Réduction du temps de transit dans un photomultiplicateur

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Submitted on 1 Jan 1969

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Réduction du temps de transit dans un

photomultiplicateur

J.D. Berst, Y. Chatelus, E. Erickson

To cite this version:

299.

RÉDUCTION

DU

TEMPS

DE

TRANSIT DANS

UN

PHOTOMULTIPLICATEUR

J.

D.

_BERST,

Y. CHATELUS et E.

ERICKSON,

Institut de Recherches _{Nucléaires, 67-Strasbourg.}

Résumé. - En vue de la réduction du retard au déclenchement d’une chambre à étincelles,

une

_{répartition particulière}

des tensions sur un

_{photomultiplicateur}

a été _{étudiée ;} cela a

_permis

de réduire le

_temps

de transit des électrons dans le tube à 20 ns sans

_perte

de stabilité ni de

fidélité.

Abstract. - In order to reduce the

delay

to

_trigger

a

_spark

_chamber, a

_special

distribution

of the

_voltages

in a

_phototube

has been _{studied ;} the transit time has been reduced to 20 ns

without any loss of

stability

or

_reliability.

REV1:E DE _PHYSIQUE: APPLIQUÉE TOME 4, rcrx 1969,

Dans une

_expérience

de diffusion

_élastique

électron-proton

et

_{électron-deutéron,}

la localisation des

parti-cules à la sortie du

_{spectromètre}

_d’analyse

est effectuée à l’aide d’une chambre à étincelles à courant. Afin de diminuer la

_probabilité

de

_claquage

de la chambre

sur une trace laissée _par une

_particule

non sélectionnée

par la

logique électronique,

nous avons été amenés à

diminuer le retard entre _{le passage de} la

_particule

dans la chambre et

_{l’application}

de la haute tension

sur celle-ci. Nous étudions ici

_{plus spécialement}

la

diminution du

_temps

de transit dans le

photomulti-plicateur [1].

En

_augmentant

les tensions

_appliquées

à un

photo-multiplicateur,

bien au-delà des limites maximales

données par le constructeur, on

_peut

réduire le

_temps

de transit dans le tube. Nous avons effectué des essais

en ce sens sur des 56 AVP de la

_{Radiotechnique.}

Ce

tube,

alimenté sous

_2,3

kV selon les indications du

constructeur,

présente

un

_temps

de transit de 48 ns.

Pour des tensions d’alimentation

_supérieures

à 3

_kV,

il se

produit

des instabilités vraisemblablement dues

à des retours de lumière aux très

_{grands gains.}

Pour remédier à cet

_effet,

nous n’utilisons dans la suite

qu’un

nombre réduit

_d’étages

de

_{multiplication,}

les

dynodes

restantes étant

_{déconnectées,}

et nous avons

été amenés à étudier une nouvelle

_répartition

des

tensions sur le tube.

Afin d’étudier la

_répartition

du

_temps

de transit

entre les deux structures du

_{photomultiplicateur,}

à savoir

_l’espace

_{photocathode-dynode}

1 et la struc-ture de

_{multiplication,}

la

_dynode

1 est mise à la

masse, la

photocathode

est alimentée en tension

néga-tive

_{(VD1-K) et la}

_dynode

12 servant d’anode est alimentée en haute tension

positive

(V D1-D12).

Nous avons fait varier d’une

_part

VD1-D,2

en maintenant

constant

_{V D1-K,}

d’autre

_part

_{VD1-y, en}

maintenant

constant

_VDI-D12’

en notant _pour

_chaque

valeur de tension le

_temps

de transit et

_{l’amplitude}

de

l’impul-sion fournie _par le

_{photomultiplicateur;}

l’électrode de

focalisation a

_toujours

été

_ajustée

_{pour obtenir le} maximum de tension de sortie sur D12. Les résultats

de ces mesures sont donnés sur la

figure

1.

FiG. 1. -

Temps

de transit et courant de sortie dans

un

_{photomultiplicateur}

56 AVP fonctionnant avec

12

_dynodes

et une haute tension élevée.

La vitesse des électrons

_placés

dans un

champ

élec-trique

étant

_{proportionnelle}

à la racine carrée de la différence de

_potentiel

_appliquée,

nous avons

repré-senté le

_temps

de transit en fonction de l’inverse de la

racine carrée de la tension

_appliquée

de manière à obtenir des droites. En

_extrapolant

ces droites à

l’ori-gine, qui correspond

à une différence de

_potentiel

infinie,

nous obtenons le

_temps

de transit dans la

partie

du tube où la tension a été maintenue _constante,

300

soit,

dans notre cas : 10 ns dans la structure d’entrée pour

1,7

kV

appliqué

et 19 ns dans la structure de

multiplication

pour 2 kV

appliqués.

Pour ces

condi-tions de

_tension,

la somme de ces deux

_temps

donne le

_temps

de transit total dans le

_tube,

soit 29 ns.

En utilisant un nombre

d’étages

moins

élevé,

on

peut

encore _augmenter la tension entre

_dynodes

suc-cessives et ainsi réduire le _temps de transit dans la

structure de

_{multiplication.}

L’utilisation du schéma de branchement de la

_figure

2 a

_(9e

_dynode

utilisée comme

anode)

donne un

_temps

de transit de 20 _ns,

la réduction du

_gain

_{du tube n’étant que de l’ordre} de 10

_%

_par

_rapport

à son utilisation normale. Dans

FIG. 2. -

Photomultiplicateur

56 AVP survolté

₍₉

dy-nodes

_{utilisées) :}

schéma du

_pont

diviseur et test de

stabilité

_(amplitude

de

_{l’impulsion}

de sortie en fonction du

_temps).

ce _cas, il ne nous a _{pas été}

possible

de relever la

varia-tion du

_temps

de transit en fonction de la

_tension,

les erreurs de mesures étant _trop

_importantes

aux

tensions différentes du

_point

de fonctionnement

opti-mal retenu.

En utilisant la

_dynode

8 comme anode et en

_portant

la tension

_VD1-K

à 2 kV

_{(ce qui}

semble être une

limite pour le 56

AVP),

le

_temps

de transit est de 18 _ns, mais le

_gain

du tube est réduit d’un facteur 5.

Remarques.

- 1.

REPRODUCTIBILITÉ,

STABILITÉ.

-Afin de connaître la

_{reproductibilité}

des résultats obte-nus, nous avons

_appliqué

les mêmes tensions sur 4

pho-tomultiplicateurs

56 AVP. En

_prenant

les

_précautions

indiquées

plus

loin,

les 4 tubes ont fonctionné de

_façon

satisfaisante et stable.

_Après

150 heures de fonction-nement, le

gain

du tube n’a pas varié de

plus

de

0,8

% (fig. 2 b).

Des variations de cet ordre se sont

également produites

sur un autre tube alimenté

nor-malement,

et sont vraisemblablement dues à des varia-tions de condivaria-tions extérieures

_{(température, tension).}

2. BLINDAGE

_ÉLECTRIQUE.

- Pour _ne

pas

apporter

de distorsions dans la

_répartition

du

_{champ électrique}

dans

_l’optique

d’entrée du

_{photomultiplicateur,}

l’aqua-dag

entourant le tube _{ainsi que} les

_blindages

du scin-tillateur doivent être

_portés

au

_potentiel

de la

photo-cathode.

3. APPLICATION DE LA HAUTE TENSION. - Lors de la

_première

mise sous

_tension,

_{il y} a lieu

d’appliquer

très

_{progressivement}

les hautes tensions sur le

_tube;

les

_grilles

de focalisation et de déviation doivent être

réglées

pour le maximum de tension de sortie lors de

chaque augmentation

de haute tension. Ces

opéra-tions

_peuvent

se faire en 45 mn environ pour 5 kV.

Le

_non-respect

de cette

_procédure

amène des

accro-chages

et des

_claquages.

Les mises sous tension

ulté-rieures

_peuvent

être

_{plus rapides}

tout en restant

pro-gressives (5

à 10

_mn).

BIBLIOGRAPHIE