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Vorrichtung zum Registrieren von Lichtintensitäten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Registrieren von Lichtintensitäten, vorzugsweise von extrem kleinen Intensitäten. wie einzelnen Lichtquanten, wobei die Vorrichtung ein evakuiertes Gefäss, deren eines Ende eine photoempfindliche Schicht aufweist, und im Inneren des Gefässes Elektroden zum Beschleunigen von Sekundärelektronen umfasst. Bei der Registrierung sehr kleiner Lichtintensitäten treten grosse Schwierigkeiten auf. So kann man die von Quanten verursachten elektrischen Impulse von einzelnen Lichtquanten nicht eindeutig vom Untergrund trennen. Ausserdem sind die Photokathoden von Elektronenvervielfachern sehr gross, was einen starken Untergrund bedingt.
Es ist bereits ein Bildverstärker bekannt, bei dem auf eine Photokathode ein erstes Bild geformt wird.
Dabei werden von der Kathode Elektronen abgegeben, die durch Elektroden beschleunigt werden und auf einen Schirm auftreffen, wo ein zweites Bild entsteht, dieses Bild wird dann über Spiegel wieder auf die Photokathode zurückgebracht.
Mit Hilfe der Erfindung soll unter anderem auch die Lichtemission beim Kernzerfall beobachtet werden. Bei Verwendung der erfindungsgemässen Einrichtung als Detektor eines Lichtspektrographen ist es möglich, gerade noch wahrnehmbare Lichtintensitäten zu spektrieren, da die Lichtquanten einzeln gezählt werden (Astrophysik).
Gemäss der Erfindung wird nun vorgeschlagen, dass die photoempfindliche Schicht höchstens 10 mm vorzugsweise kleiner als 1mm2, ist.
Zum besseren Verständnis wird die Erfindung an Hand einer Ausführungsform beispielsweise beschrie- ben. Fig. l zeigt die Detektoreinrichtung, Fig. 2 ein Detail der Fig. 1 in vergrössertem Massstab.
Die Detektoreinrichtung umfasst ein evakuiertes Gefäss 1, beispielsweise ein verschlossenes Glasrohr. An einem Ende dieses Gefässes 1 ist eine photoempfindliche Schicht 2 aufgebracht, während am andern Ende ein Szintillator 3 angeordnet ist. Im Inneren des Gefässes 1 sind eine Reihe von Elektroden 4 vorgesehen, die über einen Spannungsteiler 5 mit einer Spannungsquelle 6 verbunden sind. Bei Versuchen wurde die Beschleunigungsspannung von 10 k V gewählt.
Ausserhalb des Gefässes 1 sind in der Fig. 1 zwei Linsen 7 und 8 gezeigt, die die Lichtquanten auf die photoempfindliche Schicht 2 fokusieren. Die Bahnen der Lichtquanten sind mit 9 und 10 be-
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Dadurch wird der Untergrund bei der Registrierung stark herabgesetzt. Eine weitere Schwächung des Untergrundes kann durch Kühlung der Photoschicht erfolgen. Die auf die Schicht 2 auftreffenden Lichtquanten lösen Sekundärelektronen aus, die durch die Elektroden stark beschleunigt werden. Beim Eintrittsende der Quanten in das Gefäss 1 ist noch eine Blende 11 vorgesehen, die gleichzeitig die erste Elektrode bildet. Die Sekundärelektronen treffen am andern Ende des Gefässes auf einen Szintillator 3, wo sie infolge ihrer hohen Energie starke Lichtimpulse auslösen, die dann in bekannter Weise über einen Photomultiplier 12 einer Registriereinrichtung, z.
B. einem Zähler, zugeleitet werden. Der Szintillator 3 ist zur Vermeidung einer Rückkopplung mit einem Überzug 13 versehen, der gleichzeitig als letzte Elektrode wirkt. Der Szintillator ist ausgenommen, um eine Fehlmessung durch zurückprallende
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tor 3, gegenüber der Photoschicht 2 so versetzt sein, dass ein Licht vom Szintillator nicht auf die Photoschicht auftreffen kann.
Die Fig. 2 zeigt ein Detail der Fig. l. Zur Erhöhung der Ausbeute kann die photoempfindliche Schicht auf einem Prisma 14 aufgetragen werden, dessen Scheitelwinkel vorzugsweise so gewählt wird, dass Totalreflexion eintritt. Zur Vereinfachung ist in der Fig. 2 nur ein Quantenstrahl gezeichnet. Um die spektrale Empfindlichkeit der Einrichtung zu verbessern, können die Beläge zweier Seitenflächen des Prismas verschieden sein. Statt eines Prismas kann selbstverständlich auch ein Kegel verwendet werden ; statt eines Prismas oder Kegels können aber auch mehrere Prismen oder Kegel vorgesehen sein.
Mit der Erfindung ist es gelungen, Lichtintensitäten zu messen, die kleiner waren als 103 Quanten/sec.
Für jedes auftreffende Elektron bzw. für jeden Lichtquanten erhält man einen eigenen Impuls. Durch die hohe Beschleunigung in der Einrichtung erfolgt eine Verstärkung, die über dem Hundertfachen liegt. Es ist selbstverständlich, dass mehrere erfindungsgemässe Einrichtungen hintereinandergeschaltet werden können.
Die gemessenen Lichtquanten können auch selbst bereits "Sekundärquanten" sein und beispielsweise von einem Szintillator kommen, so dass es mit Hilfe der Erfindung möglich ist, indirekt andere atomare Teilchen zu registrieren.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Registrieren von Lichtintensitäten, vorzugsweise von extrem kleinen Intensitäten, wie einzelnen Lichtquanten, wobei die Vorrichtung ein evakuiertes Gefäss, deren eines Ende eine photoempfindliche Schicht aufweist, und im Inneren des Gefässes Elektroden zum Beschleunigen von Sekundär-
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