RESULTATS EXPERIMENTAUX ET INTERPRETATION:

Comme nous l'avons déjà,vu le choix du gaz de fonctionnement eu compteur était subordonné à trois conditions :

-assurer une collection des photo-électrons et une multipli-cation électronique convenables;

-ét^e transparent à la lumière utilisée;

-être chimiquement inactif è. l'égard du Csl.

Les deux gaz qui nous ont donné le plus de satisfactions sont le méthane et l'éthane. Les spectres d'amplitude des impulsions

obtenues sur le fil (photo-électron unique) avec ces deux gaz sont représentés figure 28.

Figure 26 .-spectres d ' amplitude

(photo-électrons uniques).

«|M») ~ \ du méthane et de l'éthane.

Toutefois, comme le montrent les courbes de sections efficaces repré-sentées figure 25, le méthane nous permet d'utiliser le Csl sur la Dlage de sensibilité la plus large, celle-ci allant de 1^5 r.m à 2C0 nm (seuil photo-électrique du Csl). Donc, tou-tes les mesures qui suivent ont été effectuées en utilisant du méthane pur dans le compteur.

D - L E S PHOTOCATHODES MASSIQUES:

Les photocathodes massiques que nous avons étudiées sont de deux types:

-les premières réalisées dans le laboratoire de monsieur Groos à l'Ecole Centrale sont constituées par un dépôt d'environ 2 um de Csl sur une plaque de cuivre;

-les autres, provenant du laboratoire de monsieur Michels au CERN, comportent une couche de quelques centaines de nano-metres déposée sur 300 nm d'aluminium. Le substrat utilisé

ici est du verre.

Nous avons déterminé l'efficacité quantique de ces photocathodes entre 150 nm et 200 nm.L'allure typique des valeurs mesurées est représentée par la figure 3o. Une grande partie des différences obtenues est explica"

ble par les modes de fabrication uti-. lisesuti-. L'allure de ces efficacités

t . en

guanti-çues de couches massiques. quantiques est à rapprocher de celle

ccnti

donnée par Carruther (42) pour une photocathode de C s l déposée sur une

Hydrototion portieUev ^

Sons hydrototion

2)-LES PHOTOCATHODES A FILMS MINCES:

Comme nous l'avons déjà vu(cf. partie A ) , il est aisé, à l'aide de dispositifs interfèrentiels, d'obtenir pour certaines fréquen-ces des absorptions lumineuses dans des couches minfréquen-ces comparables à celles obtenues dans des couches massiques. Nous avons donc effec-tué la mesure d'un très grand nombre de photocathodes interferen-tielles. Les résultats obtenus sont excessivement décevants. Et, les efficacités quantiques mesurées sont loin d'être comparables à cel-les des photocathodes massiques. Afin d'illustrer sommairement cel-les résultats, nous avons réprésenté figure 33 l'efficacité quantique obtenue avec des photocathodes interferentielles ainsi qu'avec une photocathode massique réalisée dans les mêmes conditions.

10% - ^ ' - > 100 nm Csl; 30nmMgF

Al 5 % ^ /

1%

0.5%

y 15 nmCsI

55nm

6nmCsI

65nm_

MgF

;Al

"s

N

\ A(nm) '. \ 0,1%! i

150 160

— i 1 1 1 i i i - i , \

170 180 190 200

Figure 33 : efficacités quantiques mesurées sur diverses photocathodes .

D'une façon plus précise il nous est possible c'évaluer d'après la réponse d'une photocathode massique une limita intérieure de l'efficacité quantique d'une photocathode à films minces. Une telle évaluation est réprésentée figure 34 en fonction des différentes épaisseurs de Csl et de MgF~ . Afin de comparer ret-s estimation aux résultats expérimentaux, nous avons tracé figur :.-> l'efficacité quantique mesurée pour des caractéristiques id<*- "iques.

3)-INTERPRETATION DES RESULTATS

Nous avons déjà vu que, en ce qui concerne les différences entre le fonctionnement de nos photocathedas et l'efficacité quan-tique du Csl mesurée dans le vide, :ious étions loin de pouvoir donner une interprétation certaine. Toutefois, en ce qui concerne les différences observées entre photocathodes massiques et films minceenous pouvons apporter une justification. Deux hypothèses chimiques peuvent être avancées. Tout d'abord nous avons supposé qu'il y avait eu une diffusion chimique entre les couches de Csl et de MgF^. Mais les électropositivi'.és respectives des constituants de ces deux composés ioniques ainsi que leur relative stabilité en atmosphère sèche, nous ont permis d'infirmer cette hypothèse.

Par contre,la possibilité d'une hydratation de la couche sensible de Csl à plus particulièrement retenu notre attention. En effet, bien que toutes les précautions aient été prises pour éviter aux photocathodes une quelconque humidité, il est possible qu'en raison de leur faible épaisseur et de leur longue durée de stockage avant mesure, celles-ci aient été détériorées. Afin de vérifier cette hypothèse nous avons procédé à des mesures complémentaires. Nous savons que le Csl est un excellent émetteur d'électrons secondaires il se prête donc tout particulièrement à une observation au micro-scope électronique à balayage (MEB). Nous avons dons effectué une étude des photocathodes avec le MEB du laboratoire de Monsieur Andréani à l'Ecole Centrale. Tout d'abord, afin de déterminer l'in-fluence d'une hydratation sur un dépôt de Csl, nous avons observé

différentes zones d'une photocathode sur laquelle nous avions créé un

"gradient" d'hydratation. Cette pho-tocathode était constituée par une couche relativement épaisse de Csl

(60 nm) déposée sur un substrat d'aluminium. Trois clichés photogra-phiques obtenus sont reproduits fi-gure 3 6 . Ils correspondent de haut en bas à une augmentation de 1'hydra' tation . Nous voyons que, comme

c'est le cas avec de nombreux corps hygroscopiques le Csl déposé sur la photocathode s'est cristallisé sous l'effet d'un apport d'eau. Cette .SÊÈ&ie

fSf-

<-}£^R.:

500Ô

F i g u r e 36 tmicrophotographies d'une photocathode le long

d'un gradient d'hydratation.

cristallisation, d'autant plus prononcée que l'hydratation a été im-portante, modifie considérablement les propriétés physiques de la couche sensible de la photocathode. En effet, nous avons simultané-ment une augsimultané-mentation de l'épaisseur de Csl traversé par la lumière et une diminution de la surface sensible réelle. Ces observations pourraient nous permettre de justifier le non-fonctionnemer.t des photocathodes interférentielles à films minces. En prenant un maxi-mun de précautions pour éviter une quelconque expos itio: T-i 3 l ' a i r

air am-biant, nous avons observé à l'aide du MEB des échantillons de photo-cathodes à films minces dont nous avions effectué la mesure de l'ef-ficacité quantique. Deux des clichés obtenus sont représentés figu-re 37 . Une mesufigu-re des dimensions des "grains" de Csl ainsi que leur

dénombrement nous ont permis de dé-crire le fonctionnement réel de ces photocathodes. Tout d'abord les

dimen-sions des cristaux de Csl (de l'ordre de 100 r.m) , empêchaient la formation d'interférences lumineuses, car ceux-ci absorbaient la lumière inceux-cidente comme l'aurait fait une couche massi-que. En outre,en raison de l'accumula-tion de Csl sous forme de petits cris-taux la surface réellement sensible de la photocathode se trouvait large-ment réduite. Des mesures quantitati-ves de ces deux points , nous ont per-mis (en considérant que chaque cris-IxlOOOOtal de Csl se comportait vis-à-vis de Fi£ujre37j microphotographies

de deux photocathodes de type la lumière comme une photocathode interférentiel .

massique) d'estimer l'efficacité quantique que nous aurions due obtenir avec les photocathodes à films minces observées. Cette esti-mation était basée sur les mesures de photocathodes massiques déjà effectuées. La figure 38 représente simultanément les courbes d'es-timation de l'efficacité quantique à l'aide des considérations ci-dessus et les courbes expérimentales pour deux types de photocatho-des étudiées. La corrélation obtenue est suffisamment importante pour permettre d'affirmer que la principale raison du non-fonction-nement des photocathodes à films minces est l'hydratation de leur dépôt de Csl. Cette hydratation qui a échappé à toutes nos

précau-t

2 +

15 r E0<%)

Efficacité quantique calculée pour ISnm CsI.SSnm Mgfj.Al

\ Efficacité quantique calculée u ^ / ^ p o u r 6nm Csl,65 nm MgF., Al

^ \ Efficacité quantique mesurée pour 15 nm Csl, 55nm MgF, , Al

\ ^ \ '» Efficacité quantique mesurée

\ ^ . pour 6nm CsJ,55nmMgF2 ,Al

Figure 38 : courbes à'efficacité quantique mesurées et calculées après les corrections dues à l'hydratation d„ d é p i t de Csl.

tions est explicable non seulement par 1'hygroscopie importante du Csl mais aussi par la très faible épaisseur du dépôt. Des mesures plus récentes sur des photocathodes du même type, nous ont permis d'obtenir des efficacités quantiques légèrement meilleures. Des ob-servations au MEB ainsi qu'une comparaison des diverses durées de

stockage, nous a permis d'expliquer ce résultat par une plus grande

"fraîcheur" et donc une plus faible hydratation du dépôt sensible.

VI)-CONCLUSION:

Les études effectuées jusqu'à présent ne nous permettent pas de conclure sur tous les points. Et, s'il nous est actuellement im-possible d'expliquer dans le cas des photocathodes massiques les différences entre les valeurs d'efficacités quantiques obtenues dans le vide (u2 ) et dans notre configuration, nous avons justifié les résultats obtenus avec les films minces. Il semble donc impossible d'utiliser dans des compteurs à multiplication électronique cans un gaz des photocathodes au Csl de type interférentiel. En effet, l'emploi d'une couche de très faible épaisseur de Csl avec un gaz conduirait, qu'elles que soient les précautions prises, à une dété-rioration progressive du dépôt photosensible.

PARTIE C

INFLUENCE D'UN GAZ SUR LE SEUIL PHOTO-ELECTRIQUE APPARENT D'UN METAL NOBLE.

".)-INTRODUCTION:

Comme nous venons de le voir dans la partie précédente, n.ou;

n'obtenons pas avec le Csl des efficacités quantiques sous pression gazeuse comparables à celles mesurées sous vide par d'autres auteurs D'une manière plus générale nous ignorons les influences physiques d'un gaz sur une substance photosensible quelconque. Il serait en particulier possible que la valeur du seuil phcto-électrique soit modifiée par la présence d'un gaz. En effet, des phénomènes physi-ques tels qu'une adsorption à la surface de la photocathode peuvent avoir pour conséquence une augmentation de la barrière de potentiel que doivent franchir les photc-électrons. Nous allons essayer de déterminer l'influence des phénomènes physiques,liés à là présence d'un gaz,sur le seuil phot -électrique d'une substance.

Le comportement d'une photocathode dans un gaz est relative-ment complexe; il met en jeu à la fois des phénomènes chimiques et des phénomènes physiques. Dans l'étude présente les corps uti-lisés ont été choisis de façon à rendre prédominant le rôle des phénomènes physiques. Dans tous les cas une quelconque réaction chimique est à proscrire car elle serait incompatible avec la stabilité de la réponse de la photocathode dans le temps.

Nous avons choisi ici d'utiliser de\ix métaux: l'cr et l'argent;

pour leur stabilité chimique mais aussi pour leur facilité d'uti-lisation et le nombre d'études dont ils ont été l'objet dans le domaine de l'effet photo-électrique. Le gaz avec lequel nous avcr.s fait fonctionner le compteur est le méthane (cf. partie 2 ) , ce gaz, dont la molécule n'est pas polaire, est d'une relative passivité chimique et représente le gaz typique utilisé dans ce type de compteur.

Il nous est impossible d'effectuer une étude analytique de chacun des phénomènes dont dépend l'effet photo-électrique dans nos conditions expérimentales. Par conséquent, nous limiterons notre étude à la détermination du seuil photo-électrique d'un métal plongé dans une atmosphère galeuse. Plus précisemr.ent, nous allons nous attacher à déterminer si la présence à pression am-biante d'un gaz modifie de façon notable le seuil phcto-éiectrique d'un métal. De très nombreux auteurs ont mesuré le seuil photo-électrique de l'or et de l'argent dans le vide, et c'est aux valeur qu'ils ont obtenues que nous comparerons nos résultats.(Le matériel expérimental dont nous disposions était d'une grande simplicité et ne nous permettait pas d'effectuer desmesures sous vide).

Dans la présente étude ,1e but visé était non pas de mesurer des seuils photo-électriques avec une grande précision, mais de mettre en évidence une éventuelle différence entre les

résul-tats obtenus avec nos conditions expérimentales et ceux obtenus dans le vide. C'est pour cela qu'ils ne peuvent permettre de met-tre en évidence que des perturbations de grande amplitude dues au gaz. En outre,les conclusions que nous pourrons tirer de cette étude n'auront pour sujet que la valeur du seuil photo-électrique.

Les mesures absolues de l'efficacité quantique au voisinage du seuil sont à la fois trop imprécises et trop difficiles à compa-rer indirectement à des phénomènes obtenus dans le vide, pour que nous ç-iissior.s en tirer des informations.