DE1062355B - Photoelektronenvervielfacher mit Dynoden-Kaskade - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Photoelektronenvervielfacher mit einer Dynoden-Kaskade, bei der als Träger der sekundäremittierenden Dynodenflächen in einem ringförmigen Rahmen und im Abstand voneinander an-

die von dem Rahmen so werden, daß die sekundäremittierenden Flächen zur Achse des Rahmens geneigt sind.

In elektrostatischen Photoelektronenvervielfachern werden die Elektronen, die auf Grund der einfallenden Strahlung von der Photokathode ausgehen, gegen die erste einer Reihe von Dynoden (Sekundäremissions-Elektroden) beschleunigt, die mit wachsenden Potentialen hintereinandergeschaltet sind. Diese Dynoden erzeugen bei einem Einfall weniger Elektronen eine große Zahl von Sekundärelektronen. Durch Hintereinanderschaltung solcher Dynoden kann ein Elektronenfluß von der letzten Dynode zur Vervielfacheranode erzeugt werden, dessen Größe der Zahl der von der Photokathode emittierten Elektronen proportional ist, dessen Intensität aber millionenfach oder stärker vergrößert ist. Photoelektronenvervielfacher ermöglichen deshalb die Umwandlung von Lichtimpulsen in elektrische Signale von ausreichender Intensität.

geordnete Streifen dienen
gehalten

In den bislang bekannten Photoelektronenvervielfächern wird dieser Vorgang zumeist durch eine Vielzahl von Fehlerquellen beeinträchtigt, von denen einige besonders ins Gewicht fallen. So läßt sich in solchen V ervielf achern ein völliges Vakuum für längere Zeit nicht aufrechterhalten; die vorhandenen Restgase werden dann durch die beschleunigten Elektronen ionisiert. Ein positives Gasion kann aber durch Auffall auf die Photokathode eine Elektronenemission verursachen, wodurch fälschlicherweise ein Impuls erzeugt wird. Diese Störung wird häufig als »Ionenrückfluß« bezeichnet.

Eine zweite Fehlerquelle kann auf den Potentialgradienten an der Oberfläche einer Dynode zurückgehen. Überschreitet dieser eine bestimmte Größe, können Elektronen durch einen als »kalte Emission« oder »Feldemission« bekannten Prozeß in Freiheit gesetzt werden. Dieser Fehler entsteht besonders bei einer nicht linearen Änderung des Potentials entlang der Elektronenbahn zwischen zwei aufeinanderfolgenden Dynoden.

Ein weiterer Störeffekt kann von der isolierenden Glashülle des Photoelektronenvervielfachers und den in ihm angebrachten isolierenden Teilen herrühren. Da aufeinanderfolgende Dynoden auf verschiedenen Potentialen gehalten werden müssen, ist häufig ein freier Raum zwischen solchen Dynoden vorgesehen, durch den die Elektronen mit Hilfe fokussierender Einrichtungen geleitet werden. Da diese Fokussierung nie völlig exakt sein kann, fallen in den Dynoden-Photoelektronenvervielfacher
mit Dynoden-Kaskade

Anmelder:

Schlumberger Well Surveying Corporation, Houston, Harris, Tex. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Schwelm (Westf.), Drosselstr. 31

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 26. Dezember 1955

Andre Lallemand_r Paris,
ist als Erfinder genannt worden

zwischenräumen immer einige Elektronen auf die Glaswand, wodurch Sekundärelektronen erzeugt und zur Anode geführt werden. Es entsteht so eine positive Aufladung der Oberflächen isolierender Teile, die ausreichen kann, um zu einer »kalten Emission« zu führen, wodurch wieder Fehlimpulse entstehen.

Solche Fehlimpulse können auch von einer Vibration der Dynodenteile herrühren, welche die Elektronenbahn beeinflußt.

Gegenstand der

vorliegenden Erfindung ist ein

neuer verbesserter Photoelektronenvervielfacher, m dem die oben beschriebenen Fehlerquellen weitgehend zurückgedrängt oder völlig beseitigt sind.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch koaxial ausgerichtet angeordnete Abstandhalter je Dynode und durch Tragringe, die zwischen den Endflächen benachbarter Abstandhalter liegen und zur axialen Ausrichtung der Dynoden und Abstandhalter mit entsprechenden Rahmen im Eingriff sind, und dadurch, daß die Bereiche zwischen den Dynoden durch die Abstandhalter umschlossen werden und die Tragringe als leitende Bahnen zwischen den Abstandhaltern der Zuführung von Spannungen zu den Dynoden dienen.

Ein gemäß der Erfindung gebauter Photoelektronenvervielfacher zeichnet sich durch hohe Empfindlichkeit und Betriebsstabilität aus und bildet eine einfache, wenig störanfällige Konstruktion. Die Anordnung der Abstandhalter, von denen der Raum zwischen aufeinanderfolgenden Dynoden umschlossen wird, ergibt einen gleichmäßigen Potentialgradienten zwischen

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aufeinanderfolgenden Dynoden und ermöglicht, von der vorgesehenen Bahn zwischen zwei Dynoden abweichende Teilchen an der Innenwand der Abstandhalter zu entladen, so daß ein positiver Ionenrückfluß ausgeschlossen ist.

Vorteilhaft können die streifenförmigen Dynodenträger auf den den sekundäremittierenden Flächen gegenüberliegenden Flächen Schichten aufweisen, die aus Gettermaterial zur Adsorption gasförmiger Ionen bestehen.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausbildungsform der Erfindung können die Abstandhalter aus einem Isoliermaterial bestehen, das mit einer gleichmäßigen Schicht relativ hohen Widerstandes belegt ist.

Ferner kann zweckmäßig der ringförmige Rahmen einen Drahtring und einen nach innen geöffneten Kanal aufweisen, der den Drahtring umfaßt, wobei die Dynodenstreifen an den beiden Enden Ansätze haben, die zwischen dem Kanal und dem Drahtring befestigt sind.

Schließlich kann in einer weiteren Ausführungsform ein gemäß der Erfindung aufgebauter Photoelektronenvervielfacher vorteilhaft eine Kathode, eine Anode und eine Hülle aufweisen, die von wenigstens zwei Tragringen axial gegenüber den Abstandhaltern ausgerichtet gehalten wird und die Kathode und die Anode dicht mit den Dynoden umschließt.

Die Erfindung und weitere mit ihr zusammenhängende Merkmale sind an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht des verbesserten Photoelektronenvervielfachers, in der die Hülle zum Teil weggelassen ist, um die Konstruktion im Innern zu zeigen,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der ersten Dynode, wobei einige Teile im Schnitt gezeigt werden,

Fig. 3 einen Schnitt aus Fig. 1 längs der senkrechten Achse, der nur den unteren Teil des Vervielfachers darstellt, zusammen mit einem Schema der zugehörigen Schaltung und

Fig. 4 eine schematische Ansicht des Photoelektronenvervielfachers, um seine Schaltung zusammen mit repräsentativen Bahnen der geladenen Partikel zu zeigen.

In allen Zeichnungen werden gleiche Zahlen zur Kennzeichnung gleicher Elemente benutzt. Zu dem in Fig. 1 dargestellten Vervielfacher gehört eine evakuierte Hülle 10, in der sich eine Photokathode 11, eine Anordnung von Vervielfacherelementen 12 und eine Anode 13 befinden. Die Hülle 10 ist zumeist von zylindrischer Gestalt und besteht aus einem Material, das widerstandsfähig gegen äußeren Druck ist und elektrisch isoliert, wie etwa druckfestes Glas. An einem Ende des Vervielfachers besitzt die Hülle 10 ein für Strahlung durchlässiges Fenster 14.

Die Innenseite des Fensters 14 trägt eine Grenzschicht 15 und die lichtempfindliche Schicht 16 der Photokathode 11. Die Grenzschicht 15 muß für die Strahlung, die auf die Schicht 16 einwirkt, durchlässig sein. Am besten wird die aus einem elektrisch leitenden Material bestehende Schicht 15 unmittelbar auf die Innenfläche des Fensters 14 aufgetragen. Sie dient zur chemischen Isolation des lichtempfindlichen Materials der Schicht 16 gegen Bestandteile des Fensters 14. wie etwa Boroxyd.

Ein Eeiter 17 verbindet die Photokathode 11 über ein Band 18 aus Silberfolie an der Innenseite der Hülle 10 mit der später beschriebenen elektrischen Schaltung außerhalb des Vervielfachers. Der Außenanschluß des Leiters 17 befindet sich an der Basis 19 des Verstärkers.

Eine Vielzahl bekannter Stoffmischungen ist als Material für die lichtempfindliche Schicht 16 geeignet. Sie sollen auf den Einfall von Strahlung durch das Fenster 14 und die Schicht 15 hin Photoelektronen aussenden. So kann z. B. die lichtempfindliche Schicht 16 bestehen aus Cäsium—Antimon, Natrium—Antimon oder irgendwelcher Legierungen von Alkalien oder Erdalkalien mit Antimon, Schwefel, Selen, Tellur, Wismut, Taliium oder Blei.

Zur ausreichenden Verstärkung des durch die Photoelektronen repräsentierten Impulses umfaßt der Elektronenvervielfacher 12 eine Reihe von Dynoden 20 a, 20 b . . . 20;' und 20/;· zwischen Photokathode 11 und Anode 13, wobei sich die erste Dynode 20 a an die Photokathode 11 anschließt. Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, besitzt die erste Dynode 20 α einen Tragring 22 a, eine Plankonvexlinse 23 a und einen Abstandhalter 24 a.

Ring 22 a dient zur Halterung und Zentrierung der Dynode 20 a auf die Achse der Hülle 10. Dazu besitzt er eine dünne, flache Ringscheibe 26 aus isolierendem Material, wie etwa Glimmer, mit einer periodisch ausgeschnittenen kreisförmigen äußeren Begrenzung 27, die fest an der Innenwand der Hülle 10 anliegt, und einer kreisförmigen inneren Begrenzung 28, die von einer Umbördelung 29 eines Ringstreifens 30 gehalten wird. Dieser Streifen besteht aus einem leitenden Material, wie Aluminium. Die Bördelung 29 bildet einen nach innen etwas überstehenden Ring 31. Die Oberseite des Ringes 30 bildet eine ebene Ringscheibe 32 für die A^erbindung mit der Linse 23 a, die später beschrieben wird. Dieser Ring 32 überlappt die Isolationsringscheibe 26. Der Ring 30 bildet eine leitende Verbindung zwischen der Außenfläche 33 seines unteren zylindrischen Teiles und seinem oberen Teil 32. An der äußeren Begrenzung 27 der Isolierringscheibe sind Kreisabschnitte auegeschnitten, um die Leiter 35 sowie andere nicht gezeigte Überstützungseinrichtungen längs der Innenwand der Hülle 10 in axialer Richtung zur Basis 19 zu führen.

Die Plankonvexlinse 23 a bildet, wie der Tragring 22 a, eine einheitliche Konstruktion und ist für eine leichtlösbare Verbindung mit dem Tragring 22 a eingerichtet. Die Linse umfaßt einen festen Ringrahmen 37 von rundem, in axialer Richtung abgeflachtem Querschnitt aus einem leitenden Material, z.B. Nickel. Um diesen Ring 37 liegt ein Ring 38 von U-förmigem Querschnitt mit der offenen Seite nach innen, dessen obere und untere Seite fest an die abgeflachten Seiten des Rahmens 37 angepaßt sind. Auch dieser Teil 38 ist leitend.

Zwischen der oberen Seite des Rahmens 37 und dem Ring 38 sind die in radialer Richtung gebogenen Enden 39 von feinen Drähten 40 eingeklemmt. Zwischen den Enden sind die Drähte halbkreisförmig nach oben gebogen, wobei die Flächen, in denen diese Halbkreise liegen, parallel zur Achse verlaufen. So wird insgesamt eine relativ offene sphärische Drahthaube gebildet, deren konvexe Seite zur Photokathode 11 zeigt.

Zwischen der unteren Fläche des Rahmens 37 und der inneren Fläche des U-Ringes 38 sind schmale Blechnasen eingeklemmt, an denen die Enden der Dynodenstreifen 43 befestigt sind. Diese Streifen werden so parallel zueinander, innerhalb der durch den Rahmen 37 gebildeten Öffnung gehalten. Die Streifen 43 sind gegen die horizontale Ebene der Nasen 42 um einen Winkel versetzt, etwa um 45° gegen die Linsen-

achse, so daß die für die Sekundäremission vorgesehene Oberfläche 44 den Photoelektronen zugewandt ist, die unter einen entsprechenden Winkel von der Photokathode 11 her einfallen. Um eine gute Sekundäremission zu gewährleisten, besteht diese obere Fläche 44 der Streifen 43 etwa aus einer Silber-Magnesium-Legierung.

Um den Ionenrückfluß zur Photokathode 11 möglichst klein zu halten, bestehen sowohl die Drähte 40 als auch· die Unterflächen der Dynodenstreifen 43 aus einem Metal; mit Gettereigenschaft, d. h. der Eigenschaft, auffallende positive Gasionen zu entladen und zu adsorbieren. Materialien mit solchen Qualitäten enthalten Titan, Molybdän, Zirkon, Tantal, Palladium und andere. An der Unterseite des U-Ringes 38 ist ein Drahtring 47 befestigt, der so groß ist, daß er gut in den nach innen vorgewölbten Teil 29 des Tragringes 22 a paßt, wenn die Unterseite 46 auf der Ringfläche 32 aufliegt. An der Unterseite 46 ist ferner eine Zahl von Federn 48 befestigt, die annähernd tangential zum Ring 38 gerichtet sind. Wenn die Linse 23 c mit dem Tragring 22 υ zusammengedrückt wird, greifen die Federn 28 unter den vorgewölbten Teil 29 des Tragringes, wobei sie sich fest gegen den Zylinderteil 31 des Tragringes 22 a pressen und so diesen und die Linse 23 a in festen Kontakt miteinander bringen. Dadurch wird eine gute elektrische Verbindung bewirkt, so daß die ganze Linse 23 und der Ringteil des Tragringes 22 a das gleiche elektrische Potential aufweisen. Der restliche Teil der Dynodeneinheit 20 a, der Abstandhalter 24 a, hat die Form eines zylindrischen Ringes mit einem inneren Durchmesser, der groß genug ist, den Teil 30 des Tragringes 22 a in sich aufzunehmen. Nach Ineinanderschieben beider Teile liegt die Isolierringscheibe 26 des Tragringes 22 α auf der Oberfläche 49 des Abstandhalters 24a auf. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, vermag der Abstandhalter 24 a auch die Linse 23 b der zweiten Dynode 20 b in sich aufzunehmen. Die Unterseite 50 des Abstandhalters liegt dann auf der Ringfläche 32 des Tragringes der zweiten Dynode 20 b auf.

Um den Potentialgradienten zwischen aufeinanderfolgenden Dynoden besonders gleichförmig zu halten, besteht der Abstandhalter 24 a aus einem Material geringer Leitfähigkeit. Da das elektrostatische Feld sich im Inneren des Abstandhalters befindet und da die Innenfläche des Abstandhalters in festem Kontakt sowohl mit dem Teil 30 des Tragringes als auch mit dem U-Ring 38 der Linse steht, ist es nur erforderlich, daß die Innenfläche eine konstante Leitfähigkeit aufweist. Deshalb kann der Abstandhalter aus einem isolierenden Material, wie Glas, Keramik oder etwas ähnlichem, bestehen, dessen Innenfläche einen Überzug 51 aus leitendem Material aufweist. Dieser Überzug kann z. B. aus aufgedampftem Gold oder Silber oder, falls gewünscht, einem Gettermaterial von der erforderlichen Leitfähigkeit bestehen. Darüber hinaus kann auch die Masse des Abstandhalters 24 selbst etwas leitend sein. Die Leitfähigkeit des Abstandhalters 24 hängt von dem durch die Dynoden gehenden Strom und der Potentialdifferenz zwischen benachbarten Dynoden ab, sein Widerstand liegt in der Größenordnung von 200 kß bei 150 bis 250 Volt Spannungsdifferenz zwischen benachbarten Dynoden. Zweckmäßig besitzt das Material einen geringen Temperaturkoeffizienten für die Leitfähigkeit, besonders wenn der Vervielfacher im Bereich verschieden höher Temperaturen eingesetzt werden soll.

Die vorangegangene Beschreibung der Dynode 20 a gilt in ähnlicher Form für die Dynoden 20 & bis 20 i.

Ein Unterschied besteht nur darin, daß die Abstandhalter der unteren Dynoden kürzer und die Drahthauben der Linsen flacher, d. h. von größerem Krümmungsradius der Drähte werden. Der Abstandhalter 24 j ist darüber hinaus mit einer seitlichen Öffnung 52 versehen.

Die Anode IS_j die am besten aus parallelen Drähten besteht, wie die Fig. 1 zeigt, liegt in einem leitenden Zylinder 53, einem »Faraday-Käfig«, mit einer Öffnung 54. Ein Zuführungsdraht 55, der durch eine Durchführung 56 der Basis 19 und durch die Öffnungen 52 und 54 läuft, hält die Anode 13 fest. Der Zylinder 53 kann leitend an die Dynode 20 k angeschlossen sein. Zur wirksamen Erzeugung von Sekundärelektronen aus der letzten Dynode 20 k ist diese Dynode als kreisrunde Platte ausgebildet, die dicht unter der Drahtanode 13 liegt. Der Rand der Dynode 20 k liegt innerhalb des zylindrischen Ringes mit der Öffnung 52 und hat elektrischen Kontakt mit dessen innerer leitenden Getterschicht 51. Ein Leiter 57, der durch die Durchführung 58 der Basis 19 geht, steht in elektrischer Verbindung mit der Dynode 20 k und trägt sie gleichzeitig mechanisch.

Der widerstandsfähige Aufbau dieses Photoelektronenvervielfachers beruht auf der dichten Verbin dung zwischen Isolierringscheibe 26 und der Innenwand der Hülle IO_j, der leichten Verbindungsmöglichkeit von Linse, Tragring und iVbstandhalter zur folgenden Dynode sowie der festen Halterung durch die Zuleitungen 35, 55 und 57, die aus den Durchführungen 36, 56 und 58 der Basis 19 heraufgezogen werden. Die lineare Anordnung der Dynoden erleichtert darüber hinaus die Herstellung der Dynodeneinheiten im Hinblick auf ein gutes Eingepaßtsein dieser Einheiten ineinander. Falls es notwendig ist, können zusätzliche Zuleitungen (nicht gezeigt) zu jeder der Dynoden 20 b bis 20; in der gleichen Weise wie der Leiter 35 zu der Dynode 20 a geführt werden, wodurch die Festigkeit des ganzen noch gesteigert wird.

Wie im folgenden ausführlicher beschrieben werden soll, sind diese zusätzlichen Leiter jedoch zur Erzeugung geeigneter Potentiale an einzelnen Dynoden wegen des Vorhandenseins leitfähiger Abstandhalter nicht notwendig, können aber trotzdem mit dazu verwendet werden. Die Energie des Vervielfachers wird in Fig. 3 von einer Gleidhstromquelle 60 geliefert, die mit einem Potentiometer verbunden ist, dessen negatives Ende mit dem Leiter 17 und dessen positive Seite über den Widerstand 59 mit der Anode 13 verbunden ist. Nahe dem positiven Ende besitzt das Potentiometer einen Anschluß 62 für den Leiter 57., wodurch das Potential der letzten Dynode 20 k weniger positiv als das der Anode 13 ist. Über einen Anschluß, wie etwa den Kondensator 63, der mit der Anode 13 in Verbindung steht, wird das im Widerstand 59 entstehende Signal zu einem Anzeigekreis oder etwas Ähnlichem (nicht gezeigt) geleitet. Der Leiter 35 verbindet die erste Dynode 20 α mit einem Anschluß 65 nahe dem negativen Ende des Potentiometers 61. Dadurch wird zwischen der ersten Dynode 20 a und der Photokathode 11 eine feste Potentialdifferenz aufrechterhalten, die eine ausreichende Beschleunigung der aus der Photokathode austretenden Photoelektronen gewährleistet. Falls gewünscht, können zusätzliche Leiter ähnlich dem Leiter 35 mit den Dynoden 20 b bis 24verbunden werden, die andererseits zu geeigneten Anschlußpunkten des Potentiometers 61 geführt werden. Jedoch sind solche zusätzlichen Verbindungen im Hinblick auf den leitenden Charakter der Abstandhalter weitgehend überflüssig.

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In Fig. 4 sind die Abstandhalter 24a bis 24i schematisch als Widerstände dargestellt, die die aufeinanderfolgenden Dynoden 20 a, 20 b . . . 20 j und 20 k miteinander verbinden. Diese Wiedergabe verdeutlicht besonders klar die Bedeutung der Abstandhalter für die Gewährleistung sukzessiv wachsender Potentiale, beginnend von der Photokathode 11 über die Reihe der Dynoden bis zur Anode 13. Wegen der Leitfähigkeit der Innenseite der Abstandhalter sorgen sie darüber hinaus für einen gleichförmigen Potentialgradienten in axialer Richtung längs der Wandung. Die Wirkung der Abstandhalter in Verbindung mit den Plankonvexlinsen, durch die die Reihe der Dynoden gebildet wird, kann durch die Wiedergabe der Bahnen 67 einer Elektronen-Kaskade veranschaulicht werden, die durch ein einzelnes Photoelektron 68 ausgelöst wird, das die Kathode 11 aussendet. Ebenso' veranschaulicht die Wiedergabe der Bahnen 69 positiver Ionen 70, die durch Stöße beschleunigter Sekundärelektronen gegen Gasmolekeln entstehen, die Wirkung des Vervielfachers auf solche Teilchen. Diese positiven Ionen, in Fig. 4 mit einem Pius-Zeichen gekennzeichnet, sind dargestellt, wie sie in einem Falle auf einen Draht 40 der Drahthaube der Dynode 20 t' und im anderen Falle auf die Unterseite eines Dynoden-Streifens 43 der zweiten Dynode 20 b auftreffen. Es sei angemerkt, daß natürlich nur ein Bruchteil der wirklichen Elektronenbahnen wiedergegeben werden kann und daß die hohe Vervielfacherwirkung pro Stufe eine übersichtliche Wiedergabe der Wege durch die ganze Stufenfolge der Dynoden hindurch verbietet.

Im Betrieb bewirkt die gleiche Stromquelle 60 ein positives Potential an der Anode 13, ein weniger positives an der Dynode 20 k und ein negatives an der Photokathode 11. Ein etwas weniger negatives kann zudem an die erste Dynode 20 a gelegt werden. Jedesmal, wenn Photonen oder andere Träger von Strahlungsenergie auf die Photokathode 11 auffallen, werden Photoelektronen emittiert und in Richtung des höheren Potentials zur ersten Dynode gezogen. Sobald diese Photoelektronen sich der konvexen Seite der Drahthaube 40 nähern, werden sie nach innen zur Achse der Röhre und der ersten Linse gelenkt. Das beruht auf der Konvergenz des elektrischen Feldes innerhalb der Linsen, das durch die Haubenkrümmung hervorgerufen wird. So werden die Photoelektronen elektrostatisch in Achsenrichtung gelenkt, wodurch die Sammelwirkung der ersten Dynode verstärkt und das Auftreffen von Photoelektronen auf die Hülleninnenwand verhindert wird.

Die meisten Photoelektronen fallen auf die Emissionsflächen der Streifen 43, wodurch Sekundärelektronen erzeugt werden. Da die Zahl der Sekundärelektronen im allgemeinen das Vierfache der Zahl der auffallenden Photoelektronen beträgt, müssen die der Differenz entsprechenden Elektronen von der Spannungsquelle 60 durch den Leiter 35 zu der Dynode 20a fließen. Zu gleicher Zeit werden die Sekundärelektronen in konvergierendem Strom zur zweiten Dynode 20?» gezogen, wo sich der Vorgang der Sekundäremission wiederholt, dieser Prozeß pflanzt sich kaskadenartig über die ganze Reihe der Dynoden fort. Schließlich fällt ein Teil der Sekundärelektronen der Dynode 20 / direkt auf die Anode 13 ein, während der wahrscheinlich größere Teil durch die Anode 13 hindurchtritt und durch Auf treffen auf die Dynode 20 k noch zusätzlich Sekundärelektronen produziert. Alle Sekundärelektronen bewirken schließlich einen elektrischen Fluß zur Anode 13, wodurch ein Strom er- : 355

zeugt wird, dess'en Stärke proportional der Intensität der auf die Photokathode 11 auffallenden Strahlung ist. Der Abzug von Elektronen durch die Sekundäremission bewirkt eine positve Aufladung jeder Dy- > node, zu deren Ausgleich Elektronen von der Spannungsquelle durch den Leiter 35 und die Abstandhalter zu den Dynoden fließen, wodurch ständig die Höhe des Potentials jeder Dynode konstant gehalten wird.

Treffen trotz der konvergierenden Felder der Linsen Elektronen auf die Innenwandungen der Abstandhalter auf, bewirkt die Leitfähigkeit der Abstandhalter eine Entladung dieser Elektronen durch die letzte Dynode 20 k, die mit dem Potentiometeranschluß 62 in Verbindung steht. Da die Leitfähigkeit der Abstandhalter genügend groß ist, um einen ausreichenden Strom von der letzten zur ersten Dynode fließen zu lassen, hat der sehr kleine zusätzliche Strom, der auf das Auffallen von Elektronen auf die Innenwandungen zurückgeht, keine wesentlichen Wirkungen auf den fehlerlosen Betrieb des Vervielfachers.

Innerhalb der Linsen erhalten die Elektronen im allgemeinen ihre höchste Geschwindigkeit auf Grund des beschleunigenden Potentials von Drahthaube und Dynodenstreifen. Dementsprechend findet die Ionisation von Molekeln des Restgases besonders in diesen Gebieten statt. Um den Rückfluß von positiven Gasionen zur Photokathode 11 zu verhindern, sind die Oberflächen, auf die solche positiven Ionen auftreten können, zur Adsorption und Entladung dieser Ionen eingerichtet. So können die positiven Ionen auf die Unterseiten 45 der Dynodenstreifen oder auf die Drähte 40 der Drahthauben auffallen, die beide aus GettermateriaI bestehen. So werden ein Ionenrückfluß und die damit verbundene Instabilität vermieden. Es mag erwähnt werden, daß die Drahthaube jeder Dynode, die das Potential der entsprechenden Emissionsfläche besitzt, sowohl die Sammlung von Sekundärelektronen als auch ihre Ausbeute verstärkt.

Falls die Hülle des Vervielfachers äußeren Stoßoder Schwingungskräften ausgesetzt ist, übertragen sich diese Kräfte, über die Tragringe 22 a ... 22 j auf die fest damit verbundenen Linsen und Abstandhalter, so daß die ganze Anordnung einer gleichförmigen Bewegung unterliegt.

Wie besonders aus Fig. 4 hervorgeht, bewirkt die Linsenstruktur einen größeren Potentialgradienten längs der Achse der Röhre als in axialer Richtung außerhalb der Achse, allerdings nur für jeweils kürzere Entfernungen. Wenn gesagt wurde, daß die Abstandhalter eine größere Gleichförmigkeit des Potentialgradienten bewirken, ist dies so zu verstehen, daß der PotcntiaIgradient in axialer Richtung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Linsen oder Dynoden immer konstant ist, daß jedoch die Gradienten längs benachbarter Wege größer oder kleiner sein können.

Es ist offensichtlich, daß über die beschriebene Ausführungsform der Erfindung hinaus zahlreiche weitere Modifikationen möglich sind, denen die Erfindungsprinzipien zugrunde liegen. So kann an die Stelle einer auf die Innenseite des Fensters 14 aufgetragene Photokathode eine Kathode vor der ersten Dynode treten, die im Brennpunkt eines optischen Systems vom Schmidt-Typ steht, das mit der Lichtquelle gekoppelt ist. Die sphärische Drahthaube, die die konvexe Oberfläche einer elektrostatischen Linse bildet, kann aus einem gewebeartigen Drahtnetz bestehen. An Stelle der Belegung der Unterseiten der Drähte 40 und der Dynodenstreifen 45 aller Dynoden mit Getter-

Claims (5)

material kanu eine solche Belegung nur bei den letzten fünf Dynoden erfolgen, in denen eine Ionisation am ehesten auftritt. Wenn es wünschenswert erscheint, kann ein Überzug von geringer Leitfähigkeit, ähnlich dem Überzug 51, auf die Innenseite des Zylinders 53 aufgetragen werden, um das Auftreten von Ionenrückströmen innerhalb der Röhre weiter zu reduzieren. Bei einer geeigneten Schaltung läßt sich die Gleichstromquelle durch eine Wechselstroinquelle ersetzen. Selbstverständlich kann die Röhre aus mehr oder weniger Dynoden als hier geschildert aufgebaut sein. Patentansprüche:

1. Photoelektronenvervielfacher mit einer Dynoden-Kaskade, bei der als Träger der sekundäremittierenden Dynodenflächen in einem ringförmigen Rahmen und im Abstand voneinander angeordnete Streifen dienen, die von dem Rabmen so gehalten werden, daß die sekundäremittierenden Flächen zur Achse des Rahmens geneigt sind, gekennzeichnet durch zylindrische, koaxial ausgerichtet angeordnete Abstandhalter je Dynode und durch Tragringe, die zwischen den Endflächen benachbarter Abstandhalter liegen und zur axialen Ausrichtung der Dynoden und Abstandhalter mit entsprechenden Rahmen im Eingriff sind und dadurch, daß die Bereiche zwischen den Dynoden durch die Abstandhalter umschlossen werden und die Tragringe als leitende Bahnen zwischen den Abstandhaltern der Zuführung von Spannungen zu den Dynoden dienen.

2. Photoelektronenvervidfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmigen Dynodenträger auf den den sekundäremittierenden Flächen gegenüberliegende Flächen Schichten aufweisen, die aus Gettermaterial zur Adsorption gasförmiger Ionen bestehen.

3. Photoelektronenvervielfacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter aus einem Isoliermaterial bestehen, das mit einer gleichmäßigen Schicht relativ hohen Widerstandes belegt ist.

4. Fotoelektronenvervielfacher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Rahmen einen Drahtring und einen nach innen geöffneten Kanal aufweist, der den Drahtring umfaßt, wobei die Dynodenstreifen an den beiden Enden Ansätze haben, die zwischen dem Kanal und dem Drahtring befestigt sind.

5. Photoelektronenvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kathode, eine Anode und eine Hülle, die von wenigstens zwei Tragringen axial gegenüber den Abstandhaltern ausgerichtet gehalten wird und die Kathode und die Anode dicht mit den Dynoden umschließt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Glas und Hochvakuumtechnik, 2 (1953), S. 241 bis 247;

Zeitschrift für angewandte Physik, VIII (1956), S. 303 bis 312;
Trans. IRE of nuclear science (1956), S. 141/142.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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