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Elektrische Entladungsvorrichtung mit Elektronenvervielfachung.
Zum Konzentrieren eines Kathodenstrahlenbündels wird öfters ein magnetisches Feld benutzt.
Im Gegensatz zu den magnetischen Feldern, die zur Ablenkung eines Kathodenstrahlenbündels dienen und die quer zu der Hauptrichtung des Bündels gerichtet sind, soll im folgenden das magnetische Feld, dessen Kraftlinien in der Hauptrichtung des Kathodenstrahlenbündels verlaufen, als Längsfeld bezeichnet werden.
Der die Kathodenstrahlen beeinflussende Teil des magnetischen Längsfeldes braucht nicht geradlinig zu verlaufen. Bei einer Entladungsvorrichtung, in der ein von Elektronen geformtes Bild auf eine Bildfläche projiziert wird und die Elektronenbahnen mittels eines magnetischen Längsfeldes gerichtet werden, kann die Achse der Sekundärbildfläche einen Winkel mit der Achse des Primärbildes einschliessen. Die Achse des magnetischen Feldes ist dabei entsprechend der gewünschten Biegung des Strahlenbündels gekrümmt. Dies stört die konzentrierende Wirkung des Längsfeldes nicht.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das gekrümmte magnetische Längsfeld neben der konzentrierenden und gegebenenfalls abbildenden Wirkung noch eine andere Wirkung auf das Strahlenbündel ausübt. Dieses wird nämlich in einer Richtung senkrecht zur Krümmungsfläche des magnetischen Feldes abgelenkt, u. zw. in der Richtung, zu der die Krümmung des magnetischen Feldes den linken Umlaufsinn hat, gleichviel ob die Elektronen im Gleichlauf oder im Gegenlauf mit dem magnetischen Felde sind.
Von dieser Erscheinung macht die Erfindung Gebrauch, indem sie dieselbe zur Elektronenvervielfachung benutzt. Erfindungsgemäss wird ein Kathodenstrahlenbündel (Primärbündel) mittels eines gekrümmten magnetischen Längsfeldes in gebogener Bahn auf eine sekundärelektronenemissionsfähige Auftrefffläche gebracht. Diese Fläche sendet zufolge des Auftreffens des Primärbündels in vergrössertem Masse Sekundärelektronen aus, die durch ein elektrisches Feld beschleunigt werden, so dass ein neues Kathodenstrahlenbündel (Sekundärbündel) erzeugt wird, das unter dem Einfluss desselben magnetischen Feldes in derselben Richtung gekrümmt ist wie das Primärbündel und ebenfalls senkrecht zur Krümmungsfläche des magnetischen Feldes abgelenkt wird.
Infolge derablenkenden Wirkung des gekrümmten magnetischen Längsfeldes weicht das Sekundärbündel dem Primärbündel aus und kann somit getrennt aufgefangen werden. Dazu wird eine Auffangfläche vorgesehen, die ausserhalb des Primärbündels liegt. Die neue Vorrichtung eignet sich sehr gut zur Verstärkung von photoelektrisch ausgelösten Strömen. In diesem Falle wird das Primärbündel von einer photoelektrischen Kathode ausgesandt. Wird auf diese Kathode ein optisches Bild geworfen, so lässt sich auf einer fluoreszierenden Auffangfläche ein sichtbares Bild erzeugen, das eine grössere Helligkeit oder eine andere Farbe als das ursprüngliche Bild hat und nicht mit diesem zusammenfällt.
Zweckmässig lässt man die Elektronen des Primärbündels nach ihrer Beschleunigung durch ein elektrisches Feld mit grosser Geschwindigkeit einen elektrisch feldfreien Raum durchlaufen, in dem sie der Wirkung des magnetischen Längsfeldes ausgesetzt sind. Vor der Auftrefffläche kann dann ein elektrisches Bremsfeld angeordnet werden, das gleichzeitig zur Beschleunigung der ausgelösten Sekundärelektronen dient.
Die Elektronenvervielfachung kann entsprechend der Erfindung auch weiter fortgesetzt werden.
Es können eine oder mehrere weitere Stufen vorhanden sein, derart, dass auch die zweite Auffangfläche sekundärelektronenemissionsfähig ist und zufolge des Auftreffens des Sekundärbündels zu der Quelle eines tertiären Bündels wird. Dieses kann von einem elektrischen Felde beschleunigt werden
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und entweder endgültig aufgefangen werden oder an seiner Auffangfläche wieder Sekundärelektronen auslösen usw.
Die Zeichnung veranschaulicht schematisch zwei Ausführungsbeispiele von Entladungsvorrichtungen nach der Erfindung. Fig. 1 stellt eine Vorrichtung mit einem Primärbündel und einem Sekundärbündel dar. Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen Teil dieser Vorrichtung. Fig. 3 zeigt beispielsweise ein Gerät, bei dem die Verstärkung in mehreren Stufen stattfindet, und Fig. 4 ist ein Querschnitt durch IV-IV in Fig. 3.
Das Gerät nach Fig. 1 besitzt ein hocheva1.'lÜertes Glasgefäss 8, das aus einem kugelförmigen Teil 7 mit Ansätzen 3 und 14 besteht. Im Ansatz 3, der von einem Quetschfuss 2 abgeschlossen ist, befindet sich die Kathode 5 in Form eines Metallschirmes, der mit einem leicht emittierenden Stoff bedeckt ist. Z. B. kann sich auf einer Silberoberfläche ein Gemisch von Silberteilchen, Cäsiumoxydteilchen und Cäsium befinden, von der eine dünne Cäsiumhaut adsorbiert ist. Ein Draht 1 dient für die Stromzufuhr zu der Kathode. Vor der Kathode liegt ein Metallring 6, dem über einen Draht 16 (Fig. 2) ein bestimmtes Potential aufgedrückt werden kann. Der Ring ist z. B. 5000 Volt positiv mit Bezug auf die Kathode.
In dem Ansatz 14 befindet sich eine Auftrefffläche 10, vor der ein Metallring 9 liegt. Durch Drähte 12 und 13, welche durch den Qnetschfuss 15 ausgeführt sind, wird den Teilen 9 und 10 ein bestimmtes Potential aufgedrückt. Z. B. ist das Potential des Ringes 9 gleich dem Potential des Ringes 6 und das Potential der Fläche 10 um 4500 Volt niedriger als dieses.
Der Ansatz 3 ist von einer Magnetspule 4, der Ansatz 14 von einer Magnetspule 11 umgeben.
Beide Spulen werden von konstantem Gleichstrom gespeist und sind so verbunden, dass die magnetischen Kraftlinien die Spule 4 von links nach rechts durchlaufen und dann, sich nach oben biegend, die Spule 11 von der Mitte des Glasgefässes nach dem Quetschfuss 15 hin durchlaufen.
Werden nun von der Kathode 5 Elektronen emittiert, z. B. zufolge einer Bestrahlung mit Licht, so werden diese in dem elektrischen Felde zwischen der Platte 5 und dem Ring 6 beschleunigt und gelangen mit einer bestimmten, von der Höhe des Spannungsunterschiedes zwischen dem Ring 6 und der Platte 5 abhängenden Geschwindigkeit in den kugelförmigen Raum y.
. Infolge der Kraftwirkung des gekrümmten magnetischen Feldes der Spulen 4 und 11 wird das Kathodenstrahlenbündel (das im folgenden Primärbündel genannt wird) abgelenkt, u. zw. so, dass die Elektronen durch den Ring 9 hindurchtreten. Sie werden in dem elektrischen Felde zwischen dem Ring 9 und der Platte 70 verzögert und treffen mit einer Geschwindigkeit, die dem Spannungsunterschiede zwischen den Platten 5 und 10 entspricht (beim obengenannten Zahlenbeispiel also 500 Volt), auf die Platte 10 auf.
Da die Kathodenstrahlen nicht nur eine Ablenkung in der Zeichenebene, sondern auch eine kleine Ablenkung senkrecht hiezu erhalten, u. zw. nach hinten, ist die Kathode 5 etwas vor der Symmetrieebene der Röhre, also zwischen der Zeichenebene und dem Beschauer angeordnet, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, während die Platte 10 zur Zeichenebene symmetrisch liegt.
Die Metallplatte 10 ist mit einem leicht Sekundärelektronen emittierenden Stoff bedeckt, so dass zufolge des Auftreffens der Elektronen des Primärbündels von ihr Elektronen ausgesandt werden, u. zw. mehr als in dem Primärbündel enthalten waren.
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in Betracht. Es können auch andere Stoffe Verwendung finden, wie z. B. Willemite, an dem Cäsium adsorbiert ist, oder eine Kohlenstoffoberfläche, an welche ein Metall wie Magnesium adsorbiert ist.
Die aus der Platte 10 ausgelösten Sekundärelektronen werden in dem elektrischen Felde zwischen dem Ring 9 und der Auftrefffläche 10 beschleunigt, so dass ein neues Kathodenstrahlenbündel, ein Sekundärbündel entsteht, das eine grössere Intensität als das Primärbündel hat. Das Sekundärbündel wird von dem durch die Spulen 4 und 11 erzeugten magnetischen Längsfeld in für den Beobachter der Fig. 1 rechtem Drehsinne abgelenkt, aber weil es ausserdem eine Ablenkung nach hinten erhält, fällt es nicht mit dem Primärbündel zusammen, sondern trifft auf die aus Fig. 2 ersichtliche, hinter der Kathode 5 liegende Auffangplatte 18, die durch den mit dem Ring 6 verbundenen Ring 19 abgeschirmt wird.
Durch den mit der Platte 18 verbundenen Draht 11 wird der Strom abgeleitet und der Platte 18 ein bestimmtes Potential aufgedrückt. Die Auffangplatte 18 kann das gleiche Potential wie die Ringe 6 und 19 haben, so dass die Elektronen mit einer Geschwindigkeit, welche einer Spannung von 4500 Volt entspricht, auf sie auftreffen.
Die Kathode 5 kann auch durch andere Mittel zum Emittieren gebracht werden, sie kann z. B. als Glühkathode ausgeführt sein. In diesem Falle kann die beschriebene Vorrichtung als Verstärkerröhre dienen. Ist sie mit einer photoelektrischen Kathode versehen, so kann sie als Lichttransformator wirken. Auf die Kathodenplatte 5 wird z. B. ein Lichtbild geworfen. Gegebenenfalls kann dies ein für das Auge nicht wahrnehmbares Bild sein, welches von ultravioletten oder infraroten Strahlen erzeugt wird. Auf der Platte 18 wird dann durch das Sekundärbündel ein Bild erzeugt, das dem optischen Bilde genau entspricht und durch Bedeckung dieser Platte mit einer fluoreszierenden Schicht sichtbar gemacht werden kann.
Auf diese Weise kann die Vorrichtung dazu geeignet gemacht werden, Gegenstände wahrzunehmen, die durch ein, das sichtbare Licht absorbierendes, jedoch die infraroten Strahlen
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mehr oder weniger durchlassende Medium, z. B. Nebel, dem menschlichen Auge verborgen sind. Auch kann eine photographische Schicht für das Wahrnehmbarmachen des Bildes in an sich bekannter Weise benutzt werden.
Die Vorrichtung nach Fig. 3 und 4 arbeitet ebenso wie die oben beschriebene, nur wird dabei j dieselbe Wirkung noch einige Male wiederholt und dadurch eine viel grössere Elektronenvervielfachung erhalten.
In einem hochevakuierten Glasgefäss 40 befinden sich zwei senkrecht zueinander stehende durchlochte Platten 26 und 38. Die erste ist mit vier, die zweite mit drei Öffnungen versehen, derart, dass die Öffnungen der Platte. 38 sich der Höhe nach zwischen den Öffnungen in der Platte 26 befinden.
) Die beiden Platten sind durch Metallbügel 25 und 39 miteinander verbunden. Der Raum zwischen den Platten ist daher elektrisch feldfrei ; Versuche der Anmelderin haben ergeben, dass eine Verzerrung des Bildes leichter zu vermeiden ist, wenn die Krümmung der Elektronenbahnen in einem Gebiet stattfindet, wo keine elektrischen Beschleunigungsfelder wirksam sind. Am oberen Ende des Ent- ladungsgefässes wird ein an dem Bügel 25 befestigtes Stützstäbchen 22 in der Abschmelzspitze 21 ge- halten und am unteren Ende ist der an dem Bügel 39 befestigte Draht 42 in dem Quetschfuss 41 einge- schmolzen.
Hinter den Öffnungen in der Platte 26 befinden sich die plattenförmigen Elektroden 37, 34,
31 und 28, von denen die erste als Kathode, die letzte als endgültiger Auffangschirm dient. Hinter den Öffnungen in der Platte 38 befinden sich die als Auftrefffläche dienenden, mit Sekundärelek- tronen emittierendem Material überzogenen Metallplatten 35, 32 und 29. Die Platten 37, 34, 31 und 28 besitzen Stromzuführungsdrähte 36, 33, 30 und 27, welche in der Glaswand 40 eingeschmolzen sind.
Auch die Platten 35, 32, und 29 besitzen einen solchen Stromzuführungsdraht, von denen der an der
Platte 29 befestigte Draht 43 in Fig. 4 sichtbar ist.
Ausserhalb der Röhre sind zwei Magnetspulen 24 und 23 angeordnet, die so verbunden sind, dass das magnetische Feld in der Röhre verläuft, wie in Fig. 4 durch Pfeile angegeben ist.
An die Platten 37, 35, 84,. 32, 31 und 29 werden Spannungen angelegt, die mit Bezug auf die
Platten 26 und 38 negativ sind, wobei aber die Spannungsunterschiede von der Platte 37 nach der
Platte 29 abnehmen. Die Platte 28 kann das gleiche Potential wie die Platten 26 und 38, gegebenen- falls aber auch ein niedriges Potential haben. Das von der Kathodenplatte 37 ausgehende Primär- bündel, das durch das magnetische Feld auf die Auftrefffläche 35 gerichtet wird, erzeugt dort Sekundär- elektronen, die in Form eines Sekundärbündels auf die Platte 34 geworfen werden.
Diese hat ebenso wie die Platte 35 einen leicht Elektronen emittierenden Überzug, so dass ein tertiäres Kathoden- strahlenbündel entsteht, das nicht mit dem Sekundärbündel zusammenfällt, sondern auf die sekundär- elektronenemissionsfähige Platte 32 auftrifft. Auch die Platten 31 und 29 sind sekundärelektronen- emissionsfähig. So entstehen immer stärkere Elektronenströme, bis endlich nach fünfmaliger Ver- stärkung das zwischen der Auftrefffläche 29 und der Platte 38 erzeugte Kathodenstrahlenbündel auf die Auffangfläche 28 auftrifft und gegebenenfalls hier ein sichtbares oder photographisches Bild erzeugt.
Es sind im Rahmen der Erfindung mancherlei Änderungen zulässig. So können, um ein Bei- spiel zu geben, die Spulen durch geeignet geformte, permanente Magnete ersetzt werden. Ferner können die Elektrodensysteme beliebig anders ausgebildet werden und weitere Schirme zur richtigen
Bildung des elektrischen Feldes oder zum Feldfreimaehen des Ablenkraumes benutzt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Entladungsvorrichtung mit einer eine Bildkathode enthaltenden Kathoden- strahlenröhre und magnetischer Konzentration der Elektronenbahnen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenachse mit der Achse einer seitlich mit Bezug auf die Kathode liegenden sekundär- emissionsfähigen Auffangelektrode einen Winkel einschliesst und die von der Kathode ausgesandten elektrisch beschleunigten Elektronen durch einen gebogenen Teil des in der Richtung der Kathoden- strahlen verlaufenden magnetischen Konzentrationsfeldes in entsprechend gebogenen Hinlaufbahnen geleitet werden, während neben der Kathode, in die Richtung senkrecht zur Krümmungsebene des magnetischen Feldes gegen die Kathode verschoben, eine weitere Auffangelektrode angeordnet ist,
auf die die von der ersten Auffangelektrode ausgesandten und durch ein elektrisches Feld beschleu- nigten Sekundärelektronen auftreffen, nachdem sie durch dasselbe magnetische Feld konzentriert und in gekrümmten Rücklaufbahnen geleitet sind, die zufolge der Krümmung des magnetischen Feldes gegenüber den Hinlaufbahnen etwas in die Richtung senkrecht zur Krümmungsebene des Feldes ver- schoben sind.