DE1120028B - Mit elektrischen und magnetischen Feldern arbeitender Sekundaerelektronenvervielfacher - Google Patents

Description

INTERNAT. KL. HOIj

DEUTSCHES

PATENTAMT

B 57756 VIII c/21g

ANMELDETAG: 6. MAI 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT·. 21. DEZEMBER 1961

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Sekundärelektronenvervielfacher. Derartige Vervielfacher bestehen im allgemeinen aus einer Platte oder einer Serie von Platten, von denen eine mit einem sekundäremissionsfähigen Belag bedeckt ist und eine vorzugsweise plane »Multiplikationsfläche« bildet. Zwischen verschiedenen Punkten dieser Fläche und einer oder mehreren der genannten Platten wird eine Spannung angelegt, so daß ein beschleunigendes elektrisches Feld entsteht, das in Verbindung mit einem senkrecht dazu verlaufenden magnetischen Feld die Sekundärelektronen jeder Zone der Multiplikationsfläche zu der folgenden Zone auf Kurven führt, die gemäß den Gesetzen der Dynamik Zykloidenbögen sind. Diese Anordnung ist in einem evakuierten Gehäuse eingeschlossen, das weiter an einem Ende eine Primärteilchen aussendende Quelle, etwa eine Elektronen emittierende Kathode, enthält, welche Teilchen gegen die erste Zone der Multiplikationsfläche emittiert. Am anderen Ende ist eine Elektrode angeordnet, die die von der letzten Zone der Multiplikationsfläche ausgehenden Sekundärelektronen sammelt.

Die Emfindlichkeit eines derartigen Sekundärelektronenvervielfachers wird wie die aller Entladungsröhren durch das Restrauschen und die Anwesenheit von parasitären Signalen begrenzt. Untersuchungen des Erfinders haben nun ergeben, daß eine der Hauptursachen für das Rauschen und die Anwesenheit der parasitären Signale in derartigen Sekundärelektronenvervielfachern eine Zirkulation von parasitären Teilchen unterschiedlicher Herkunft, wie etwa entwichenen Elektronen, Ionen und Photonen ist, die sich unter dem Einfluß der beschleunigenden Felder außerhalb der eigentlichen Beschleunigungsbahn zwischen der Multiplikationsfläche und der Gegenelektrode ausbreiten. Es scheint, daß diese Teilchen einen geschlossenen Kreis zwischen den äußeren Zonen der Multiplikationsfläche und einer äußeren Bahn durchlaufen. Dadurch bildet sich ein geschlossener Stromkreis, der die Wirkungsweise des Sekundärelektronenvervielfachers nachteilig beeinflußt.

Es sind bereits Sekundärelektronenvervielfacher der genannten Art bekanntgeworden, bei denen die Elektroden gleichzeitig als Blenden ausgebildet sind. Die Blenden erstrecken sich jedoch nicht bis zum Rand des Kolbens, so daß dort umherirrende Elektronen nicht abgefangen werden.

Weiter sind Sekundärelektronenvervielfacher bekannt, die mit bis zum Kolbenrand reichenden Blenden versehen sind, bei denen jedoch kein führendes Mit elektrischen und magnetischen Feldern arbeitender Sekundärelektronenvervielfacher

Anmelder: The Bendix Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank. Patentanwalt, Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 7. Mai 1959 (Nr. 811 751)

magnetisches Feld verwendet wird, so daß die Blenden nur die Aufgabe haben, ein Divergieren des Elektronenstrahles zu verhindern.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem unter Ausnutzung von elektrischen und magnetischen Feldern arbeitenden Sekundärelektronenvervielfacher, der in einem evakuierten Kolben eine Primärteilchen emittierende Quelle, ferner zwei Platten mit einander zugekehrten, mit Widerstandswerkstoff bedeckten Flächen, an deren Enden je ein elektrisches Potential angelegt ist und von denen mindestens eine eine Sekundäremissionsfläche ist, und eine Sammelelektrode enthält, wobei das an jede der beiden bedeckten Flächen angelegte Potential dazu vorgesehen ist, um ein elektrostatisches Feld zwischen den beiden einander zugekehrten Flächen zu erzeugen, das zusammen mit einem dazu senkrechten magnetischen Feld die durch den Aufprall der Primärelektronen auf die Sekundäremissionsfläche erzeugten Sekundärelektronen auf eine Zykloidenbahn längs der Sekundäremissionsfläche beschleunigt, den genannten störenden Einfluß auf die parasitären Teilchen zu überwinden. Dies wird erfindungsgemäß durch mindestens eine an sich bekannte Blende erreicht, die innerhalb des Kolbens die beiden Platten eng umschließend angeordnet ist und den Raum zwischen den äußeren Flächen der Platten und dem Kolben ausfüllt.

Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist eine Blende nahe jedem Ende und eine Blende nahe der Mitte des Vervielfachers vorgesehen.

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Im folgenden seien einige Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische und perspektivische Darstellung eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Sekundärelektronenvervielfachers,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch den Sekundärelektronenvervielfacher nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt entsprechend Fig. 2, in den die Zykloidenflugbahnen der Sekundärelektronen eingezeichnet sind,

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch den Vervielfacher nach Fig. 1 entlang der Linie 4-4 in Fig. 3 und

Fig. 5 eine Darstellung entsprechend der Fig. 2 mit drei Blenden.

Der in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Sekundärelektronenvervielfacher enthält im Inneren des evakuierten Gehäuses 9 zwei Platten 14 und 16, die durch Isoliermaterial, vorzugsweise Bakelit, in einem Abstand von etwa 6 mm voneinander gehalten werden. Die einander gegenüberliegenden Flächen dieser beiden Platten sind mit Belägen 18 und 20 bedeckt, die aus einem Metalloxyd, vorzugsweise Zinnoxyd oder einer Substanz auf Kohlenstoffbasis bestehen, die die Eigenschaft haben, Sekundärelektronen zu emittieren und die gleichzeitig einen sehr hohen und gleichmäßigen Widerstand haben. Die beiden Enden der Platten sind mit elektrischen Kontakten 22, 24 und 26, 28, vorzugsweise aus Silber, versehen.

An dem einen Ende des Sekundärelektronenvervielfachers ist in Verlängerung der Platte 20 eine Kathode 10 und an dem anderen Ende eine Sammelelektrode 30 quer zu den beiden Platten angeordnet.

Ein durch die Polschuhe 36 schematisch angedeuteter Elektromagnet ruft ein Magnetfeld mit einer Stärke von etwa 300 Gauß senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 2 und 3 hervor.

Die verschiedenen Elektroden des Sekundärelektronenvervielfachers sind mit einer Gleichspannungsquelle 34 verbunden, die den einzelnen Elektroden folgende Spannung zuführt: Der Platte 22: +1500VoIt, der Platte 24: 1500 Volt, der Platte 26: 0 Volt (diese Platte ist mit Masse verbunden) und der Platte 28: -3000VoIt.

An der Kathode 10 liegt eine Spannung von z. B. — 3200 Volt und an der Anode 30 über den Widerstand 32 eine Spannung von + 1500 Volt.

Der Widerstand der Beläge 18 und 20 ist so ausgewählt, daß durch jeden der Beläge ein Strom in der Größenordnung von Milliampere fließt. Die Spannungen an den einzelnen Elektroden sind so gewählt, daß der Spannungsabfall über die Länge jeder Platte die gleiche Höhe hat (3000 Volt). Da die Spannungsabfälle bei beiden Platten aber von verschiedenen Spannungen ausgehen, besteht zwischen zwei gegenüberliegenden Punkten auf den Platten eine Spannungsdifferenz und folglich ein elektrisches Feld. Die Äquipotentialflächen zwischen den beiden Platten verlaufen daher unter einem bestimmten Winkel; eine von ihnen ist in Fig. 2 durch die Linie 40 dargestellt, die zwei Punkte mit der Spannung + 1500 Volt auf den beiden gegenüberliegenden Platten verbindet. Das elektrische Feld, deren Kraftlinien durch die Schar der gestrichelten Linien in Fig. 2 angedeutet sind, steht rechtwinklig auf den Äquipotentialflächen, die durch die eine Fläche 40 vertretend angedeutet sind. Das elektrische Feld hat also eine Komponente, die senkrecht zu den beiden Platten 18, 20 verläuft und die die Elektronen von der Platte 16 zur Platte 14 zieht, und eine parallel zu den Platten laufende Komponente, die die Elektronen in Richtung auf die Sammelelektrode 30 beschleunigt.

Die von der Kathode 10 emittierten Elektronen beschreiben dann unter dem gemeinsamen Einfluß des elektrischen und des magnetischen Feldes einen ersten Zykloidenbogen 50, bevor sie auf den Belag 20 auf der Platte 16 auftreffen. Die an dieser Stelle emittierten Sekundärelektroden beschreiben einen zweiten Zykloidenbogen 52, bevor sie wieder auf die Platte 16 auftreffen und dort wiederum Sekundärelektronen hervorrufen. Die Zahl der Sekundärelektronen steigt nach jedem Auftreffen an und kann schließlich an der Sammelelektrode 30 mit den bekannten Mitteln gemessen werden.

Entsprechend der Erfindung ist innerhalb des Gehäuses 9 eine Blende 29 mit einer, wie in Fig. 4 dargestellt, rechteckigen Öffnung so angeordnet, daß die letzte die beiden Platten 14 und 16 umschließt und dadurch den Raum, in dem sich Teilchen ausbreiten können, auf den Raum zwischen den beiden Platten 14 und 16 beschränkt. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die Blende 29 rechtwinklig zu den Platten 14 und 16 und damit rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung der Sekundärelektronen.

Die Blende 29 kann aus verschiedenem Material, entweder aus einem Leiter oder einem Isolator, bestehen; sie muß nur die Bedingung erfüllen, daß sie von Teilchen nicht durchdrungen werden kann. Besonders gute Ergebnisse wurden mit Blenden aus rostfreiem Stahl und aus Polyäthylenharz erzielt.

Die Wirkungsweise der Blende gemäß der Erfindung läßt sich dadurch erklären, daß sie die Teilchen, die sich innerhalb des Gehäuses 5, jedoch außerhalb des von den beiden Platten 14 und 16 begrenzten Raumes, befinden, daran hindert, von dem magnetischen Feld und einem etwa vorhandenen parasitären elektrischen Feld beschleunigt zu werden und wieder in den Raum zwischen den Flächen 18, 20 einzutreten, wo sie sich als Störsignal bemerkbar macht. Diese Teilchen können Elektronen, die aus dem Raum zwischen den Flächen 18, 20 entsprungen sind. Gas- oder Metallionen oder Photonen sein. Diese Hypothese bezüglich der Wirkungsweise der Blende soll jedoch die Erfindung nicht beschränken, deren Wirksamkeit durch Experimente bestätigt wurde.

Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorhergehenden nur dadurch, daß an Stelle der einen Blende 29 jetzt drei Blenden 54, 56, 58 vorgesehen und an den beiden Enden und in der Mitte des Vervielfachers angeordnet sind.

Es sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung denkbar, vorzugsweise bei Sekundärelektronenvervielfacher, die sich von dem hier dargestellten unterscheiden und bei jenem an Stelle einer gleichförmigen emissionsfähigen Multiplikatorfläche eine Serie von einzelnen Flächen vorgesehen ist, deren Potential dann jedoch voneinander abweicht.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Mit elektrischen und magnetischen Feldern arbeitender Sekundärelektronenvervielfacher, der in einem evakuierten Kolben eine Primärteilchen aussendende Quelle, zwei Platten mit einander zugekehrten, mit Widerstandswerkstoff bedeckten Flächen, an deren Enden je ein elektrisches

Potential angelegt ist und von denen mindestens eine eine Sekundäremissionsfläche ist, und eine Sammelelektrode enthält, wobei das an jede der beiden bedeckten Flächen angelegte Potential vorgesehen ist, um ein elektrostatisches Feld zwischen den beiden einander zugekehrten Flächen zu erzeugen, das zusammen mit einem dazu senkrechten magnetischen Feld die durch den Aufprall der Primärteilchen auf die Sekundäremissionsfläche erzeugten Sekundärelektronen auf eine Zykloidenbahn längs der Sekundäremissionsfläche beschleunigt, gekennzeichnet durch mindestens eine an sich bekannte Blende (29; 54, 56, 58), die innerhalb des Kolbens (9) die beiden Platten (14, 16) eng umschließend angeordnet ist und den Raum zwischen den äußeren Flächen der Platten und dem Kolben ausfüllt (Fig. 2, 3 und 5).

2. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Blende (54, 58) nahe jedem Ende und eine Blende (56) nahe der Mitte des Vervielfachers (Fig. 5).

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2841729, 2473 031;
britische Patentschrift Nr. 514 335.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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