoémission et des longueurs d'onde des photons auxquels le tube photomultiplicateur 10 va être appliqué. De préférence, la couche photoémissive 24 est déposée sur l'ensemble de la surface de la face interne 22, c'est-à-dire sur l'ensemble des parties centrales 23C et des zones de raccord 23R des concavités 23. Ainsi, la photocathode 24 présente une surface sensiblement égale, en projection sur le plan Pe, à la surface de la face externe 21.30 15 Dans le premier mode de réalisation de l'invention, le tube 10 comporte, de la photocathode 24 vers la paroi de fond 13 et de façon en elle-même connue, une optique de répartition 40, une optique de focalisation et d'accélération 50, un étage 60 de premières dynodes 61, un étage 70 de secondes dynodes 71, un ensemble 80 multiplicateur d'électrons et une anode 90 de collection de signal. Le tube 10 comporte une optique de répartition, ou déflecteur 40 formé d'autant de parois conductrices que de voies. Le déflecteur 40 est dans l'exemple représenté notamment figure 2 formé de quatre parois conductrices 41 perpendiculaires entre elles deux à deux de manière à former une croix positionnée au centre du tube. Les parois 41 sont perpendiculaires au plan (X,Y) et de préférence électriquement reliées entre elles. Le déflecteur 40 est disposé immédiatement en aval de la photocathode 24. Les parois de répartition 41 sont positionnées sensiblement dans un même plan (X,Y) et (X,Z) que les zones de raccord 23R des concavités 23 de la face interne 22 de la fenêtre de transparence 20. Ces parois 41 ont une première extrémité 42 proche de la photocathode 24 et une extrémité 43 éloignée.

L'extrémité 42 proche de la photocathode 24 est suffisamment proche de la face interne 22 de la fenêtre de transparence 20 pour délimiter les zones de photocathode 24 attribuées à chaque voie. De préférence, la première extrémité 42 des parois 41 présente une courbure positive dont la valeur est sensiblement identique à celle des zones de raccord 23R 16 respectives. Ce déflecteur 40 est porté au potentiel de la photocathode et constitue ainsi un déflecteur permettant la séparation des voies. De la sorte, le déflecteur 40 délimite un couloir électronique pour chaque voie. Ce couloir permet d'éviter la diaphotie, c'est-à-dire assure que les électrons provenant de l'une des concavités 23 de photocathode 24 ne seront pas déviés vers une voie adjacente correspondant à une concavité voisine.

Une optique focalisatrice accélératrice 50 peut être prévue comportant une électrode focalisatrice accélératrice 51, à raison d'une par voie, et une paroi accélératrice 52, à raison d'une par voie, parallèle au plan Pe de la face externe 21 de la fenêtre de transparence 20. Dans l'exemple représenté figure 2, chaque électrode focalisatrice accélératrice 51 est formée de quatre parois conductrices 52, par exemple métalliques, chacune perpendiculaire aux deux parois 52 adjacentes de la même électrode 51, de manière à former sensiblement un rectangle, de préférence un carré. Les parois 52 de l'électrode focalisatrice accélératrice 51 sont perpendiculaires au plan (X,Y) et de préférence reliées électriquement entre elles. Les quatre parois 52 de chaque électrode 51 sont placées sensiblement dans le même plan (X,Y) que le déflecteur 40. Deux parois 52D sont placées à proximité des parois 41 du déflecteur 40 et les deux autres parois 52M opposées sont disposées à proximité du manchon cylindrique 12. Les parois 52 des électrodes focalisatrices 17 accélératrices 51 sont sensiblement parallèles aux parois 41 de l'optique de répartition 40. Les deux parois 52M ainsi qu'une première paroi 52D ont sensiblement la même hauteur suivant -Z. La deuxième paroi 52D a une hauteur plus faible en direction de la photocathode 24 que les trois précédentes. Les parois 52 ont chacune une extrémité proche 53 de la photocathode 24 et une extrémité éloignée 54. Les extrémités éloignées 54 sont situées sensiblement dans un même plan (X,Y) alors que les extrémités proches 53 sont situées à une distance de la photocathode 24 qui dépend de la hauteur respective de chaque paroi 52. L'optique focalisatrice accélératrice 50 comporte également une paroi accélératrice 55 parallèle au plan Pe de la face externe 21 de la fenêtre de transparence 20, située à proximité de l'extrémité 54 des parois 52 suivant la direction longitudinale du tube. Cette paroi 55 comporte une ouverture 55A permettant le passage des électrons. Dans l'exemple présenté, l'ouverture de passage 55A comprend une grille 55G à larges mailles composée par exemple de un ou plusieurs fils fins. L'ouverture de passage 55A est plus proche des trois parois de même hauteur, c'est-à-dire des parois 52M et de la première paroi 52D, de l'électrode focalisatrice accélératrice 51 que de la deuxième paroi 52D de petite hauteur de la même électrode 51. Les quatre électrodes focalisatrices accélératrices 51 ainsi que la paroi accélératrice 55 sont portées à un potentiel supérieur à celui de la photocathode 24 et inférieur ou égal au potentiel de la première dynode 61, ce qui permet une forte accélération des 18 photoélectrons. On obtient ainsi un temps de transit plus faible ainsi que des écarts de temps de transit plus faibles entre photoélectrons provenant de différents points de la photocathode 24 ou ayant des vecteurs vitesse initiaux différents les uns des autres.

En aval de l'optique de focalisation et d'accélération 50, le tube 10 comporte un multiplicateur d'électrons. Le multiplicateur comporte un étage 60 de premières dynodes 61, un étage 70 de deuxièmes dynodes 71, et un empilement 80 d'étages suivants. La forme de chacune des premières dynodes 61 du multiplicateur d'électrons d'un tube multivoie 10 selon l'invention va maintenant être décrite. Chaque première dynode 61 est disposée derrière chaque grille accélératrice 55G, une première dynode pour chaque voie. Les premières dynodes 61 présentent une surface dite ré-émettrice constituée d'un matériau favorisant les phénomènes d'émission secondaire, laquelle surface est concave de manière cylindrique. En d'autres termes, elles sont du type linéaire focalisé. La concavité des premières dynodes 61 est orientée du côté de la photocathode 24. Plus précisément, les premières dynodes 61 sont orientées en direction de la deuxième paroi 52D des électrodes accélératrices 51. Elles sont destinées à être portées à un potentiel électrique dont la valeur est supérieure à celle de la photocathode 24.30 19 Le tube comprend également un étage 70 de deuxièmes dynodes 71 destinées à être portées à un potentiel dont la valeur est supérieure à celle du potentiel des premières dynodes 61, et disposées sensiblement dans la même position suivant la direction axiale Z que les premières dynodes 61, à raison d'une deuxième dynode 71 par voie. Les deuxièmes dynodes 71 présentent une surface ré-émettrice concave de type cylindrique orientée du côté de la surface ré-émettrice des premières dynodes 61. Chaque deuxième dynode 71 comporte une grille 72 disposée entre la surface de deuxième dynode et la première dynode 61, sensiblement parallèle au plan (Y,Z), et fixée à l'extrémité amont 71B de la deuxième dynode 71. La grille 72 est portée au potentiel de la deuxième dynode 71. En d'autres termes, chaque deuxième dynode 71 est de type Box and Grid.

Le multiplicateur d'électrons en aval de l'étage 70 de deuxièmes dynodes 71 ainsi que l'anode 90 diffèrent dans leur structure dans le premier mode et le deuxième mode de réalisation de l'invention. Dans le premier mode de réalisation de l'invention représenté dans la figure 2, le tube photomultiplicateur comporte en aval de l'étage 70 de deuxièmes dynodes un empilement 80 d'étages de dynodes à raison d'un empilement 80 par voie. Chaque empilement 80 est destiné à recevoir et amplifier le flux d'électrons provenant de l'étage de deuxièmes dynodes 71. La première dynode 81 de l'empilement 80 est destinée à être portée à un potentiel supérieur à celui 20 de la deuxième dynode 71 et présente une surface ré-émettrice concave disposée de manière sensiblement symétrique à la deuxième dynode 71 suivant le plan (X,Y). L'empilement 80 comporte en outre une pluralité de dynodes 82, de type linéaire focalisé, et disposées de part et d'autre d'un plan (Y, Z) . La première dynode 82 présente une concavité orientée vers la surface ré-émettrice de la première dynode 81 de l'empilement 80, et est portée à un potentiel supérieur à celui de la première dynode 81. Chacune des dynodes 82 est sensiblement disposée de part et d'autre d'un plan de dynodes parallèle au plan (Y,Z), de manière alternée, et présente une concavité orientée vers le plan de dynodes. Chaque dynode 82 est portée à un potentiel électrique supérieur à celui de la dynode précédente. L'empilement comporte de préférence un étage de réglage de gain. L'axe de l'empilement 80 est sensiblement parallèle à la direction Z du tube. En amont de la dernière dynode 83 de l'empilement, dont la surface ré-émettrice, plane, est orientée vers la dynode 82 précédente, est disposée une anode 90 de manière à collecter les électrons émis par la dernière dynode 83. Dans le deuxième mode de réalisation de l'invention représenté dans la figure 4, le tube photomultiplicateur comporte en aval de l'étage 70 de deuxièmes dynodes un empilement 80 d'étages multiplicateur à raison d'un empilement 80 par voie, dont la fonction est identique à celle décrite pour le premier mode de réalisation. Chaque étage multiplicateur de l'empilement 80 est formé par une 21 focalisatrice et une dynode. La focalisatrice et la dynode sont formées par des feuilles conductrices parallèles au plan Pe de la face externe 22 de la fenêtre de transparence 20. L'empilement 80 comporte de préférence un étage de réglage de gain 84. Dans le deuxième mode de réalisation, un déflecteur 85 est de préférence disposé, pour chaque voie, entre la deuxième dynode 71 et l'empilement 80 et destiné à être porté soit à un potentiel électrique sensiblement égal à celui de la deuxième dynode 71, soit à un potentiel compris entre celui de la deuxième dynode 71 et la première dynode 81 de l'empilement 80. Le déflecteur 85 comprend une première paroi conductrice 85A sensiblement parallèle au plan (Y,Z) et disposée à proximité de l'extrémité aval 71A de la deuxième dynode 71. Une deuxième paroi conductrice 85B, sensiblement parallèle à la première paroi 85A, est disposée à proximité de l'extrémité aval 61B de la première dynode 61, en aval de la grille 72 de la deuxième dynode 71.

La deuxième paroi 85B présente une hauteur suivant la direction axiale Z plus faible que la première paroi 85A. Plus précisément, la première paroi 85A s'étend en direction de la photocathode davantage que la deuxième paroi 85B. La présence du déflecteur 85 permet notamment de rendre sensiblement rectilignes suivant la direction axiale Z les lignes équipotentielles émises par la deuxième dynode 72, ce qui améliore le taux de collection de la deuxième dynode 71. Une anode 90 par voie est prévue de préférence 30 entre l'avant dernière dynode 82 et la dernière dynode 83 de l'empilement 80. Cet emplacement est avantageux 22 puisqu'il permet d'obtenir un champ électrique élevé entre la dernière dynode 83 et l'anode 90 et de réduire ainsi l'effet de la charge d'espace. Malgré les précautions prises pour avoir une symétrie aussi grande que possible entre les différentes voies, les tolérances de fabrications font que les voies ne sont pas aussi symétriques les unes par rapport aux autres qu'il serait souhaitable. De ce fait, il est avantageux de prévoir dans chacun des multiplicateurs une dynode de réglage de gain 84. Les dynodes de réglage de gain 84 sont des dynodes qui contrairement aux autres dynodes de même rang de chaque multiplicateur ne sont pas raccordées à des sources de tension de même valeur. Ces dynodes 84 disposent donc chacune d'une broche 30 de raccordement qui lui est propre et peut être raccordée à une source de tension qui est propre à chaque dynode de réglage de gain. Les dynodes 84 permettent de faire un équilibrage du gain global de chacun des multiplicateurs et une égalisation des temps de transit entre voies de multiplication.

Le fonctionnement est le suivant : De façon en elle -même connue, lorsqu'un électron est émis par la photocathode 24, cet électron est dirigé par l'optique de répartition 40 et accéléré par l'optique d'accélération 50 vers l'une ou l'autre des premières dynodes 61. Les électrons sont multipliés par la première dynode 61 du multiplicateur de la voie correspondante. Les électrons provenant de la première dynode 61 sont projetés sur la seconde dynode 71. Les électrons sont ensuite multipliés de dynode en dynode 23 par l'empilement 80 d'étage multiplicateur et le flux multiplié atteint l'anode 90. Les temps de parcours sont sensiblement équivalents, quel que soit le lieu d'émission du photoélectron par la photocathode 24. L'homogénéité des temps de parcours est due au fait qu'il y a un moindre écart de parcours entre les électrons provenant d'une zone de photocathode 23 et la première dynode 61 de chaque multiplicateur. Les grilles 55G et 72 permettent également de diminuer les écarts de temps de parcours, par l'application d'un champ électrique élevé. Le tube présentant une symétrie suivant les plans (X,Z) et (Y,Z), tout ce qui a été dit à propos de la première voie de multiplication s'applique mutatis 15 mutandis aux autres voies de multiplication.

Claims (16)

1. REVENDICATIONS1. Tube photomultiplicateur (10) à plusieurs voies comportant une enveloppe étanche, l'enveloppe étanche (11) comportant, une paroi formant fenêtre de transparence (20) à des photons, et d'autres parois (12, 13), - la fenêtre de transparence (20) comportant une face externe plane (21) et une face interne (22), la fenêtre de transparence (20) comportant un nombre de concavités (23) égal au nombre de voies du tube, ces concavités (23) se présentant sous forme de parties creusées à partir de la face interne (22) de la fenêtre de transparence (20), une direction axiale (Z) du tube étant une direction perpendiculaire à la face externe plane (21), le tube comprenant en outre : une photocathode (24) sous forme d'une couche photoémettrice disposée sur la face interne (22) de la fenêtre de transparence (20) de façon à recevoir des photons ayant traversé la fenêtre de transparence (20), - un multiplicateur d'électrons, comportant dans le sens de parcours des électrons, un premier étage (60) comportant des premières dynodes (61), un deuxième étage (70) de deuxièmes dynodes (71) et un empilement (80) d'étages multiplicateurs suivants - une anode (90) par voie, caractérisé en ce que lesdites concavités (23) présentent une surface projetée sur un plan perpendiculaire (Pe) à la 25 direction axiale (Z) sensiblement égale à la surface de la face externe (21).
2. 2. Tube photomultiplicateur (10) à plusieurs voies selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche photoémettrice de la photocathode (24) est disposée sur l'ensemble des concavités (23).
3. 3. Tube photomultiplicateur (10) à plusieurs voies selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, la fenêtre de transparence étant sensiblement rectangulaire dans le plan perpendiculaire (Pe), chaque concavité (23) comporte une partie centrale (23C) sensiblement de forme de calotte sphérique et des bordures (23B) correspondant à l'intersection entre ladite calotte sphérique et un cylindre de section rectangulaire, l'axe longitudinal dudit cylindre coïncidant avec l'axe de révolution de la calotte sphérique.
4. 4. Tube photomultiplicateur (10) à plusieurs voies selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une zone de raccord (23R) relie deux concavités (23) qui partagent l'une avec l'autre une bordure (23B), la couche photoémettrice de la photocathode (24) étant disposée sur les parties centrales (23C), les bordures (23B) et les zones de raccord (23R) des concavités.
5. 5. Tube photomultiplicateur (10) à plusieurs voies selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une optique de 26 focalisation et d'accélération (50) comportant un ensemble (51) de parois conductrices (52), à raison d'un ensemble (51) par voie, lesdites parois (52) étant perpendiculaires au plan (Pe) et perpendiculaires les unes aux autres, des projections suivant la direction axiale (Z) de ces parois se situant sensiblement sur les bordures (23B) de la concavité (23) correspondante, cet ensemble (51) étant disposé immédiatement en aval suivant la direction axiale (Z) de la photocathode (24).
6. 6. Tube photomultiplicateur (10) à plusieurs voies selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend une optique de répartition (40) comportant des parois conductrices (41) planes perpendiculaires au plan perpendiculaire (Pe), des projections suivant la direction axiale (Z) de ces parois se situant sensiblement sur les zones de raccord (23R) des concavités (23), cet ensemble (40) étant disposé immédiatement en aval suivant la direction axiale (Z) de la photocathode (24).
7. 7. Tube photomultiplicateur (10) à plusieurs voies selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit ensemble (51) de ladite optique de focalisation et d'accélération (50) comporte deux parois conductrices (52D) disposées à proximité des parois (41) de l'optique de répartition (40) et deux parois conductrices (52M) disposées à proximité de la paroi (12) de l'enveloppe étanche (11), les deux parois (52M) ainsi qu'une première paroi (52D) ayant sensiblement la 27 même hauteur suivant la direction axiale (Z), la deuxième paroi (52D) ayant une hauteur plus petite en direction de la photocathode (24) que la hauteur précédente.
8. 8. Tube photomultiplicateur (10) à plusieurs voies selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'optique de focalisation et d'accélération (50) comprend une paroi accélératrice (55), à raison d'une paroi par voie, sensiblement parallèle au plan (Pe) disposée immédiatement en aval suivant la direction axiale (Z) de l'ensemble (51) de parois conductrices (52), ladite plaque comprenant une ouverture (55A) de passage des photoélectrons suivant la direction axiale (Z) et une grille (55G) disposée au niveau de ladite ouverture.
9. 9. Tube photomultiplicateur (10) à plusieurs voies selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que lesdites premières dynodes (61) dudit premier étage (60) présentent une surface concave orientée vers la deuxième paroi conductrice (52D) de l'optique de focalisation et d'accélération (50).
10. 10. Tube photomultiplicateur (10) à plusieurs voies selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdites deuxièmes dynodes (71) du deuxième étage (70) présentent une surface concave orientée vers chaque première dynode respective (61), les deuxièmes dynodes étant situées sensiblement dans 28 la même position suivant la direction axiale (Z) que les premières dynodes.
11. 11. Tube photomultiplicateur (10) à plusieurs voies selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdites deuxièmes dynodes (71) du deuxième étage (70) comportent une grille (72) disposée entre les première dynode (61) et deuxième dynode (71) correspondantes, ladite grille (72) étant fixée à la deuxième dynode (71) correspondante.
12. 12. Tube photomultiplicateur (10) à plusieurs voies selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que chaque étage multiplicateur de l'empilement (80) est formé par une focalisatrice et une dynode, la focalisatrice et la dynode étant formées par des feuilles conductrices parallèles au plan (Pe) de la face externe (21) de la fenêtre de transparence (20).
13. 13. Tube photomultiplicateur (10) à plusieurs voies selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'un déflecteur (85) est disposé entre chaque deuxième dynode (71) et l'empilement (80), ledit déflecteur (85) comprenant une première paroi conductrice (85A) perpendiculaire au plan perpendiculaire (Pe), disposée à proximité d'une extrémité aval (71A) de la deuxième dynode (71) et parallèle à celle-ci, et une deuxième paroi conductrice (85B) disposée à proximité d'une extrémité aval (61B) de la première dynode (61), et sensiblement parallèle à la première paroi (85A), et de 29 hauteur en direction de la photocathode (24) plus faible que la première paroi (85A).
14. 14. Tube photomultiplicateur (10) à plusieurs voies selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que chaque dynode (82) de l'étage multiplicateur de l'empilement (80) est disposée sensiblement de part et d'autre d'un plan perpendiculaire au plan perpendiculaire (Pe), appelé plan de dynodes, et comprend une surface ré-émettrice concave, la concavité étant orientée vers ledit plan de dynodes.
15. 15. Tube photomultiplicateur à plusieurs voies selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est équipé de moyens de raccordement (30) traversant l'enveloppe étanche (11) et comportant des contacts de raccordement extérieurs à l'enveloppe, eux mêmes raccordés à des liaisons électriques internes de raccordement, pour raccorder les différentes électrodes du tube (10) à leur tension respective de fonctionnement.
16. 16. Tube photomultiplicateur à plusieurs voies selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est équipé de quatre voies.