Générateur d'impulsions lumineuses dans le domaine de la millimicroseconde à haut taux de récurrence utilisation pour l'étude de la fatigue des photomultiplicateurs

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Générateur d’impulsions lumineuses dans le domaine de

la millimicroseconde à haut taux de récurrence

utilisation pour l’étude de la fatigue des

photomultiplicateurs

Pierre Cachon, Armand Sarazin

To cite this version:

173 A.

GÉNÉRATEUR D’IMPULSIONS LUMINEUSES

DANS LE DOMAINE DE LA MILLIMICROSECONDE A HAUT TAUX DE RÉCURRENCE

UTILISATION POUR L’ÉTUDE DE LA FATIGUE DES PHOTOMULTIPLICATEURS Par PIERRE CACHON et ARMAND

_SARAZIN,

Institut d’Études Nucléaires _d’Alger.

Résumé. 2014 On

a étudié la _réponse de _{photomultiplicateurs} soumis à des _impulsions lumineuses

d’amplitude constante, de _quelques nanosecondes de durée, dont le taux de _{répétition pouvait} atteindre 10 millions à la seconde.

Ces _impulsions sont _{produites par} excitation de la fluorescence d’un tube cathodique spécial

dont le wehnelt est _débloqué à la cadence voulue.

Les mesures de sensibilité _anodique faites en fonction du taux de _répétition nous ont _permis de dissocier les différentes _origines de sa variation : celle due à la modification de la répartition des potentiels interdynodes ; celle due à l’effet de charge d’espace aux derniers étages ; celle due à la

fatigue des _dynodes. Abstract. 2014 Describes

a generator of very short light pulses, the rate of which can reach 107 per second.

This _generator has been used for the measurement of _{photomultipliers momentary strain,the}

results of which are also given.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LÈ RADIUM PHYSIQUE APPLIQUÉE

, SUPPLÉMENT AU NÔ ~.~.

TOME _22, NOVEMBRE _1961, PAGE

Les détecteurs à scintillation sont souvent

uti-lisés pour des taux de

_comptage

très élevés. Il est intéressant d’étudier le

_comportement

du

photo-multiplicateur

soumis à des

_impulsions

lumineuses

très brèves dont la

_répétition

_peut

atteindre 107 à la seconde.

Le

_générateur

_{d’impulsions}

lumineuses utilise la fluorescence d’un écran de tube

_{cathodique spécial}

excité _par un faisceau

_{électronique}

_pulsé.

Nous

avons

déjà

décrit

[1]

et utilisé ce

dispositif

_pour la mesure des

_{caractéristiques}

locales des

photomul-tiplicateurs

[2].

Pour obtenir des

_impulsions

lumi-neuses à taux de récurrence

_élevé,

il fallait

_pouvoir

disposer

d’un tube dont le

_temps

de décroissance de la fluorescence de l’écran soit très faible. Nous

avons fait

_plusieurs

essais et

_adopté

le tube CL 72

_[3].

La fluorescence de son écran est

carac-térisé _par une émission

_spectrale

centrée sur

4 000

_À,

sa décroissance très

rapide

est de l’ordre de

_quelques

10-8 secondes. La faible

_capacité

inter-électrode cathode-wehnelt de ce tube à structure triode

_permet

d’autre

_part

une commande très

rapide

de son faisceau

_cathodique.

Ce tube est d’autre

_part

très intéressant _{pour réaliser} une source sous un volume

_réduit,

son écran d’un diamètre

utile de 20 mm

_permet

toutefois l’éclairement

uni-forme de la

_plupart

des

_{photo,cathodes}

de

photo-multiplicateur

sans

_{interposition}

de

_dispositif

optique.

Enfin l’absence de focalisation et de dé-flexion

_simplifie

considérablement

_{l’électronique}

d’alimentation

_qui

se _{compose essentiellement :}

d’une alimentation très haute tension de 20 kV stabilisée par une boucle de réaction assurant une constance de la tension de sortie

à -4- 1

% ;

d’une

alimentation de

_polarisation

_{pour wehnelt}

ajus-table de

façon

à

_bloquer

au _repos le courant

catho-dique ;

d’un

_{générateur d’impulsions}

_électriques

positives

très brèves de récurrence variable des-tinées à

_débloquer

le wehnelt.

Ce

_générateur

est du

_type

120 B

_[4].

Les

impul-sicns

_qu’il

fournit ont les

_{caractéristiques}

sui-vantes :

La

_polarité

obtenue est _{inversée par} un trans-formateur utilisant un tore en ferrite LTT 11 05.

L’impulsion

lumineuse obtenue dans ces

condi-tions sur l’écran du tube

_cathodique

(t observée à l’aide d’un

_{photo multiplicateur rapide}

_type

56 AVP

a les

_{caractéristiques}

suivantes :

Temps de montée : 2 ns

Durée à mi-hauteur : 8 ns

Nombre de _{photons par}

_{impulsion :}

environ 8 000

Afin de réduire le

_rapport

_cyclique

des

impul-sions lumineuses

_qui

_pour la

_répétition

maximum

atteindrait :

s.la-9 jlo7 = 0,08

et

_qui

_{correspondrait}

_{pour le tube}

_cathodique

et pour le

photomultiplicateur

à des courants moyens

élevés,

nous avons asservi le déclenchement du

générateur

d’impulsions électriques

par des

impul-sions

_{rectangulaires}

de durées

_réglables

_permettant

d’avoir des trains

_{d’impulsions}

lumineuses à

174 A

cadence

_ajustable

_pendant

des durées

prédéter-minées. On

_peut

ainsi réduire le

_rapport

_cyclique

à la valeur

_voulue,

ou travailler à

_rapport

_cyclique

. constant.

Nous avons utilisé ce

_générateur

_{pour étudier la}

modification de

_réponse

d’un

_{photomultiplicateur}

en fonction du taux de

_répétition

des

_impulsions.

La

_principal

cause de baisse du

gain

étant liée au courant

_permanent

du

_pont

diviseur d’alimentation des

_dynodes,

nous avons

_comparé

les résultats

obtenus avec les différents

_montages

_classiques.

FIG. 1.

Les courbes du

_graphique

suivant donnent la valeur relative de

_{l’amplitude}

crête des

_impulsions

anodiques

d’un

_{photomultiplicateur}

_type

56 AVP en fonction de la

_fréquence

de récurrence des

impulsions

lumineuses.

- La courbe A

correspond

à l’alimentation des

dynodes

par un diviseur

_{potentiométrique}

_parcouru

par un courant constant

_égal

à 3

_{milliampères.}

La courbe B

_correspond

à l’alimentation des 11 pre-mières

_dynodes

_par un diviseur

_identique

au

précé-dent,

les 3 dernières

_dynodes

étant alimentées _par

un diviseur à tubes

_régulateurs

à _{gaz dont le débit} est maintenu constant à 25

_{milliampères}

par une

deuxième source. La courbe C

_correspond

à

l’ali-mentation à basse

_impédance

des 4 dernières

dynodes

[5].

Ces

_dynodes

constituent les

_{charges cathodiques}

de 4 triodes de

_puissance

alimentées à courant constant _par une source

_auxiliaire,

les

_grilles

de ces

triodes sont à des

_potentiels

_{définis par le diviseur}

potentiométrique

classique

dont le début alimente les 10

_{premières dynodes.}

Ce

_montage

_présente

sur

le

_précédent

les

_avantages

suivants :

1. La

_répartition

des

_potentiels

_interdynodes

peut

être

_{pré-établie}

_par _construction du diviseur. 2. La variation éventuelle de la haute tension d’alimentation se

_répartit

sur la totalité des

dynodes.

3. Le débit

_équivalent

des

_quatre

derniers

_étages

peut

être très élevé

₍₁₀₀

mA dans nos

_mesures).

Les courbes

_{précédentes}

ont été relevées avec des trains

_{d’impulsions}

de durée

constante,

égale

à 1 ms, se

_répétant

toutes les 20 _ms, le

_rapport

cy-clique

d’illumination de la

_photocathode

est donc

toujours

variable en fonction de la récurrence des

impulsions

brèves. En maintenant constant ce

rappor t

cyclique,

les variations de

_gain

mesurées ne

sont

_{imputables qu’aux}

effets de

_{charge d’espace}

des derniers

_étages

et de l’altération du coefficient d’émission secondaire des

_dynodes.

Nous avons _pu dans ces conditions mettre en évidence des

varia-tions de

_gain

de 5 à 6

_%.

BIBLIOGRAPHIE

[1] CACHON _(P.) et SARAZIN _(A.), Un _générateur

d’impul-sions très brèves.

Applications

à l’étude des photo-multiplicateurs. Onde _{Electrique, 1958, 36,} n° _377-378,

617-621.

[2] CACHON

(P.),

Étude des _{caractéristiques} locales des photomultiplicateurs. Éditions de la Revue _d’Optique

Théorique et Instrumentale, Paris, 1960.

[3] Construit par Ferranti L. T. D. Gem Mill Chadderton,

Oldham, Lancs, Angleterre.

[4] E. H. Research Laboratories Inc., 163 Adeline Street,

Oakland 20, California, U. S. A.