DE1133043B - Verfahren zum selbsttaetigen Regeln der Gesamtverstaerkung von Elektronen-vervielfachern und Vorrichtung zur Ausfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

INTERNAT.KL. H 01 j

DEUTSCHES

PATENTAMT

C 23366 Vfflc/21g

ANMELDETAG: 8. F E B RU AR 1961

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 12. JULI 1962

Die Erfindung bezieht sich auf Elektronenvervielfacher, z. B. Fotoelektronenvervielfacher zur Messung von Lichtstrahlen.

Die Lichtstrahlen können von einer Strahlung anderer Art herrühren, z. B. einer y-Strahlung, die durch einen Szintillator in Lichtstrahlung umgewandelt ist, etwa bei Verwendung eines Fotoelektronenvervielfachers in einem Gerät zum Aufsuchen und Messen von Strahlungen zum Schutz des Personals.

Es sind bereits Schaltungsanordnungen für Elektronenvervielfacher bekannt, bei denen der Vervielfacherstrom zur Betätigung von bei Überschreiten einer bestimmten Stromstärke ansprechenden, außerhalb des Elektronenvervielfachers wirksamen, stufenlos arbeitenden Stromstärkebegrenzungsmitteln benutzt wird. Die Stromstärkebegrenzungsmittel sind beispielsweise als ein optischer Widerstand ausgebildet, der in den der Photokathode des Elektronenvervielfachers zugeleiteten Strahlengang einschaltbar ist.

Zur Erweiterung des Meßbereiches eines Elektronenvervielfachers ist ferner eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der beliebige Elektroden durch Nichtlinearitäten erzeugende beliebige Widerstände miteinander verbunden sind und der Gang der Nichtlinearität durch Änderung der Ruhepotentiale der einzelnen Elektroden beeinflußt wird.

Wenn man mit den üblichen Fotoelektronenvervielfachern genaue Messungen erreichen will, selbst wenn die Intensität des einfallenden Lichtes zwischen weiten Grenzen mit einem großen Verhältnis veränderlich ist, so ergeben sich im wesentlichen die beiden folgenden Schwierigkeiten: einerseits ergibt sich durch die maximale Anodenverlustleistung des Fotoelektronenvervielfacherrohres eine obere Grenze, die für den mittleren Strom der Anode zulässig ist, und also eine Grenze für eine mögliche Ausdehnung des Meßbereiches. Praktisch mißt man mit Fotoelektronenvervielfachern der bekannten Bauarten nur Strahlungen, deren Intensitätsänderungen zu keinem größeren Anodenstrom des Vervielfacherrohres führen als im Mittel 1 mA.

Anderseits muß für den maximalen Meßbereich am Ausgang des Vervielfacherrohres ein logarithmischer Verstärker angeordnet sein, dessen Genauigkeit, wie bekannt, geringer ist als die eines linearen Verstärkers.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Regeln der Elektrodenpotentiale eines Elektronenvervielfachers, insbesondere eines Fotoelektronenvervielfachers zu schaffen, mit dem sich Strahlungen messen lassen, deren Intensität in einem Bereich von 1: 10⁴ liegen kann, wobei die Intensität des Ausgangsstromes des Elektronenvervielfachers jedoch nur zwischen begrenzten Werten Verfahren zum selbsttätigen Regeln der Gesamtverstärkung von Elektronenvervielfachern und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens

Anmelder: Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. R.Beetz, Patentanwalt, München 22, Steinsdoristr. 10

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 9. Februar 1960 (Nr. 817 921)

Etienne Picard, Gif-sur-Yvette, Seine-et-Oise, und Jean SaIa, Grenoble, Isere (Frankreich),

sind als Erfinder genannt worden

schwankt, deren Verhältnis klein ist, etwa in der Größe von 10.

Eine solche Vorrichtung vermeidet die beiden obenerwähnten Nachteile, da einerseits der Meßbereich wesentlich erweitert ist, während der maximale Wert der mittleren Ausgangsstromstärke des Elektronenvervielfachers und der Variationsbereich des Stromes verringert sind, und da andererseits wegen dieser Verringerung des Stromveränderungsbereiches die Verwendung eines linearen Verstärkers von besserer Genauigkeit am Ausgang des Vervielfachers möglich ist.

Bekanntlich weisen Elektronenvervielfacher der statischen Bauart eine emissionsfähige Kathode auf, die einen Elektronenstrom aussendet, welcher direkt in dem Vervielfacher auf Grund elektronenoptischer Zusammenhänge verstärkt wird, bis er von der Anode aufgefangen wird. Man erreicht die Verstärkung mittels Zwischenelektroden (Dynoden), die Ausgangspunkt von Sekundärelektronenemissionen sind und aufeinanderfolgend ansteigende Potentiale aufweisen können, so daß die Verstärkung jeder Elektrode den Wert g hat. Wenn ein Elektronenvervielfacher (n — 1) Dynoden aufweist, ist die Gesamtverstärkung des Rohres G = gⁿ.

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Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Gesamt- ^ _{man insbesondere a=}b ₌ c ₌

verstärkung eines Elektronenvervieltachers regelbar zu 2 3

gestalten. wählt und wenn man, was möglich ist, die normalen,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automati- ursprünglichen Potentiale der Elektroden des Rohres

sehen Regeln der Gesamtverstärkung eines Elektronen- 5 so einregelt, daß g = yiö ist, so hat man ursprünglich

vervielfachers mit einer Mehrzahl Vervielfacherelek- eine Gesamtverstärkung G = (|/ΐο)^Β und dann nach-

troden, Dynoden und einer Anode, die auf nachein- G σ _{und die ent}.

ander ansteigenden Potentialen gehalten sind, so daß 10 100 '

die Verstärkung jeder einzelnen Elektrode einen be- sprechenden Multiplikationsfaktoren haben die Werte

stimmten Wert hat, in dem man auf das Potential einer 10 1,10, 100 usw.

gewissen Anzahl von Elektroden einwirkt, und ist Man kann so bei konstantem, maximalem Aus-

dadurch gekennzeichnet, daß man nach und nach von gangsstrom Im mit dem Elektronenvervielfacher Licht-

der Anode zur Kathode hin eine Anzahl Dynoden mit strahlen empfangen, die sich im Verhältnis 10,100 usw.

der Anode verbindet, so daß man bei der letzten mit ändern, und einen linearen Verstärker verwenden,

der Anode verbundenen Dynode eine gewünschte 15 dessen Arbeitsbereich auf eine einzige Dekade ver-

Gesamtverstärkung erhält, wobei die nicht mit der _n-_{nBeTt ist da dani1} Im _ _{10 it}

Anode verbundenen Dynoden ihr ursprüngliches nngert ist, da dann-^-- IU ist.

Potential beibehalten. Die Erfindung ist im folgenden an Hand schemati-

Die Erfindung betrifft in gleicher Weise eine Vor- scher Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen richtung zum Ausführen des Verfahrens gemäß dem 20 näher erläutert.

vorstehenden Absatz, die dadurch gekennzeichnet ist, Fig. 1 und 2 sind Schaltschemata von Anordnungen

daß sie auf die Ausgangsstromstärke des Elektronen- gemäß der Erfindung.

vervielfachers ansprechende Einrichtungen aufweist, Der Fotoelektronenvervielfacher PM in Fig. 1 um-

sowie Verbindungseinrichtungen, die durch diese faßt eine Kathode C, die mit einer fotoemissionsstromempfindlichen Einrichtungen betätigbar sind, um 25 fähigen Schicht bedeckt ist, welche der von einer mit einerseits zum Absenken des Potentials der Verviel- dem Punkt L bezeichneten Lichtquelle ausgehenden facheranode und der (n — l)-ten, (n — 2)-ten, ..., Lichtstrahlung ausgesetzt ist.

(n — a + l)-ten Dynode auf ein gleiches Potential, das Die von der Kathode C ausgehenden Elektronen

unterhalb des Potentials der Dynode (η — α) liegt, zu werden auf eine erste Dynode D1 gelenkt, die aus dienen, wenn die Stärke des bei der Anode abgenom- 30 einem sekundäremissionsfähigen Material besteht, so menen Stromes einen vorbestimmten maximalen Wert daß die Dynode Dl wiederum eine größere Anzahl von Im erreicht hat, wobei die Gesamtverstärkung des Ver- Elektronen aussendet, als von der Kathode C gekomvielfachers dann gleich #»-«* wird, wenn g die Ver- men sind. Auf die gleiche Weise werden die von der Stärkung einer einfachen Dynodenstufe darstellt, und Dynode D1 ausgesandten Elektronen an die folgende um eventuell zum nachfolgenden Verringern des Poten- 35 Dynode Dl geleitet, die wiederum eine viel höhere rials der Vervielfacheranode und der (n — l)-ten, ..., Anzahl von Elektronen aussendet, als sie empfangen (n — d)_y (« — a — l)-ten ... (n — h+ l)-ten Dynode hat usw. Zuletzt werden die von der Dynode DIl ausauf ein gleiches Potential, das unterhalb desjenigen der gesandten Elektronen an der Anode A gesammelt. (n — 6)-ten Dynode ist, zu dienen, wenn die Stärke des Normalerweise sind die Kathode C und die Anode A

bei der Anode abgenommenen Ausgangsstromes dann 40 des Fotoelektronenvervielfachers PM mit den Klembei der (n — a)-ten Dynode noch den vorerwähnten men -HT bzw. +HT einer elektrischen Hochspanmaximalen Wert Im erreicht, wobei die Gesamt- nungsquelle verbunden, und die Dynoden Dl, Dl, D3 Verstärkung des Vervielfachers dann gleich gⁿ~^b wird bis DIl sind an entsprechende Zwischenpunkte 1, 2, 3 usf., und um anderseits ein Erhöhen des der Anode bis 11 einer Reihe von Widerständen r0, rl, rl, ..., und den Dynoden (η-—1) bis (η — a + 1) gemeinsa- 45 rlO und rll angeschlossen, die in Serienschaltung men Potentials auf ein gleiches Potential, das größer ist zwischen den Klemmen —HTund +#!Tliegen, so daß als das ursprüngliche normale Potential der Dynode diese Zwischenpunkte der Reihe nach ein anwachsen- (n — ä), zu bewirken, wenn die Ausgangsstromstärke, des Potential aufweisen.

die an der Anode (n — b) abgenommen wird, einen Im allgemeinen beträgt die Spannung zwischen zwei

minimalen vorbestimmten Wert/m unterschreitet usw., 50 aufeinanderfolgenden Dynoden 60 bis 120 V und der so daß die Stromstärke des Ausganges des Elektronen- Multiplikationsfaktor, d. h. das Verhältnis der Zahl vervielfachers auf diese Weise immer zwischen den der ausgesandten Elektronen einer Dynode oder Werten I_m und Im bleibt, welche willkürlich einstellbar Anode zur Zahl der von der vorhergehenden Dynode sind, so daß das Verhältnis Im '· Im größer als 1 emittierten Elektronen hat Werte zwischen 2,5 und 5. bleibt. 55 Bei dem Ausführungsbeispiel sind die Werte für die

Zur Erleichterung des Verständnisses des Erfindungs- Hochspannung und für die Widerstände r0 bis rll für gegenstandes sei angenommen, daß als Vervielfacher den verwendeten Fotoelektronenvervielfacher so geein Fotoelektronenvervielfacher mit einer fotoemis- wählt, daß der Multiplikationsfaktor mindestens der sionsfähigen Kathode, einer Anzahl Dynoden und Stufen, die mit der automatischen Steuervorrichtung geeiner Auffanganode verwendet ist. 60 maß der Erfindung zusammenwirken, gleich j/To = 3,16

Es ist bedeutsam, festzustellen, daß die Ausgangs- ist, was sich erreichen läßt.

Stromstärke des Vervielfacherrohres immer zwischen In einem besonderen Fall verwendet man einen Foto-

den Werten I_m und Im bleibt. Wenn die Werte für die vervielfacher bei einer Hochspannung von 1200 V, der Gesamtverstärkung des Rohres nacheinander gⁿ, Wert des Widerstandes r0 beträgt 20OkQ und der gⁿ~^a, gⁿ~^h usw. betragen, so genügt es, die Meßwerte 65 Wert der Widerstände rl bis rll jeweils 100 kO. Mit des Ausgangsstromes des Rohres mit den Faktoren 1, diesen besonderen Werten ist mit genügender Annähe- g^a, g^b usw. zu multiplizieren, um genaue Meßwerte der rung ein Verstärkungsfaktor von 10 für eine Stufe mit auf die Fotokathode fallenden Strahlen zu bekommen. zwei aufeinanderfolgenden Dynoden oder für die letzte

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Dynode und die Anode gegeben, d. h. genauer gesagt tial des Abgriffes 10, das normalerweise dem der

für die Stufen, die mit D6-D7, D8-D9 und DlO-A Dynode DlO entspricht, und hält das Relais Bl und

gekennzeichnet sind, zum Ausdruck gebracht, daß das also auch das Relais Sl erregt.

Verhältnis des von der Dynode D 8 gelieferten Stromes Der Leitungskreis Anode A, Anschlußpunkt S, zu dem von der Dynode D6 gelieferten Strom gleich 10 5 Kontakt Jl₁₁ (t), sl_n (r), s3_n (r) und Dynode 11 bringt

ist usw. die Dynode 11 auf das gleiche Potential wie die Anode

In dem Beispiel ist der maximale Wert für den Aus- A, d. h. auf dasjenige des Abgriffes 10.

gangsstrom des Fotovervielfachers PM, der auf den Der Leitungskreis Anode A, Punkt S, Kontakt

Linearverstärker A übertragen werden soll, auf etwa sl₁₀ (t), s2₁₀ (r), s3₁₀ (r) und Dynode dlO hält die

100 μΑ festgesetzt und der minimale I_n desselben auf io Dynode DlO auf dem Potential des Punktes 10.

etwa 10 μΑ. In bezug auf die normale, oben dargestellte Wirkungs-

Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht dem- weise ist die Gesamtverstärkung des Fotovervielfachers

nach darin, die Potentiale der Anode und der dieser auf diese Weise durch 10 geteilt und auf einem Wert

vorangehenden Dynoden selbsttätig zu verändern, um _yon G _{en pür Lichtstrahlung) die zehn}.

den Ausgangsstrom des Fotovervielrachers PM zwi- 15 10 °

sehen den Grenzwerten I_m und Im zu halten, während mal stärker ist, liegt der Ausgangsstrom des Fotoverviel-

die extremen Werte der Lichtstrahlung von der Licht- fachers, der von den Dynoden DlO, DIl und der

quelle L in einem Verhältnis von 1: 10^w stehen können. Anode A abgezweigt und auf dem gleichen Potential

Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist η gleich 4 gewählt. gehalten ist, zwischen den Werten I_m und I_M-

Für die normalen Anfangsbetriebsbedingungen an- 20 Man braucht das Ausgangssignal des Verstärkers A dert sich die Lichtstrahlung der Quelle L zwischen den dann nur mit 10 zu multiplizieren, um den tatsächlichen derart bestimmten Grenzen so, daß der Strom Ia der Meßwert für die Strahlung der Lichtquelle L zu be-Fotovervielfacheranode A einen Wert zwischen 10 und kommen. Dies kann auf irgendeine bekannte Weise 100 μΑ hat. ausgeführt sein, die hier nicht näher beschrieben ist, Bei normalen Bedingungen befinden sich sämtliche 25 da sie nicht zum eigentlichen Erfindungsgedanken Kontakte, die durch die verschiedenen Relais Bl, Bl, gehört. Es sei lediglich bemerkt, daß ein von dem B3, Sl, S2 und S3 betätigbar sind, in der in Fig. 1 Sekundärrelais Sl betätigter zusätzlicher Kontakt verdargestellten Stellung. Man erkennt darin, daß die wendet sein kann, um diese Einrichtungen zu betätigen, geschlossenen elektrischen Kreise die Dynoden D 6 bis Man erkennt, daß beim Absinken des Stromes Id₁₀ der DIl und die Anode A mit den Zwischenpunkten 6 30 Dynode DlO unter 10 μΑ, d. h. unter I_m, das Relais bis 11 der Widerstände r4 und r6, r6 und rl usw. bis Bl sich entregt und den Kontakt Bl öffnet. Damit /•10 und rll und mit dem Pluspol +HT der Hoch- sind die anfänglichen Bedingungen wiederhergestellt, Spannungsquelle verbinden. und der Fotovervielfacher PM hat wieder die Gesamt-

Der Fotovervielfacher PM hat dann seine maximale verstärkung G.

Gesamtverstärkung G, und der Strom Ia wird von der 35 Nimmt man nun hingegen wieder an, daß die Relais

Anode A abgegeben und durchläuft den Arbeitswider- JSl und Sl erregt sind und daß der Strom Id 10100 μΑ

stand M, der zwischen den Punkten S und S' angeschal- überschreitet, dann verläuft der Strom durch den Kreis

tetist. Das an den Klemmen Sund S' des Widerstandes Dynode D8, Kontakt s3_s (r), s2₈ (r), b3' (r), durch die

M verfügbare Meßsignal wird auf einen Linear- Wicklung des Relais B2, das bei 10 μΑ anspricht, und

verstärker A geleitet, dessen Arbeitspunkt für einen 40 den Punkt 8 und überschreitet 10 μ Α Stromstärke, da

Meßbereich von 1: 10 gewählt ist, wodurch sich mit der Verstärkungsfaktor der Stufe D8 bis DlO gleich 10

einer solchen Verstärkerart sehr genaue Messungen ist. Daher wird das empfiridliche Relais B2 erregt,

ausführen lassen. schließt seinen Kontakt b2 und öffnet den Kontakt

Für die folgenden Ausführungen sei ein relais- bl'.

gesteuerter Kontakt bei seiner Bezugsziffer mit einem 45 Der Kontakt b2' (i) trennt die Stromversorgung des

darauffolgenden Index r, wenn er sich in Ruhestellung, Relais Bl, das sich dann entregt und wiederum seinen

und mit dem Index t, wenn er sich in der Arbeitsstellung Kontakt bl öffnet, der dann den Stromversorgungs-

befindet, bezeichnet, wobei in den Figuren sämtliche kreis des Relais Sl trennt, dessen sämtliche Kontakte

Kontakte in ihrer Ruhestellung gezeichnet sind. in die Ruhestellung gelangen. Das Relais S2 ist derart

Es sei nunmehr angenommen, daß der von der 5° gewählt, daß seine Zeitkonstante für die Entregung

Anode A abgegebene Strom Ia den maximalen Wert viel höher liegt als die des Relais 1, so daß beim gleich-

Im von 100 μA überschreitet. In diesem Fall über- zeitigen Trennen der Stromversorgungskreise der Relais

schreitet der Strom durch den Leitungskreis mit der Sl und S2 die von dem Relais Sl betätigten Kontakte

Dynode D10, den Kontakten s3₁₀(r), Kontakt sl_lo(r), in die Ruhestellung gelangen, während die von dem

Jl₁₀(/·),Z>2'(r)derWicklungdesRelais.51,dasbeil0μA 55 Relais S2 betätigten Kontakte noch in der Arbeits-

anspricht, und dem Abgriff 10 der Widerstände r9 und stellung sind.

rlO den Wert von 10 μΑ, da ja der Verstärkungsfaktor Das Schließen des Kontaktes bl ruft außerdem die

der Stufe D 10-^4 gleich 10 ist. Daher wird das emp- Erregung des zusätzlichen Relais S2 durch den Kreis

findliche Relais Bl erregt und schließt seinen Kontakt Klemme —V, Kontakt b2 {t), Wicklung des Relais S2

bl. 60 und Klemme + V hervor.

Es entsteht der folgende Leitungsverlauf: Klemme Das Öffnen des Kontaktes sl_s unterbricht augen- —V einer Hilfsspannungsquelle, Kontakt b 1 (t), Wick- blicklich den Stromversorgungskreis des Relais Bl und lung eines zusätzlichen Relais Sl, Klemme +V der also des Relais S2. Wegen der verschiedenen Zeit-Hilfsspannungsquelle. Das erregte Relais Sl wechselt konstanten für die Entregung der Relais Sl und S2 sodann seine Kontaktstellung. 65 fällt der Kontakt sl_a jedoch vor dem Kontakt si in die Der Leitungskreis mit der Anode A, dem Wider- Ruhestellung, und es wird dann folgender Leitungsstand m, dem Kontaktsl_a(t),bΐ (r), der WicklungBl, kreis gebildet: Anode A, Arbeitswiderstand m, Kon- und dem Abgriff 10 bringt die Anode A auf das Poten- takt sl_a (r), si (t), b3' (/·), Wicklung des Relais Bl

7 . 8

und Punkt 8. Dieser Kreis erregt dann alsbald das beim Durchtritt von Strömen durch die Relais entRelais Bl und also das Relais 52, das nicht die nötige stehen könnten, welche nahe diesem Schwellenwert Zeit für einen Abfall hat. liegen.

Man erkennt auch, daß der oben erläuterte Leitungs- Um diese Schwierigkeit zu umgehen, ist eine andere kreis die Anode A auf das Potential des Punktes 8 ge- 5 Ausführungsart vorgesehen, die lediglich ein empfindbracht hat, d. h. auf das normale Potential der Dynode liches Relais aufweist. Das Schaltschema dieser ande-D 8. ren Ausführungsart ist in Fig. 2 dargestellt, die der

Man erkennt weiterhin, daß für diesen Betriebs- folgenden Beschreibung zugrunde liegt, zustand die Dynoden D8, D9, D10 und D11 in gleicher Man findet in dieser Figur eine Fotoelektronen-Weise wie die Anode A auf das Potential des Punktes 8 io vervielfacherröhre PM mit einer Kathode C, den gebracht sind. Die Dynoden sind nämlich insgesamt Dynoden Dl bis DIl und der Anode A. Die Lichtdurch die Kontakte s3_s (r) und sl_s (t), s3₉(r) und quelle L schickt Strahlen auf die Kathode C. Der Fotons, (X), s3₁₀ (r) und sl₁₀ (t) bzw. s3_n (r) und sl_n (t) vervielfacher PM ist an die Klemmen — ÄTund +HT mit dem Punkt 5 verbunden. einer elektrischen Hochspannungsquelle angeschlossen.

Die Gesamtverstärkung des Fotovervielfachers hat 15 Die Spannungen der verschiedenen Dynoden sind an

j ,„ G „,. , , , , Abgriffen 1 bis 11 einer Reihe von Widerständen rO

nun den Wert _m . Wie vorhergehend schon aus- _{bis m abgegriffen) die in Reihe zwischea den Klem}.

geführt ist, genügt es, das Ausgangssignal des Ver- men —ÄTund -fÄTliegen. Die Verstärkungsfaktoren

stärkers A mit 100 zu multiplizieren, um eine genaue der Stufen D6 bis D8, D8 bis DlO und DlO bis A sind Messung der Lichtstrahlen der Lichtquelle L zu er- 20 auf 10 eingestellt, und die normale Stromstärke, die

halten. Die Stromstärke des von der Dynode D 8 ab- den Arbeitswiderstand m durchfließt, soll zwischen 10

genommenen, zum Punkt 5 geleiteten Stromes bleibt und 100 μΑ bleiben.

bei dem hier vorliegenden Fall immer zwischen den Bei der normalen, ursprünglichen Betriebsstellung Werten I_m und Im, also zwischen 10 und 100 μΑ. befinden sich die Kontakte der verschiedenen Re-Man erkennt, daß beim Absinken des Stromes /^₈ 25 lais B, C, Cl, Cl und C3 in den in Fig. 2 dargestellten der Dynode D8 unter 10 μΑ das Relais Bl entregt Ruhestellungen. Insbesondere sind die Dynoden D6, wird und seinen Kontakt bl öffnet, der das Relais 52 Dl, DS, D9, DlO, DIl und die Anode A an die Potendann entregt. Es entsteht ein Betriebszustand, wie er tiale der Punkte 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. an die Hocham Anfang dargelegt ist, entsprechend dem in Fig. 1 Spannungsquelle +HT angeschlossen. Die Gesamtdargestellten Kontaktzustand mit einer Gesamt- 30 verstärkung des Fotovervielfachers PM ist dann verstärkung G. Wenn der von der Anode A abgegebene gleich G.

Strom Ia 100 μΑ überschreitet, ist der Betriebszustand Die Wicklung des einzigen empfindlichen Relais B

gegeben, der danach dargelegt ist, wobei die Gesamt- ist in Reihe mit dem Arbeitswiderstand m geschaltet.

verstärkung des Fotovervielfachers PM dann -£- be- ?^{ieses Rela}?^{s B} Jf¹** einen bewegbaren Kontakt,

⁰ - 10 35 der gegen einen Maximumkontakt dm kommt, wenn

trägt. die Intensität des durch B fließenden Stromes den

Wenn hingegen der Wert des Stromes Id₆ bei er- Wert Im entsprechend 100 μΑ überschreitet, und gegen regten Relais Bl und 52 100 μΑ überschreitet, so ver- einen Minimumkontakt b_m, wenn diese Intensität steht man auch ohne ins einzelne gehende Erläuterung unter einen Wert I_m entsprechend 10 μΑ abfällt, der dann stattfindenden Vorgänge, daß das empfind- 40 Es sei nun ausgehend von den normalen, ursprüngliche Relais B3 erregt wird, wodurch das Relais Bl liehen Betriebsbedingungen angenommen, daß die entregt wird (die Zeitkönstante der Entregung des Stromstärke durch die Wicklung B 100 μΑ überschrei-Relais 53 ist größer als diejenige des Relais 52) und tet. Das führt zum Schließen des Kontaktes bmdie Dynoden D6 und DIl sowie die Anode A auf das Das Relais Cl ist durch den folgenden Kreis erregt: Potential des Punktes 6 gebracht werden. 45 Klemme — V einer Hilfsspannungsquelle, Kontakte

Die Gesamtverstärkung des Fotovervielfachers hat C_a (r), CIb (r), C3& (r), Wicklung des Relais Cl,

dann den Wert ^. Wie bei den vorstehenden Fällen ^***?¹* ^(r)'> ^ ™d die Klemme + V.

1000 Das Schließen des Kontaktes Cl_c gewahrleistet die

genügt es, das Ausgangssignal des Verstärkers A mit Aufrechterhaltung der Erregung des Relais Cl durch 1000 zu multiplizieren, um den genauen Meßwert der 50 folgenden Leitungskreis: Klemme —V, Kontakte von der Lichtquelle L ausgesandten Strahlen zu er- C_a (r), CIb (r), C3& (r), Wicklung Cl, Kontakt Cl_c (/) halten, wobei die Intensität des von der Dynode D 6 ab- und Klemme + V.

genommenen, zum Punkt 5 laufenden Stromes immer Das Schließen des Kontaktes Cl^ bereitet die

zwischen den Werten I_m und Im bleibt. spätere Erregung des Relais C2 vor, wie noch be-

Man erkennt auch, daß beim Absinken der Strom- 55 schrieben wird, und das Öffnen des Kontaktes Cl_e stärke Id₆ unter 10 μΑ wegen der Entregung des Re- wird ausgeführt, um mit Sicherheit die Erregung des lais B3 wieder der ursprüngliche Betriebszustand mit Relais C3 im selben Augenblick wie die von C2 zu der Verstärkung G besteht, dann gegebenenfalls mit verhindern.

einer Verstärkung -£■ (Relais Bl und 51 erregt) und _K , Außerdem bewirkt die Betätigung des Kontaktes Cl₀, ⁶ 10 ^v BJ _{6o da}ß _dle Anode A auf das Potential des Punktes 10 ge-

schließhch mit einer Verstärkung von ^_n (Relais Bl ^h*^acf ™$ xmd zwar über folgenden Leitungskreis:

^& 100 ^v Anode A, Punkt 5, Arbeitswiderstand m, Wicklung B,

und S 2 erregt). Kontakt Cl_a (ή, Punkt 10.

Die oben beschriebene Anordnung gemäß Fig. 1 hat Außerdem bewirkt die Betätigung der Kontakte CI₁₀

eine zufriedenstellende Wirkungsweise. Es ist natürlich 65 und Cl₁₁ die Verbindung des Punktes 5, der sich auf

nötig, daß die drei empfindlichen Relais Bl, Bl und53 dem Potential des Punktes 10 befindet, mit den beiden

die gleiche Ansprechschwelle aufweisen (z.B. Dynoden DlO und DU mittels der Kontakte C3₁₀ (r)

I_m = 10 μΑ), um Instabilitäten zu vermeiden, die und C2₁₀ (r) bzw. C3_U (r) und C2_n (/·).

9 ίο

Die Gesamtverstärkung des Fotovervielfachers PM lung des Relais C3, Kontakt C3a (r), bin (t) und

, _x , , „₇ . G „.. ν . j a »..·, * · Klemme +F, und das Relais C3 ist daher erregt,

hat dann den Wert -^. Wie bei dem Ausf uhrungsbex- _{sdne Erregung} ^ ^ _{öffnung deg Kontaktes} ^

spiel gemäß Fig. 1 ist die von dem Arbeitswiderstandm durch den folgenden Kreis aufrechterhalten: abgegebene Meßspannung mit dem Faktor 10 zu 5 Klemme — V, Kontakte C₀ (r), C\_e (r), C3/ (/), Wickmultiplizieren, lung C3, Kontakt C3_e (t) und Klemme +V.

Wenn die Stärke des Stromes Td₁₀ der Dynode DlO Das Relais C3 schaltet dann seine sämtlichen Kon-

unterhalb I_m gleich 10 μΑ absinkt, so wird der Mini- takte um.

mumkontakt b_m geschlossen. Dies hat zur Folge, daß Zuerst unterbricht die Öffnung des Kontaktes C3_C das Nullstellrelais C durch folgenden Kreis erregt wird: io den Haltekreis für die Stromversorgung des Relais Cl, Klemme — V, Wicklung des Relais C, Kontakt b_m (t) das sich entregt und seine Kontakte zurückfallen läßt, und Klemme + V. Der Kontakt C_a öffnet sich dann Außerdem unterbinden die Kontakte C3& und C3_C, und trennt den Leitungskreis des Relais Cl, das dann die geöffnet bleiben, obwohl das Relais C3 erregt entregt wird. Es ergibt sich dann die ursprüngliche bleibt, die vorzeitige Öffnung des Relais Cl oder des Betriebsweise. 15 Relais Cl bei der möglichen Schließung des Maximum-Wenn hingegen bei erregtem Relais Cl die Stärke kontaktes bm·

des Stromes Id₁₀ den Wert Im gleich 100 μA über- Ferner bewirkt die Umschaltung des Kontaktes C3_O, schreitet, schließt sich der Maximumkontakt but- daß die Anode A auf das Potential des Punktes 6, das Dann ist folgender Leitungskreis hergestellt: Klem- normale Potential der Dynode D6, gebracht wird, me — V, Kontakte Cb (r), C3_C (r), CIa (t), Wicklung 20 und zwar durch den folgenden Kreis: Anode A, des Relais Cl, Kontakt Cl₀ (r), Kontakt öm (0 und Punkt S, Arbeitswiderstand m, Wicklung des Relais B, Klemme + V, so daß auch das Relais Cl erregt ist. Kontakte Cl_ß (r), Cl_a (r), C3_a (t) und Punkt 6.
Die Erregung ist trotz der Öffnung des Kontaktes Cl_c Zur gleichen Zeit sind durch die Umschaltung der durch folgenden Kreis aufrechterhalten: Klemme —V, Kontakte C3₆ und C3_n die Dynoden D6 bis DIl mit Kontakt C\> (r), C3_C (r), Cl_e (t), Wicklung Cl, Kon- 25 dem gleichen Punkt S¹ verbunden, der auf dem Potentakt Cig, (t) und Klemme + V. tial des Punktes 6 gehalten ist. Hierbei hat der Foto-

Das erregte Relais Cl schaltet dann seine sämtlichen vervielfacher PM, dessen Ausgangsstrom Id₆ dann

Kontakte um. durch die Dynode D 6 geliefert wird, eine Verstärkung

Zuerst wird durch das Öffnen des Kontaktes Cl_{b yon} G _ _{Der Strom} j _{H immer zwischen 10 ufld}

der Haltekreis fur die Stromversorgung des Relais Cl 30 1000

getrennt, das sich entregt und die von diesem gesteuer- 100 μΑ, und die vom Arbeitswiderstand m abgenom-

ten Kontakte zurückschnellen läßt. mene Meßspannung muß mit 1000 multipliziert wer-

Das Schließen des Kontaktes CIf bereitet die den, um den genauen Meßwert der Lichtstrahlung auf

eventuelle spätere Erregung des Relais C3 vor, wie die Kathode des Fotovervielfachers zu erhalten,

weiter unten erläutert ist. 35 Man erkennt, daß das Relais C3 entregt wird, wenn

Außerdem bewirkt das Betätigen des Kontaktes Cl_a, die Stärke des Stromes Id₆ unter 10 μΑ sinkt. Man gedaß die Anode A auf das Potential des Punktes 8 ge- langt dann zu den anfänglichen Betriebsbedingungen, bracht wird, welches das normale Potential der Gegebenenfalls wird das Relais Cl und dann das Re-Dynode D 8 darstellt, und zwar durch den folgenden lais Cl erregt, bis die Stromstärke im Arbeitswider-Leitungskreis: Anode A, Punkt S, Arbeitswider- 40 stand zwischen 10 und 100 μΑ bleibt,
stand m, Wicklung des Relais B, Kontakte Cl_a (;·) (da In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen geja das Relais Cl nun in der Ruhestellung ist), Cl_a (t) maß Fig. 1 und 2 waren die Schaltungen derart be- und Punkt 8. messen, daß der Ausgangsstrom des Fotovervielfachers

Außerdem bewirkt die Umstellung der Kontakte Cl₈ zwischen 10 und 100 μΑ bleibt, während die Intensität

bis C2_ll5 daß der Punkt S, der jetzt auf dem Potential 45 der Lichtstrahlung sich in einem Bereich von 1: 10⁴

des Punktes 8 ist, mit den vier Dynoden D 8 bis DIl verändert. Wenn dieses Verhältnis einen höheren Wert

verbunden wird, und zwar bzw. über die Kontakte annehmen soll, läßt sich die Anordnung offenbar

C3₈(f) bis C3_u(r). Auf diese Weise sind die vier ebenso aufbauen wie die beiden beschriebenen, jedoch

Dynoden D 8 bis DIl sowie die Anode A auf das mit mehr als drei Relais zum Steuern der Potentiale

gleiche Potential gebracht wie der Punkt 8. 50 der Dynoden.

Die Gesamtverstärkung des Fotovervielfachers PM Man kann auch ein viertes Betätigungsrelais zum

_Uij j -,Tr₁G ,j. Ai-J. -j χ j Unterbrechen des Versorgungsstromkreises der Hoch-

hatdanndenWert^unddjeamArbeitswHlerstandm _{spannung des Fotovervie} ^S _lfachers vorsehen, wenn bei

auftretende Meßspannung muß mit dem Faktor 100 minimaler Verstärkung des Fotovervielfachers, z. B.

multipliziert werden _ne ⁵⁵ bei einem Wert von ^, der Ausgangsstrom dennoch

Wenn die Starke Td₈ des Stromes der Dynode D 8 100' ° °

unter 10 μΑ sinkt, schließt sich der Minimumkon- 100 μΑ überschreitet.

takt b_m, wodurch das Nullstellrelais C betätigt wird. Man hat festgestellt, daß bei einem plötzlichen An-Das Relais Cl ist entregt, und man gelangt zu den stieg der Strahlungsintensität, so daß die Anode A des ursprünglichen Bedingungen. Gegebenenfalls wird das 60 Fotovervielfachers unmittelbar von den Anfangs-Relais Cl alsbald danach erregt, und der Fotoverviel- bedingungen auf das Potential der Dynode D 6 ge-

c , , ., , .. . _ _x ... , G bracht werden muß, die Vorrichtung etwa V10 Sekun-

fächer arbeitet mit einer Gesamtverstarkung von -^. _{dg br£mcht) um} .^ _auteinandJ_olgende%_echsel.

Wenn hingegen bei erregtem Relais C2 die Stärke Stadium zu durchlaufen,

des Stromes Td₈ 100 μΑ überschreiten sollte, wird der 65 Ebenso ist das Ausgangssignal des Fotoverviel-

Maximumkontakt bM geschlossen. fachers bei einem plötzlichen Absinken der Strahlungs-

Es ist folgender Leitungskreis hergestellt: Klemme intensität zuerst von der Anode abgeführt, bevor es von

— V, Kontakt C_c (r), Kontakt Cl_e (V), C2/ (t), Wick- der passenden Dynode geliefert wird.

So ist in diesen beiden Fällen während gewisser Zeiten in der Größe von einigen zehntel Sekunden der Ausgangsstrom des Fotoelektronenvervielfachers bis zu hundertmal stärker als die maximale, durch die Elektrodenverlustleistung zulässige Stromstärke. Dies bedeutet jedoch keine Gefahr für den Fotovervielfacher.

Es ist auch möglich, bei Inkaufnahme eines ein wenig komplizierteren Aufbaues den Stromfluß durch die Anode bei eventuellen Erregungen des empfindliehen Relais B (Fig. 2), das den Kontakt b_m schließt, bei geringem Eingangssignal zu unterdrücken und den Ausgang direkt an die Dynodenstufe der unmittelbar höheren Ordnung anzuschließen.

Statt wie in den dargestellten Beispielen die Relais mit Gleichstrom zu erregen, kann man sie auch mit Wechselstrom speisen.

Es lassen sich insbesondere auch elektronische Umschaltkreise für den Bau von automatischen Steuervorrichtungen für die Potentiale der Elektroden eines ao Elektronenvervielfachers vorsehen. Es scheint jedoch, daß die Verwendung von elektromagnetischen Relais die größere Betriebssicherheit gewährleistet.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum automatischen Regeln der Gesamtverstärkung eines Elektronenvervielfachers mit einer Mehrzahl Vervielfacherelektroden, Dynoden und einer Anode, die auf nacheinander ansteigenden Potentialen gehalten sind, so daß die Ver-Stärkung jeder einzelnen Elektrode einen bestimmten Wert hat, in dem man auf das Potential einer gewissen Anzahl von Elektroden einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß man nach und nach von der Anode zur Kathode hin eine Anzahl Dynoden mit der Anode verbindet, so daß man bei der letzten mit der Anode verbundenen Dynode eine gewünschte Gesamtverstärkung erhält, wobei die nicht mit der Anode verbundenen Dynoden ihr ursprüngliches Potential beibehalten.

2. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf die Ausgangsstromstärke des Elektronenvervielfachers ansprechende Einrichtungen aufweist sowie Verbindungseinrichtungen, die durch diese stromempfindlichen Einrichtungen betätigbar sind, um einerseits zum Absenken des Potentials der Vervielfacheranode und der («—l)-ten, (n —2)-ten, ..., (n — a+l)-ten Dynode auf ein gleiches Potential, das unterhalb des Potentials der Dynode (n — a) liegt, zu dienen, wenn die Stärke des bei der Anode abgenommenen Stromes einen vorbestimmten maximalen Wert Im erreicht hat, wobei die Gesamtverstärkung des Vervielfachers dann gleich gⁿ~^a wird, wenn g die Verstärkung einer einfachen Dynodenstufe darstellt, und um eventuell zum nachfolgenden Verringern des Potentials der Vervielfacheranode und der (n — l)-ten, ..., (n — a), (n — a — l)-ten, ..., (n — b + l)-ten Dynode auf ein gleiches Potential, das unterhalb desjenigen der (n—b)-ten Dynode ist, zu dienen, wenn die Stärke des bei der Anode abgenommenen Ausgangsstromes dann bei der (n — a)-ten Dynode noch den vorerwähnten maximalen Wert Im erreicht, wobei die Gesamtverstärkung des Vervielfachers dann gleich gⁿ~^b wird usf., und um anderseits ein Erhöhen des der Anode und den Dynoden (n — 1) bis (n — a + l) gemeinsamen Potentials auf ein gleiches Potential, das größer ist als das ursprüngliche normale Potential der Dynode (n—a), zu bewirken, wenn die Ausgangsstromstärke, die an der Anode (n—b) abgenommen wird, einen minimalen vorbestimmten Wert Im unterschreitet usw., so daß die Stromstärke des Ausganges des Elektronenvervielfachers auf diese Weise immer zwischen den Werten I_m und Im bleibt, welche willkürlich einstellbar sind, so daß das Verhältnis Im ■ Im größer als 1 bleibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einerseits Relais umfaßt, deren Spulen (Bl, Bl und B3) jeweils zwischen einer Dynode (DlO, D 8, DS) und einem Anzapfungspunkt (10, 8, S) der Potentiometerkette für die Verteilung des Hochspannungspotentials angeordnet sind, der für die betreffende Dynode bestimmt ist, wobei die Ansprechschwelle der Spulen (Bl, Bl, 53) ein und demselben Bruchteil des maximalen Ausgangsstromes des Elektronenvervielfachers entspricht, daß ferner eine Reihe von Kontakten (si, si, s3) vorgesehen sind, mit der sich jeweils die Anode A mit einer Gruppe von Dynoden (DIl, Z)IO oder DIl, DlO, D9, D8 oder D11, DlO, D9, D8, Dl, D6) verbinden läßt, und daß anderseits eine Reihe von empfindlichen Relais (Sl, Sl, S3), von denen jedes einen der vorhergehenden Kontakte (si, si, s3) betätigt, in einen bestimmten Stromversorgungskreis (—V, + V) der Hochspannungsversorgung des Elektronenvervielfachers (PM) eingeschaltet sind, wobei die Herstellung des Leitungskreises für jedes der Relais (Sl, Sl, S3) abhängig ist von einem der Relais (Bl, Bl, 53) in dem Leitungskreis der Dynoden (DlO, D 8, D 6 in Fig. 1).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Reihe von Relais (Cl, Cl, C3) umfaßt, die in Stufen in einem bestimmten Leitungskreis (—V, + V) der Hochspannungsversorgung (-HT, +HT) des Elektronenvervielfachers (PM) angeordnet sind, wobei die Erregung der Spulen (Cl, Cl, C3) dieser Relais abhängig ist von einem Schalter Φμ, b_m) mit drei Stellungen, der selbst von einem Relais (B) für die maximale und minimale Intensität gesteuert ist, welches in Reihe in dem Anodenkreis des Elektronenvervielfachers (PM) liegt, und daß jede der Spulen (Cl, Cl, C3) einen entsprechenden Vielfachschalter (CIa... CU, Cl"; Cl_a... CIf, Cl₈... Cl"; C3a... C3f, C3₆... C3"), die jeder der mit der Anode zu verbindenden Dynodengruppen (DIl, D10oderDll,D10,D9,D8oderDll,D10,D9,D8, Dl, DS) entsprechen, wobei jeder Vielfachschalter die elektrische Verbindung einer Dynodengruppe mit der Anode, ferner die elektrische Verbindung der Anode und der Dynodengruppe mit dem Anzapfpunkt des Hochspannungspotentiometerteilers, der der letzten mit der Anode zu verbindenden Dynode (DlO, D 8, DS) entspricht, und das nacheinander folgende Betätigen jeder der Spulen (Cl, Cl, C3) gewährleistet (Fig. 2).

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 881400, 920 803.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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