LABORATOIRE DE PHYSIQUE CORPUSCULAIRE - mathieu trocmé

I. Principe de l’Étude 13
I.2.β - Amplification du signal :
Car aujourd’hui encore un signal électrique reste beaucoup plus simple à traiter qu’un
signal lumineux – la photonique se faisant encore très discrète – , la conversion de la lumière
issue de la détection des neutrons dans les scintillateurs en pulse électrique exploitable est
nécessaire. Pour ce faire, on a recours, et ce, depuis les années 20, à des photomutiplicateurs,
qui, couplés à des scintillateurs, se montrent très efficaces.
Un photomultiplicateur est composé d’une photocathode semi-conductrice, d’un
ensemble d’électrodes multiplicatrices d’électrons appelées dynodes et d’une anode
collectrice, le tout contenu dans une enceinte dans laquelle règne un vide poussé. Les photons
issus de la scintillation – après avoir été acheminés à la photocathode via le guide de lumière
– viennent frapper cette dernière, et, par effet photoélectrique, lui arracher un électron ( Cf
Annexe I, p.57 ). Le photoélectron engendré – qui n’est en fait qu’un simple électron et qui,
seul, bien sûr, ne peut se substituer à un signal – est alors focalisé et accéléré à l’aide de
champs électriques, puis tombe sur la première dynode portée à un potentiel positif. C’est
alors que commence le phénomène de multiplication… Ce même (photo)électron, en frappant
la première dynode, arrache par un processus appelé émission secondaire – pendant de l’effet
photoélectrique mais avec comme particule incidente des électrons – , une dizaine d’électrons
de beaucoup plus faible énergie. Ces derniers sont alors attirés vers la seconde dynode portée
à un potentiel plus élevé. Ce faisant, ils sont donc accélérés et gagnent une énergie suffisante
pour à leur tour venir arracher des électrons par le même mécanisme. En réitérant ce
phénomène d’avalanche et de cascade d’électrons sur plusieurs étages de dynodes, on arrive
ainsi à obtenir un signal électrique suffisamment intense sur l’anode collectrice.
Recueil du
signal électrique
Anode
collectrice
Ensemble des
dynodes
Première
dynode
Espace
d’Accélération
Espace de
Focalisation
Photon
incident
Photoélectron
Photocathode
Bien sûr, toutes les dynodes sont placées de manière à favoriser au mieux ce
processus, les électrons ne devant théoriquement pas se retrouver "perdus" dans le
photomultiplicateur. L’optimisation géométrique y est donc maximale. Typiquement, pour un
électron en sortie de la photocathode, on obtient, et ce en estimant que pour 1 électron
incident, 10 sont arrachés ( i.e. on gagne un facteur 10 après chaque dynode ) et que le