DE1010194B

DE1010194B - Secondary electron multiplier

Info

Publication number: DE1010194B
Application number: DEB29973A
Authority: DE
Original assignee: Bendix Aviation Corp
Current assignee: Bendix Aviation Corp
Priority date: 1954-02-25
Filing date: 1954-03-02
Publication date: 1957-06-13
Also published as: GB777457A; FR1097688A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft einen vorzugsweise für nach dem Flugzeitprinzip arbeitende Massenspektrometer geeigneten Sekundärelektronenvervielfacher mit zwei Serien von sekundäremittierenden Platten, die Rücken an Rücken angeordnet sind. Hierbei sind Beschleunigungsfelder derart vorgesehen, daß die Sekundärelektronen von der letzten Platte der ersten Serie zu der ersten Platte der zweiten Serie gelenkt werden.The invention relates to a mass spectrometer preferably working according to the time-of-flight principle suitable secondary electron multiplier with two series of secondary emitting plates, the backs are arranged on the back. Here, acceleration fields are provided in such a way that the secondary electrons be steered from the last plate of the first series to the first plate of the second series.

Bei derartigen bekannten Sekundärelektronenvervielfachern liegen alle Platten einer Serie in der gleichen Ebene, wobei jeder emittierenden Platte eine entsprechende Potentialplatte zugeordnet ist. Auch die Potentialplatten liegen jeweils in einer gemeinsamen Ebene sowie parallel zu der gemeinsamen Ebene der emittierenden Platten. Die Beschleunigungsfelder *5 werden bei der bekannten Ausführung dadurch erzeugt, daß die Potentialplatten an verschiedene Potentiale gelegt werden. Die Umlenkung der Elektronenflugbahn zwischen der letzten Platte der ersten Serie und der ersten Platte der zweiten Serie wird durch Abbiegen der entsprechenden Potentialplatten dadurch erreicht, daß eine Art Gehäuse gebildet wird.In such known secondary electron multipliers, all plates of a series are in the same place Level, with each emitting plate being assigned a corresponding potential plate. Also the Potential plates are each in a common plane and parallel to the common plane of the emitting panels. In the known design, the acceleration fields * 5 are generated by that the potential plates are placed at different potentials. The redirection of the electron trajectory between the last plate of the first series and the first plate of the second series is through Bending of the corresponding potential plates achieved in that a type of housing is formed.

Ferner ist es bekannt, in einem Sekundärelektronenvervielfacher hintereinanderliegende Platten jeweils um den gleichen Winkel zu verschwenken, um eine ^a5 Streuung der Elektronenstrahlen zu vermindern. Bei einer anderen bekannten Ausführung sind die emittierenden Platten in sich überlappender Weise in einer zylindrischen Anordnung längs eines Kreisbogens bzw. einer spiralförmigen Linie vorgesehen. Die Überlappung der Platten soll verhindern, daß die Elektronen aus dem Bereich der Elektroden heraustreten können.It is also known to pivot plates lying one behind the other in a secondary electron multiplier by the same angle in order ^{to reduce a} 5 scattering of the electron beams. In another known embodiment, the emitting plates are provided in an overlapping manner in a cylindrical arrangement along an arc of a circle or a spiral line. The overlapping of the plates is intended to prevent the electrons from escaping from the area of the electrodes.

Die bekannten Elektronen verstärker haben den Nachteil, daß sie einerseits einen großen Raum bean-Sprüchen. Ferner tritt bei der bekannten Ausführung, bei welcher die sekundäremittierenden Platten in zwei Serien Rücken an Rücken angeordnet sind, der Nachteil auf, daß durch eine gegenseitige Beeinflussung der Felder Störungen in den Beschleunigungspotentialen und dadurch Verzerrungen der zu verstärkenden Signale eintreten. Diese Störungen treten insbesondere bei dem Übergang der Elektronen von der letzten Platte der ersten Serie zu der ersten Platte der zweiten Serie auf.The known electron amplifiers have the disadvantage that they bean-sayings on the one hand a large space. Furthermore occurs in the known embodiment, in which the secondary emitting plates in two Series are arranged back to back, the disadvantage that due to a mutual influence of the Fields disturbances in the acceleration potentials and thereby distortions of the amplified Signals occur. These disturbances occur especially at the transition of electrons from the last one Plate of the first series to the first plate of the second series.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu beseitigen, indem erfmdungsgemäß eine Elektrode in der Flugbahn der Elektronen von der letzten Platte der ersten Serie zu der ersten Platte'der zweiten Serie angeordnet wird. Diese Elektrode läßt den Durchtritt der Elektronen zu, während sie die elektrischen Felder, die zwischen den Platten der zweiten Serie liegen, von den elektrischen Feldern, die zwischen den Platten derThe invention has the task of eliminating the disadvantages of the known devices, by according to the invention an electrode in the trajectory of the electrons from the last plate of the first Series arranged to the first plate of the second series will. This electrode allows the passage of the electrons, while the electric fields, that lie between the plates of the second series, from the electric fields that exist between the plates of the

Anmelder:Applicant:

Bendix Aviation Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)Bendix Aviation Corporation,
New York, NY (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 43Representative: Dr.-Ing. H. Negendank, patent attorney,
Hamburg 36, Neuer Wall 43

ersten Serie herrschen, abschirmt. Durch diese Ausführung werden Störungen in den Beschleunigungspotentialen in wirkungsvoller Weise vermieden und zugleich eine einwandfreie Umlenkung der Flugbahn der Elektronen herbeigeführt.first series prevail, shields. With this design, disturbances in the acceleration potentials are effectively avoided and at the same time a perfect deflection of the trajectory of the electrons is brought about.

Ferner sind bei der Erfindung die aufeinanderfolgenden Platten jeder Serie, die seitlich nahe nebeneinander angeordnet sein können, senkrecht zu ihren Ebenen versetzt. Diese Platten weisen Potentiale auf, die so mit ihren jeweiligen Abständen von einer gemeinsamen Elektrode, die vorzugsweise an Erdpotential gelegt ist, abgestimmt sind, daß sie im wesentlichen gleiche elektrische Beschleunigungsfelder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Platten erzeugen. Hierdurch wird der wesentliche Vorteil erzielt, daß bei einer raumsparenden Ausführung die erfindungsgemäße Anordnung zugleich von einem geerdeten Abschirmgehäuse umgeben ist, das durch die vorgesehenen Potentialplattenabschnitte, die am Potential Null liegen, gebildet wird.Furthermore, in the invention, the successive plates of each series, the laterally close to each other can be arranged offset perpendicular to their planes. These plates have potentials the so with their respective distances from a common electrode, which is preferably at ground potential is set, are matched that they are essentially the same electric acceleration fields between two consecutive plates. This has the essential advantage that in a space-saving embodiment, the arrangement according to the invention at the same time of a grounded shielding housing is surrounded by the provided potential plate sections that are at the potential Zero, is formed.

In einer bevorzugten Ausführung liegt die Abschirmelektrode an einem mittleren Potential zwischen den Potentialen der letzten Platte der ersten Serie und der ersten Platte der zweiten Serie und ist in entsprechenden Abständen von zwei gemeinsamen Elektroden angeordnet, wobei die Abstände in bezug auf das Potential aufeinander derart abgestimmt sind, daß sie im wesentlichen gleich große und entgegengesetzt gerichtete Beschleunigungsfelder erzeugen.In a preferred embodiment, the shielding electrode is at a medium potential between the potentials of the last plate of the first series and the first plate of the second series and is in corresponding Distances of two common electrodes arranged, the distances with respect to the potentials are matched to one another in such a way that they are essentially equal and opposite in size generate directional acceleration fields.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindnug ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist.Further advantages and features of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment, which is shown in the drawing.

Fig. 1 zeigt einen Sekundärelektronenvervielfacher in perspektivischer Darstellung, undFig. 1 shows a secondary electron multiplier in a perspective view, and

Fig. 2 zeigt denselben Sekundärelektronenvervielfacher im Grundriß.Fig. 2 shows the same secondary electron multiplier in plan.

709 548/364709 548/364

Der Sekundärelektronenvervielfacher besteht aus einem ersten Satz Platten 70, 72, 74, 76, 78, 80, 82 sowie einem zweiten Satz Platten 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96.The secondary electron multiplier consists of a first set of plates 70, 72, 74, 76, 78, 80, 82 and a second set of plates 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96.

Je zwei aufeinanderfolgende Platten eines und desselben Satzes sind in Richtung des Ionenweges verschoben, und zwischen ihnen besteht ein Potentialunterschied, welcher zwischen zwei aufeinanderfolgenden Platten ein für jedes Plattenpaar gleiches elektrisches Feld herstellt.Two consecutive plates of the same set are shifted in the direction of the ion path, and between them there is a potential difference, which between two consecutive Plates produces an electric field that is the same for each pair of plates.

Die das Gitter 42 durchsetzenden und auf die erste Platte des Satzes auf treffenden Ionen verursachen die Aussendung von Sekundärelektronen durch diese Platte. Diese Sekundärelektronen durchwandern unter der Wirkung des zwischen den Platten 70, 72 herrsehenden elektrischen Feldes und eines magnetischen Feldes einen zykloidalen Weg 116, um auf die folgende Platte 72 aufzuprallen.The ions passing through the grid 42 and striking the first plate of the set cause the emission of secondary electrons through this plate. These secondary electrons wander through a cycloidal path 116 under the action of the electric field existing between the plates 70, 72 and a magnetic field in order to impact the following plate 72.

Der Platte 82 folgt eine Abschirmelektrode 104. Die Platten 84 bis 96 des zweiten Satzes sind entsprechend mit den Platten 82 bis 70 des ersten Satzes Rücken an Rücken angeordnet. Die Platte 84 befindet sich in einem Abstand von der Trennungselektrode 104 in Richtung des Elektrodenweges. Die Platten 84 bis 96 sind ebenfalls gegeneinander verschoben. asThe plate 82 is followed by a shielding electrode 104. The plates 84 to 96 of the second set are arranged back-to-back with the plates 82 to 70 of the first set, respectively. The plate 84 is spaced from the separation electrode 104 in the direction of the electrode path. The plates 84 to 96 are also shifted from one another. as

Der Sekundärelektronenvervielfacher ist einerseits von der Elektrode 40, welche durch eine ebenfalls an die Masse angeschlossene Elektrode 98 verlängert ist, und andererseits von einer in ihrer Form der Elektrode 40 ähnlichen, jedoch massiven Elektrode 108, welche durch die Sammelelektrode 110 verlängert ist, umgeben. Die Stirnfläche der Sammelelektrode 110 ist gegenüber der letzten Platte 96 des zweiten Satzes angeordnet, um die durch diese Platte ausgesandten Sekundärelektronen aufzufangen und ist über einen Widerstand 112 an die Masse geschaltet.The secondary electron multiplier is surrounded on the one hand by the electrode 40, which is extended by an electrode 98 also connected to ground, and on the other hand by a solid electrode 108 similar in shape to the electrode 40 , which is extended by the collecting electrode 110 . The end face of the collecting electrode 110 is arranged opposite the last plate 96 of the second set in order to collect the secondary electrons emitted by this plate and is connected to ground via a resistor 112.

Die gemeinsame Ebene der Elektroden 108 und 110 befindet sich in einem geringen Abstand von der Ebene der Platte 84. Somit ist der geringe Raumbedarf ersichtlich, welchen der beschriebene Sekundärelektronenvervielfacher benötigt.The common plane of the electrodes 108 and 110 is at a small distance from the plane of the plate 84. The small space requirement which the secondary electron multiplier described requires can thus be seen.

Die erfindungsgemäße Anwendung der drei separaten Platten ist sehr vorteilhaft, um die Ionen eines jeden Bündels zu sammeln, weil die Breite einer jeden der folgenden Platten beider Sätze durch die Breite der die Ionen auffangenden Platte oder Platten bestimmt ist. Somit erlaubt die beschriebene Anordnung die Breite einer jeden der Platten zu verringern und somit auch für einen bestimmten Vervielfachungsfaktor den Umfang des Sekundärelektronenverviel- fachers zu verringern.The inventive use of the three separate plates is very advantageous to the ions of a collect each bundle because the width of each of the following panels of both sets by the width the plate or plates collecting the ions is determined. Thus, the arrangement described allows to reduce the width of each of the plates and thus also for a certain multiplication factor the extent of the secondary electron multiplication to reduce the number of times.

Die Sekundärelektronen durchwandern aufeinanderfolgende zykloidalische Wege (116, 118, 120 ... 122, 124) und erreichen' den vergitterten Teil der Abschirmelektrode, die sie in ihrer Mehrzahl durchsetzen. Wegen der an die Platten des zweiten Satzes, die eine hinter der anderen Rücken an Rücken mit den Platten des ersten Satzes angeordnet sind, angelegten Potentiale werden die Elektronen, die nach Durchwanderung des zykloidalischen Weges 126 das Gitter 106 durchsetzt haben, gegen die Oberfläche der Platte 84 geschleudert, wo sie die Aussendnug einer nahezu doppelten Anzahl von Elektronen verursachen usw.The secondary electrons wander through successive cycloidal paths (116, 118, 120 ... 122, 124) and reach the barred part of the shielding electrode, which they penetrate in their plurality. Because of the potentials applied to the plates of the second set, which are arranged one behind the other back-to-back with the plates of the first set, the electrons that passed through the grid 106 after traveling the cycloidal path 126 become against the surface of the plate 84 , where they cause almost double the number of electrons to be emitted, etc.

Die Rolle der Trennungselektrode 104 besteht darin, die zwischen den benachbarten Platten des ersten Satzes herrschenden elektrischen Felder von den zwischen den benachbarten Platten des zweiten Satzes von Platten herrschenden, aber im entgegengesetzten Sinn gerichteten elektrischen Feldes zu trennen, so daß diese beiden Felder sich nicht gegenseitig stören.The role of the separation electrode 104 is to separate the electric fields between the adjacent plates of the first set from the oppositely directed electric fields between the adjacent plates of the second set of plates so that these two fields are not mutually exclusive disturb.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Secondary electron multiplier, especially for mass spectrometers working according to the time-of-flight principle, with two series of secondary emitting plates which are arranged back to back, with acceleration fields being provided in such a way that the secondary electrons are directed from the last plate of the first series to the first plate of the second series are characterized by the arrangement of an electrode (104, 106) in the trajectory of the electrons from the last plate (82) of the first series to the first plate (84) of the second series, which electrode allows the passage of the electrons while the electric fields that are between the plates of the second series (84 to 96), shields from the electric fields that prevail between the plates of the first series (70 to 82) (Fig.l).

2. Secondary electron multiplier according to claim 1, characterized in that the shielding electrode (104) is designed as a grid (106) .

3. Secondary electron multiplier according to claim 1 or 2, characterized in that the successive plates of each series, which can be arranged laterally close to one another, are offset perpendicular to their planes, and that they have potentials which are so at their respective distances from a common electrode (40, 98 or 108), which is preferably connected to earth potential, are matched so that they generate essentially the same electric acceleration fields between two successive plates.

4. Secondary electron multiplier according to claim 3, characterized in that the shielding electrode (104, 106) is placed at a mean potential between the potentials of the last plate of the first series and the first plate of the last series and at corresponding distances from the two common electrodes (98 -108) is arranged, the distances being matched to one another so that they generate essentially equally large and oppositely directed acceleration fields.

5. Secondary electron multiplier according to one of the preceding claims, characterized in that that more than one plate (70, 72, 74) of the first series is provided to primary particles (e.g. ions) to receive, and all these plates (70 to 74), which contain both these particles and secondary electrons received from the preceding plates (70, 72) are arranged to have a multiplication factor of about one, while the following plates have a multiplication factor greater than one.

Considered publications:
British Patent Nos. 469 283, 500 447, 296.

1 sheet of drawings

709 548/364 6.57