CS199352B1

CS199352B1 - Metod of suppresion of photocathode unstability based on alcaline metals and noise lowering

Info

Publication number: CS199352B1
Application number: CS887677A
Authority: CS
Inventors: Mirko Dvorak
Original assignee: Mirko Dvorak
Priority date: 1977-12-28
Filing date: 1977-12-28
Publication date: 1980-07-31

Description

Vynález se týká způsobu odstranění nestability fotokatod na bázi alkalických kovů a snížení šumu u vakuových elektronek s fotokatodou, zejména fotonásobičů, snímacích televizních elektronek a zesilovačů jasu.The invention relates to a method for eliminating the instability of alkali metal photocathodes and reducing noise in photocathode vacuum tubes, in particular photomultipliers, television capture tubes and luminance amplifiers.

Potokatody na bázi alkalických kovů, které tvoří základní funkční prvek v optických elektronkách, vykazují často nestabilitu integrální a spektrální citlivosti, která se projevuje(zhoršením parametrů uvedených elektronek a zvýšením jejich výmětu. Potokatody se zhotovuji obvykle na vnitřní části skleněné baňky elektronky, a to tak, že tenká vrstva napařeného antimonu se aktivuje při tlaku 10 až 10 ? Pa a zvýšené teplotě parami jednoho nebo více alkalických kovů Na, K, Rb, Cs, přičemž vzniká intermetalická sloučenina tvaru Sb Mj, kde M je označení alkalického kovu, která odpovídá i optimální citlivosti zhotovené fotokatody. Množství alkalického kovu ve vrstvě je velmi kritické, takže nepatrné odchylky od tohoto steohiometrického poměru vedou ke snížení citlivosti fotokatody. Při tomto složitém a pro každou elektronku specifickém technologickém postupu, kdy je snahou dosáhnout optimálního sladění všech ostatních funkčních prvků elektronky jako dynod násobiče, luminiscenčního stínítka, elektronové trysky s fotokatodou, dochází často k nadměrné adsorpci alkalických kovů na vnitřních stěnách baňky a součástkách umístěných uvnitř elektronky, přičemž vazba těchto adsorbovaných kovů k povrchům není pevná, neboť nejde o chemickou nebo fyzikální vazbu. Po odtavení elektronky vytvářejí tyto nad199 352The alkali metal streams, which constitute the basic functional element in optical tubes, often exhibit instability of the integral and spectral sensitivity that is manifested (by deteriorating the parameters of said tubes and increasing their discard. The streams are usually made on the inner part of the glass tube of the tube. that a thin layer of steamed antimony is activated at a pressure of 10-10 Pa and an elevated temperature by the vapor of one or more alkali metals Na, K, Rb, Cs to form an intermetallic compound of the form Sb Mj, where M is the alkali metal designation The amount of alkali metal in the layer is very critical, so slight deviations from this steohiometric ratio lead to a decrease in the sensitivity of the photocathode. other functional elements of the tube such as dynod multiplier, luminescent screen, electron gun with photocathode, there is often excessive adsorption of alkali metals on the inner walls of the flask and components inside the tube, and the adsorbed metals are not firmly bound to the surfaces because they are not chemical or physical . After the tubes have been melted, these create more than 99 352

199 3S2 měrné adsorbované alkalické kovy difúzí nebo migrací nejen pokles citlivosti fotokatody, ale zhoršují i izolační schopnosti mezi jednotlivými elektrodami elektronoptického systému a nežádoucím způsobem zvyšují složku šumu. Vznik iontů následkem bombardu součástek s adsorbovaným alkalickým kovem rychlými elektrony rovněž zhoršuje šumové vlastnosti elek tronky a ohrožuje i citlivost fotokatody zpětným dopadem kladných iontů. Takové elektronky nejsou pro provoz použitelné a tyto závady se podstatnou měrou podílejí na vysokém výmětu při jejioh výrobě.199 3S2 specific adsorbed alkali metals by diffusion or migration not only decrease the sensitivity of the photocathode, but also deteriorate the insulating ability between individual electrodes of the electroptic system and undesirably increase the noise component. The formation of ions due to the bombardment of components with adsorbed alkali metal by fast electrons also worsens the noise properties of the electron tube and also threatens the sensitivity of the photocathode by the backward impact of positive ions. Such tubes are not usable for operation, and these defects are largely responsible for high discarding during their manufacture.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se pozvolným připářením antimonu vytvoří ve fotokatodě a současně i na nestíněných částech elektron-optického systému přebytek antimonu, sloužící jako účinný getr alkalických kovů, přičemž se antimon připařuje až do poklesu citlivosti fotokatody o 5 až 50 % z její maximální hodnoty.The above-mentioned drawbacks are eliminated by the method according to the invention, which consists in the gradual evaporation of the antimony in the photocathode and at the same time also on the unshielded parts of the electron-optical system. 5 to 50% of its maximum value.

Přednosti a vyšší účinek způsobu podle vynálezu se jeví především v tom, že umožňuje zhotovit fotokatody, které vykazují během skladování i za provozu velmi dobrou stabilitu integrální a spektrální citlivosti. Elektronky e fotokatodou takto vyrobenou vykazují dále lepší izolační vlastnosti systému, nižší šum i delší životnost. Uvedeným způsobem podle vynálezu se jednak podstatně sníží výmět při sériové výrobě elektronek s fotokatodou, jednak tento způsob umožňuje opravit i odtavené elektronky, které již byly z hlediska šumu či nestability vyřazený iThe advantages and the higher effect of the process according to the invention appear in particular in that it makes it possible to produce photocathodes which exhibit very good stability of integral and spectral sensitivity during storage and during operation. The tubes produced by the photocathode produced in this way show better insulating properties of the system, lower noise and longer life. By the method according to the invention, on the one hand, the rejection in the mass production of photocathode tubes is considerably reduced, and on the other hand, this method makes it possible to repair melted tubes which have already been eliminated in terms of noise or instability.

Princip vynálezu lze objasnit na příkladech, přičemž první příklad se týká odstranění nestability fotokatody a snížení šumu u· fotonásobiče v procesu jeho výroby; Fotonásobič se zpracovává na čerpacím zařízení při tlacích 10 - 10 ⁷ Pa při zvýšené teplotě, Zpracování, spočívá v současné výrobě fotokatody s vysokou citlivostí a v aktivaci systému dynod s optimálním ziskem. Stupeň zpracování fotokatody je běžným způsobem posuzován podle velikosti fotoproudu, který je odečítán na mikroampérmetru v obvodu fotokatoda - anoda, s přiloženým napětím např. 200 Vss a při osvětlení fotokatody stabilizovaným světelným zdrojem, např. žárovkou 15 W, Zesílení systému dynod násobiče je sledováno při sníženém osvětlení fotokatody na mikroampérmetru v obvodu anody systému po přiložení oelkového napětí na fotonásobič například 1 kV. Odstranění nestability a snížení šumu podle vynálezu se provede po skončení aktivace fotokatody a systému, kdy po vypnutí pece se elektronka nechá chladnout. Při teplotě fotonásobiče, např. 50 °C, ochladíme čelní fotokatodovou desku proudem vzduchu a připaříme pozvolna antimon za současného sledování průběhu změny fotoproudu. Napařování antimonu přerušíme, je-li dosaženo poklesu fotoproudu o 5 až 50 % z jeho maximální hodnoty, která byla zaregistrována před připářením, nebo která se objeví během pozvolného připařování. Pokud fotoproud po tomto připaření má tendenci opět rychle stoupat,-takže například po 1. minutě dosáhne původní maximální hodnoty, je možno postup připaření antimonu jednou nebo vícekrát opakovat, s výhodou potom při teplotě fotonásobiče 20 °C, Zůstává-li hodnota fotoproudu stabilní nebo stoupá-11 jen zvolna, aniž dosáhla původní maximální hodnoty, je možno fotonásobič odtavit od čerpacího zařízení. Napaření přebytku antimonu na fotokatodu a na nestíněnou část systému ke konci operace před odtavením elektronky vytváří účinný getr alkalických kovů, které se mohouThe principle of the invention can be illustrated by examples, the first example being to eliminate the instability of the photocathode and to reduce the noise of the photomultiplier in the process of producing it; The photomultiplier is processed on the pumping equipment at pressures of 10 - 10 ⁷ Pa at elevated temperature. The treatment consists in the simultaneous production of a high sensitivity photocathode and in the activation of the dynod system with optimum gain. The degree of photocathode processing is routinely judged by the magnitude of the photocurrent, which is read on a micro-amperemeter in the photocathode-anode circuit, with an applied voltage of 200 Vdc and a stabilized light source such as a 15 W bulb reduced illumination of the photocathode on the micro amperemeter in the anode circuit of the system after applying an electric voltage to the photomultiplier of, for example, 1 kV. Removal of instability and noise reduction according to the invention is performed after the activation of the photocathode and the system, after which the tube is allowed to cool after the furnace is turned off. At the temperature of the photomultiplier, eg 50 ° C, cool the front photocathode plate with a stream of air and steam the antimony slowly while observing the course of the photocurrent change. We discontinue antimony steaming when a 5 to 50% drop in photocurrent from the maximum value that was registered before steaming or that occurs during slow steaming is achieved. If the photocurrent after the brewing tends to rise rapidly again, i.e., for example, it reaches the original maximum value after 1 minute, the baking procedure may be repeated one or more times, preferably at a multiplier temperature of 20 ° C. 11 increases only slowly without reaching the original maximum value, the photomultiplier can be melted away from the pumping device. Steaming of excess antimony on the photocathode and on the unshielded part of the system at the end of the operation before the vacuum tube is melted creates an effective alkali metal getter which can

199 39 v prostoru elektronky po odtavení uvolnit, a to jak během skladování, tak i zkušebního provozu.199 39 in the area of the vacuum tube after melting, both during storage and test operation.

Druhý příklad využití způsobu podle vynálezu se týká elektronek s fotokatodou, obsahujících vestavěný vypařovač antimonu, např. fotonásobičů, zesilovačů jasu obrazu, televizních snímacích elektronek, které byly již odtaveny od čerpacího stojanu a nevyhovují přejímacím podmínkám z hlediska šumu, nestability fotokatody případně nedostatečné elektrické pevnosti elektron-optiokého systému:A second example of the use of the method according to the invention relates to photocathode tubes comprising a built-in antimony vaporizer, eg photomultipliers, image brightness amplifiers, television sensor tubes that have already been melted from the pump stand and do not meet acceptance conditions for noise, photocathode instability or insufficient electrical strength electron-optic system:

Elektronka se umístí na vhodný stojan pod pec a provede se její zapojení, které je shodné jako při jejím zpracování na čerpacím zařízení. Před fotokatodu se umístí světelný zdroj do vhodné vzdálenosti a mezi fotokatodu a anodu se vloží stejnosměrné napětí, např. 200 V, a zapojí se mikroampérmetr pro odečítání fotoproudu při osvětlení fotokatody. Elek tronka se vyhřeje po dobu potřebnou k prohřátí konstrukčních dílů, např. .10 až 120 minut na teplotu 50 °C až 150 °C, načež se provede zchlazení té části baňky, na které je fotokatoda deponována. Potokatoda se osvětlí a na mikroampérmetru se sleduje fotoproud během pozvolného připařování antimonu. Napařování se přeruší, je-li dosaženo poklesu fotoproudu o 5 až 50 % z jeho maximální hodnoty. Zůstává-li hodnota fotoproudu po připaření stabilní nebo stoupá-li jen zvolna, pec se vypne a elektronka se nechá vychladnout. Pokud fotoproud má tendenci ryohle stoupat, takže např. po 1 minutě dosáhne původní maximální hodnoty, je možno postup ochlazení fotokatody a pozvolného připaření antimonu opakovat.The tube is placed on a suitable stand under the furnace and its connection is performed, which is the same as for its processing on the pumping device. A light source is placed in front of the photocathode at a suitable distance, and a DC voltage, e.g. 200 V, is inserted between the photocathode and the anode, and a micro-ammeter is connected to read the photocurrent under the photocathode illumination. The electron is heated for the time required to heat the components, e.g., 10 to 120 minutes to a temperature of 50 ° C to 150 ° C, after which the part of the flask to which the photocathode is deposited is cooled. The stream cathode is illuminated and the micro current is monitored for photocurrent during gradual evaporation of the antimony. Steaming is interrupted when the photocurrent decreases by 5 to 50% of its maximum value. If the photocurrent value remains steady after steaming or if it rises only slowly, the furnace is turned off and the tube is allowed to cool. If the photocurrent tends to rise rapidly so that, for example, it reaches its original maximum value after 1 minute, the procedure of cooling the photocathode and slowly steaming the antimony can be repeated.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A method for eliminating the instability of an alkali metal photocathode and reducing noise in vacuum tubes in the process of their manufacture or in already depositioned vacuum tubes, in particular photomultipliers, television sensor tubes and luminance amplifiers, characterized in that it is formed in the photocathode even on unshielded parts of the electroptic system, an excess of antimony, serving as an effective alkali metal getter, the antimony evaporates until the sensitivity of the photocathode decreases by 5 to 50% of its maximum value.

Method according to claim 1, characterized in that the slow evaporation of the antimony is carried out at a temperature lower than the temperature at which the photocathode is produced, preferably at room temperature.

3. Method according to claim 1, characterized in that the slow evaporation of the antimony is carried out repeatedly.

4. Method according to claims 1 to 3, characterized in that the slow evaporation of the antimony is carried out on the pumped tube as a final operation before it is melted from the pumping device.

5. Process according to claims 1-3, characterized in that coupled a gradual antimony droppings falling on the tubes is performed after the previous heating of the tubes for 10 to 120 minutes at 50 ^0-150 ° C, and after cooling the portion of the bulb on which it is photocathode deposited,