DE1028706B - Photoelektrische Einrichtung, insbesondere Sekundaerelektronenvervielfacher, bei der nur ein Teil der Kathodenflaeche belichtet wird - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf die Verringerung des thermischen Dunkelstromes bei photoelektrischen Einrichtungen, insbesondere Sekundärelektronenvervielfachern.

Bei derartigen Einrichtungen macht sich der Nachteil störend bemerkbar, daß zugleich mit den durch Belichtung der Photokathode ausgelösten Photoelektronen, die allein zur Abbildung oder zur weiteren Verstärkung in einem Sekundärelektronenvervielfacher nutzbar gemacht werden können, auch die thermisch ausgelösten Elektronen der ganzen Kathodenfläche abgebildet oder verstärkt werden. Dieser sogenannte thermische Dunkelstrom setzt sich, da in der Regel bei den zur Verwendung kommenden Photo kathoden nicht die gesamte Fläche belichtet wird, aus einem auf der belichteten Teilfläche der Kathode entstehenden Teil und einem von der nicht belichteten Teilfläche ausgehenden Teil zusammen.

Für die Unterdrückung des von der belichteten Kathodenfläche ausgehenden Dunkelstromanteiles sind Vorschläge gemacht worden, die auf einer elektrischen Filterung des Elektronenstromes beruhen. Die praktische Verwirklichung dieser Maßnahme ist jedoch gerade für Sekundärelektronenvervielfacher besonders schwierig. Der von der nicht belichteten Teilfläche der Kathode ausgehende Dunkelstromanteil kann beispielsweise durch mechanische Mittel unterdrückt werden. So wurde z. B. vorgeschlagen, die Photokathode unmittelbar gegen eine am Eingang des Vervielfachers angeordnete Blende zu legen, deren Durchlaßöffnung kleiner als die Fläche der Photokathode ist. Dabei soll die Photokathode schwenkbar angeordnet sein, und in der Gebrauchslage gegen die Eintritts blende des Vervielfachers geklappt werden. Dieser Vorschlag hat den Nachteil, daß abgesehen von den Unzulänglichkeiten, die ein mechanisch bewegtes Teil — noch dazu eine Photokathode — in einem Vakuumgefäß mit sich bringt, die Kathodenfläche in einem Vervielfacher jeweils nur auf eine bestimmte Teilfläche abgeblendet werden kann. Es ist also nicht möglich, in einem derartigen Vervielfacher den belichteten Teil der Kathodenfläche zu ändern.

Gegenstand der Erfindung ist eine photoelektrische Einrichtung, bei der die Unterdrückung des Dunkelstromanteiles der nicht belichteten Fläche der Ka- 4-5 thode ohne die genannten Nachteile der bekannten Anordnungen erreicht wird. Gemäß der Erfindung sind zu diesem Zweck zwischen der Photokathode und der ersten Anode elektrische oder magnetische Mittel vorgesehen, durch die der von der nicht belichteten Teilfläche der Kathode ausgehende thermische Elektronenstrom auf eine neutrale Elektrode abgelenkt wird, so daß der Ausgangsstrom der photoelektrischen Einrichtung nur von dem von der belichteten Teil-Photoelektrische Einrichtung,

insbesondere
Sekundärelektronenvervielfacher,

bei der nur ein Teil
der Kathodenfläche belichtet wird

Anmelder:

VEB Carl Zeiss Jena,
Jena, Carl-Zeiss-Str. 1

Lothar Schmidt und Eberhard Hahn, Jena,
sind als Erfinder genannt worden

fläche der Kathode ausgehenden Elektronenstrom abhängig ist.

Es ist zwar bereits bekannt, bei Sekundärelektronenvervielfachern zwischen der Photokathode und der ersten Anode Hilfselektroden mit elektronenoptischer Wirkung anzuordnen. Diese Hilfselektroden haben jedoch bei den bekannten Einrichtungen die Aufgabe, eine Fokussierung der von der Kathode ausgelösten Elektronen herbeizuführen, um möglichst alle Elektronen auf die Eingangsöffnung des Vervielfachersystems zu konzentrieren.

Es handelt sich also hierbei um eine grundsätzlich andere Aufgabe als beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Eine Verringerung des Dunkelstroms ist mit der bekannten Einrichtung weder beabsichtigt noch überhaupt erreichbar.

Im Gegensatz dazu ist es mit der erfindungsgemäßen Einrichtung möglich, von einer relativ großen Kathode, deren Vorteile allgemein bekannt sind, nur solche Elektronen auf eine Teilfläche der ersten Anode oder eine Öffnung dieser Elektrode zu lenken, die von dem belichteten Teil der Kathodenfläche ausgehen. Die neutrale Elektrode, auf die die von dem nicht belichteten Teil der Elektrode ausgelösten thermischen Elektronen abgelenkt werden, kann ringförmig ausgebildet sein und eine Öffnung besitzen, durch die die von der belichteten Teilfläche der Kathode ausgehenden Elektronen hindurchtreten können. Vorzugsweise kann dazu die ringförmig ausgebildete erste Anode verwendet werden. Die Mittel zur Ablenkung des von der nicht belichteten Teilfläche der Kathode aus

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gehenden thermischen Elektronenstromes können aus an entsprechenden Potentialen liegenden Ablenkelektroden bestehen. Diese können entweder als zu dem übrigen System koaxiale Zylinder oder als mehrere symmetrisch zur Achse angeordnete ebene oder gekrümmte Elektroden ausgebildet sein.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung als Beispiele schematisch dargestellt.

In Abb. 1 ist 1 eine Durchsichts-Photokathode eines Sekundärelektronenvervielfachers, die vom in Pfeilrichtung einfallenden Licht getroffen wird. Eine zylindrische Hilfselektrode 2 dient zur Ablenkung der vom nicht belichteten Teil der Kathode 1 ausgehenden thermischen Elektronen, die auf die Fläche der ersten Anode 3 des Systems auftreffen, während die vom belichteten Teil D der Kathode ausgelösten Elektronen durch die Bohrung der Anode 3 in das Vervielfachersystem gelangen, dessen erste beide Prallplatten mit 4 und 5 bezeichnet sind. Die gleiche Elektrodenanordnung ist in AbI). 2 dargestellt mit dem Unterschied, daß hierbei die Hilfselektrode 2 auf Kathoden potential liegt, während sie bei der Anordnung nach Abb. 1 mit der Anode 3 verbunden ist. Ferner wird bei der Anordnung nach Abb. 2 ein größerer Teil Z) der Kathode 1 vom Licht getroffen als bei der in Abb. 1 dargestellten Anordnung. Aus den in beiden Anordnungen gezeichneten Feldlinien 6 ist zu ersehen, wie die Gestaltung des Feldes zwischen Kathode 1 und erster Anode 3 durch eine koaxiale zylindrische Hilfselektrode 2 je nach dem Potential dieser Elektrode so ausgebildet werden kann, daß nur Elektronen von einem bestimmten Teil der Kathodenfläche auf die Öffnung der Anode gelangen können.

Durch geeignete Wahl der Potentiale des zwischen Kathode, Hilfselektrode und erster Anode gebildeten Feldes kann also erreicht werden, daß nur der von dem belichteten Teil der Kathode ausgehende Elektronenstrom für die weitere Verwendung im Sekundärelektronenvervielfacher nutzbar gemacht wird. während der vom nicht belichteten Teil der Kathode ausgehende thermische Dunkelstrom unterdrückt wird. Mit der Einrichtung nach Abb. 1 und 2 ist es also möglich, von einer Kathode belichtete Flächen verschiedenen Durchmessers unter den günstigsten Bedingungen des Verhältnisses vom Signalstrom zum thermischen Dunkelstrom in einem einzigen Sekundärelektronenvervielfacher auszunutzen.

Für Anwendungsgebiete, bei denen unsymmetrische Flächen der Kathode belichtet werden, wie z. B. in der Spektroskopie, kann eine Anordnung nach Abb. 3 benutzt werden. Bei dieser in Draufsicht dargestellten Ausführungsform ist die zylindrische Hilfselektrode 2 der Abb. 1 und 2 durch vier voneinander getrennte plattenförmige Elektroden 7, 8, 9 und 10 ersetzt. Diese können sämtlich an dem gleichen Potential liegen. Es ist jedoch auch möglich, je zwei dieser Elektroden an voneinander verschiedene Potentiale U₁ und U₂ zu legen, wie dies in Abb. 3 gezeigt ist. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, die von einer in Form eines schmalen Rechteckes belichteten Kathodenfläche ausgehenden Elektronen so zu beeinflussen, daß sie durch eine beispielsweise quadratisch ausgebildete Öffnung 11 der ersten Anode hindurchfliegen können. Es ist also praktisch möglich, mit einem einzigen Sekundärelektronenvervielfacher, der mit den angegebenen Hilfselektroden ausgerüstet ist, das gün stigste Verhältnis von Signalstrom zu thermischem Dunkelstrom für drei verschiedene, in der Praxis häufig vorkommende Fälle, nämlich eine kleine Kathodenfläche für astronomische Zwecke, eine große Fläche für die Registrierung von 3.-, β- und y-Teilchen und eine schmale rechteckige Fläche für spektrale Messungen, einzustellen.

Abb. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Systems mit einer Auflichtkathode in Seitenansicht und Draufsicht. Hierbei fällt das Licht in Richtung der Pfeile durch eine lichtdurchlässige Elektrode 12, die beispielsweise aus einem grobmaschigen Netz bestehen kann, auf eine auf der Innenwandung eines in den Abbildungen nicht dargestellten Gefäßes aufgebrachte Kathode 14. Die zur Ablenkung der aus der Kathode ausgelösten Elektronen dienende Hilfselektrode ist mit 15 bezeichnet. 3 ist die erste Anode, 4 und 5 sind die beiden ersten Prallplatten des Vervielfachersystems.

In den Abb. 5 bis 8 sind schematisch einige typische Bilder von Feldlinien und Elektronenbahnen dargestellt, die bei verschiedenen Potentialen der Elektroden auftreten können, und die mit verhältnismäßig einfachen Mitteln praktisch realisierbar sind. Die Ladungszustände der einzelnen Elektroden sind durch (+), (0) und ( —) angedeutet. Dabei besteht die erste Anode 3 bei den in Abb. 7 und 8 dargestellten Beispielen aus zwei ringförmigen Teilen 3' und 3". Die Kathodenfläche 14 kann auch in der Weise als zylindrische Fläche auf die Innenwand des nicht dargestellten Glaskolbens aufgebracht sein, daß sie in ihrer Schichtdicke verlaufend nach der Lichteintrittsseite immer dünner wird und somit an dieser Stelle als Durchsichtskathode wirkt.

Eine Zylinderlinsenwirkung kann dabei in ähnlicher Weise wie bei der Einrichtung nach Abb. 3 erreicht werden. Es besteht z. B. die Möglichkeit, mehrere voneinander isolierte Segmente vorzusehen, von denen beispielsweise drei als Kathode ausgebildet sind, während das vierte aus einem lichtdurchlässigen Netz besteht. Dabei können das Netz und die gegenüberliegende Kathodenfläche einerseits sowie die beiden übrigen Kathodensegmente andererseits an entgegengesetzte Potentiale gelegt werden. Auch die Hilfselektrode 12 der Ausführungsform nach Abb. 4 kann zusätzlich als Kathodenfläche ausgebildet werden. In allen Fällen ist es möglich. Kathoden und Hilfselektroden unmittelbar auf der Glasfläche des Gefäßes, beispielsweise durch Aufdampfen, anzubringen.

Claims (11)

PA T E N TA N S P R C C II Ii.

1. Photoelektrische Einrichtung, insbesondere Sekundärelektronenvervielfacher, bei der nur ein Teil der Kathodenfläche belichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Photokathode und der ersten Anode elektrische oder magnetische Mittel vorgesehen sind, durch die der von der nicht belichteten Teilfläche der Kathode ausgehende thermische Elektronenstrom auf eine neutrale Elektrode abgelenkt wird, so daß der Ausgangsstrom der photoelektrischen Einrichtung nur von dem von der belichteten Teilfläche der Kathode ausgehenden Elektronenstrom abhängig ist.

2. Photoelektrische Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmig ausgebildete neutrale Elektrode eine öffnung besitzt, durch die die von der belichteten Teilfläche der Kathode ausgehenden Elektronen hindurchtreten können.

3. Photoelektrische Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ablenkung des von der nicht belichteten Teilfläehe der Photokathode ausgehenden thermischen Elek-

tronenstromes an entsprechenden Potentialen liegende Ablenkelektroden dienen.

4. Photoelektrische Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkmittel aus einem zu den übrigen Elektroden koaxialen Zylinder bestehen.

5. Photoelektrische Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkmittel aus mehreren, beispielsweise vier symmetrisch zur Achse angeordneten ebenen oder ge- ίο krümmten Elektroden bestehen.

6. Photoelektrische Einrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektroden als Photokathoden ausgebildet sind.

7. Photoelektrische Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Ablenkelektroden lichtdurchlässig ist.

8. Photoelektrische Einrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von vier Ablenkelektroden entweder alle

oder je zwei gegenüberliegende auf gleichem Potential liegen.

9. Photoelektrische Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektroden als metallischer Belag auf die Glaswand des die photoelektrische Einrichtung enthaltenden Gefäßes aufgebracht sind.

10. Photoelektrische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenfläche unterteilt ist und daß ihre einzelnen Teile gleichzeitig als Elektroden zur Unterdrükkung des thermischen Dunkelstromes wirken.

11. Photoelektrische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anode aus mehreren auf verschiedenen Potentialen liegenden, beispielsweise ringförmig ausgebildeten Teilen besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 893 239.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 809 507/325 4.58