DE1207019B - Sekundaerelektronenvervielfacher - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIj

Deutsche Kl.: 21g-13/19

Nummer: 1207 019

Aktenzeichen: B 64766 VIII c/21 g

Anmeldetag: 14. November 1961

Auslegetag: 16. Dezember 1965

Die Erfindung betrifft einen Sekundärelektronenvervielfacher mit zwei zueinander parallel angeordneten Flächen hohen Widerstandes, von denen mindestens eine Fläche sekundäremissionsfähig ist und an deren Enden zur Erzeugung eines senkrecht zu den Flächen verlaufenden elektrischen Feldes je ein Potential unterschiedlicher Größe angelegt ist, und mit einer Anordnung zur Erzeugung eines zu dem elektrischen Feld senkrechten magnetischen Feldes.

, Es sind Sekundärelektronenvervielfacher bekannt, die durch zwei vorzugsweise zueinander parallele Platten gebildet werden, deren gegenüberliegende Flächen mit einer leitenden Schicht hohen, genau bestimmten Widerstandes bedeckt sind. Mindestens eine der beiden Schichten ist dabei sekundäremissionsfähig. Legt man an die Enden dieser Schichten verschiedene elektrische Potentiale, so entsteht längs jeder Schicht ein kontinuierlicher und fortschreitender Spannungsabfall, so daß sich gegenüberliegende Punkte auf den beiden Flächen auf verschiedenem Potential befinden. Zwischen den beiden Flächen ergibt sich so ein schräg verlaufendes elektrostatisches Feld mit einer Komponente normal zu den genannten Flächen. Unter dem gemeinsamen Einfluß dieses elektrostatischen Feldes und eines dazu senkrechten magnetischen Feldes werden die Sekundärelektronen entlang der Sekundäremissionsfläche beschleunigt, wobei sie Zykloidenbögen beschreiben. Die gewünschte Vervielfachung der Teilchen findet beim Durchlaufen der polyzykloiden Flugbahn bei jedem Auftreffen eines Teilchens auf die genannte Sekundäremissionsfläche statt.

Sekundärelektronenvervielfacher der genannten Art haben große Vorteile hinsichtlich ihrer Einfachheit gegenüber den bekannten elektromagnetischen oder rein elektrostatischen Sekundärelektronenvervielfachern, die eine Serie von voneinander getrennten Sekundäremissionsflächen und Dynoden oder Potentialflächen aufweisen. Die genannten Vorteile sind insbesondere auf die Flächen hohen Widerstandes zurückzuführen, an denen ein kontinuierlicher Potentialabfall auftritt. Bei den bisher bekannten Sekundärelektronenvervielfachern wurde das magnetische Feld mit Hilfe von zwei einander gegenüber und außerhalb des Vervielfachers und rechtwinklig zu den genanten Flächen liegende und sie umfassende Polstücke erzeugt. Diese Polstücke führen zu einer beträchtlichen Vergrößerung des Gewichtes und Volumens eines Sekundärelektronenvervielfachers.

Es sind außerdem Kathodenstrahlröhren bekannt, Sekundärelektronenvervielfacher

Anmelder:

The Bendix Corporation,

Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,

Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 15. November 1960
(69 455)

bei denen die Magnetpole zur Erzeugung der magnetischen Felder innerhalb der Röhre angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sekundärelektronenvervielfacher der eingangs genannten Art zu schaffen, der die erwähnten Nachteile nicht aufweist. Diese Aufgabe wird bei einem Sekundärelektronenvervielfacher mit zwei zueinander parallel angeordneten Flächen hohen Widerstandes, von denen mindestens eine Fläche sekundäremissionsfähig ist und an deren Enden zur Erzeugung eines senkrecht zu den Flächen verlaufenden elektrischen Feldes je ein Potential unterschiedlicher Größe angelegt ist, und mit einer Anordnung zur Erzeugung eines zu dem elektrischen Feld senkrechten magnetischen Feldes gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Anordnung zur Erzeugung des magnetischen Feldes aus mindestens einer innerhalb der Röhre angeordneten, elektrisch schlecht leitenden und magnetisierbaren Platte besteht, die parallel zur sekundäremissionsfähigen Fläche magnetisiert ist, und daß die Fläche hohen Widerstandes auf der Platte angeordnet ist.

Bei einem derartig aufgebauten Sekundärelektronenvervielfacher sind die Mittel zum Erzeugen des elektrischen Feldes und die Mittel zum Erzeugen des magnetischen Feldes in gewissem Sinne miteinander vereinigt, so daß einige bei den bisher bekannten Sekundärelektronenvervielfachern erforderlichen Elemente fortfallen können und Volumen und Gewicht der Vorrichtung reduziert werden.

509 758S27

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In weiterer Ausgestaltung weist der beschriebene Nickeldraht bedeckt, welches das Fenster bildet,

Sekundärelektronenvervielfacher eines oder mehrere durch das die zu vervielfachenden Teilchen eintreten,

der folgenden Merkmale auf: Die Schicht 26, mit der der untere Magnet 22 be-

a) Die magnetische Platte bzw. magnetischen Plat- ^df^{kt ist}> ^endet 8fS^^übeJ dem rechten Rand des ten sind rechteckig· ^{5 oberen} Magnets 20. Der dem Gitter 40 gegenuber-

b) die magnetische Platte bzw. magnetischen Plat- Ψ^Ι-Ϊα^^ΛΎ^\^ ΐ T* ^ *?~ ten bestehen aus Ferrit· ^{thode blldende Scmcht 28} bedeckt, die von der

c) S Verwendung vSzwei magnetischen Platten ****** ^ ^ψΜαηΈ&α* des Magnets22 sind die jeweils gleichen Pole oder beiden *<*f-«*· ^D£ Schicht 28 kann ebenfalls aus anti-Platten gegenüberliegend angeordnet; ¹⁰ f°f ^altl&f ^{Zum hestQ}^f; Soll die Vorrichtung je-

d) an die magnetische Platte bzw. magnetischen f?^ch ,^{zur A}f ^eiS^e Jon Ultraviolettphotonen dienen Platten sind direkt die Potentiale angelegt; ^ ^dl.^ese _t Rwendung ist der hier beschriebene

e) zwei Hilfs-Polstücke sind den beiden Nord- Sekundärelektronenvervielfacher insbesondere en polen und den beiden Südpolen der beiden ma- wickek worden), so besteht d,e Schicht 28 aus WoIfgnetischen Platten benachbart angeordnet; ^{15 ram}-' ^Nlc^ °^{der Plat}.^m·,. _A ^ . _{Λ ΛΛ Ά}

f) bei Verwendung von zwei magnetischen Platten ^Z^i Blocke aus isolierendem Material 44 und

ist eine Platte durch ein vorzugsweise mit ⁴⁶ ¥*"' ™%^Ρί&² ^ ^dl,^{e beide}" ^B

einer Gitterelektrode versehenes Fenster unter- ??^Τ^Τ^& TLZT^t ? ? · αϊ Μ

brochen, durch das Teilchen vom Außenraum f ^{eme An}°^{de 42} befestigt, die mit einem außerhalb

her durchtreten und auf eine Kathodenfläche ^{20 der} Vorrichtung angeordneten empfindlichen Galva-

auftreffen, die auf der anderen, die sekundär- ^η°ΤΊ*ν f^rbunden «J ^Elne. Gleictepannungs-

emissionsfähige Schicht tragenden Platte dem f^{elle48 1}^ gegen Masse eme hohe negative

Fenster eeeenüber vorgesehen ist Spannung, die dem rechten Ende der Schicht 26, der

fenster gegenuüer vorgesehen ist. Kathodenschicht 28 und über ein Potentiometer 52

Der beschriebene Sekundärelektronenvervielfacher 25 dem rechten Ende der oberen Schicht 24 zugeführt

wird im folgenden an einem in den Zeichnungen wird. Das linke Ende dieser oberen Schicht 24 ist

dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es direkt und das linke Ende der unteren Schicht 26

zeigt über einen veränderbaren Widerstand 54 mit Masse

Fig. 1 eine Draufsicht auf den Sekundärelektro- verbunden,

nenvervielfacher, 30 Zur Erläuterung der Wirkungsweise dieser Vor-

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in richtung sei angenommen, daß die von der Quelle

Fig. 1, 48 gelieferte negative Spannung —2000V beträgt.

F i g. 3 eine Endansicht des Sekundärelektronen- Die beiden Potentiometer 52 und 54 werden so ein-

vervielfachers gemäß der Fig. 1, gestellt, daß an den Enden der beiden Schichten fol-

F i g. 4 einen eine Variante darstellenden Aus- 35 gende Spannungen auftreten:

'schnitt aus Fi g. 3. Untere Schicht 26:

Die Vorrichtung umfaßt zwei Magnete 20, 22 in rechtes Ende —2000 V

Form von rechteckigen Platten aus Ferrit, z. B. aus linkes Ende .............. —300 V

BaO · 6 Fe₂O₃, deren zueinander parallele Längs- ~, „ , . , -.

ränder (wie in F i g. 3 dargestellt) in parallele Nuten 4° ^UbGr^chtSvnal -1700 V

in zwei Stegen 30, 32 aus einem geeigneten Isolier- recnres unae η ν

material, ζ. B. aus Trifluorochloräthylen, eingelassen ^{imKes nme υ v}

sind und so einen rechteckigen Kasten bilden. Die Dank der linearen Spannungsabfälle, die wegen

einander gegenüberliegenden Flächen der beiden Ma- des Materials hohen Widerstandes, aus dem sie be-

gnete 20, 22 sind mit einer Schicht 24, 26 aus einem 45 stehen, an den Schichten 24 und 26 auftreten und

Material mit hohem Widerstand, z. B. aus antimon- dank der Längsverschiebung zwischen den Punkten

haltigem Zinn, bedeckt. gleichen Potentials auf den beiden Schichten herrscht

Die beiden Ferritplatten 20, 22 sind so magne- in dem Raum zwischen den beiden Magneten ein

tisiert, daß die beiden Nordpole entlang den Längs- gleichförmiges elektrostatisches Feld, dessen Äqui-

rändern der beiden Platten verlaufen, die in dem- 5o potentialfläche parallele Ebenen sind, die senkrecht

selben Steg 30 oder 32 (z. B. in den Steg 30, links in zu der Ebene der Fig. 2 verlaufen. Einige dieser

Fig. 3) eingelassen sind, und die beiden Südpole Ebenen sind durch die Striche56 in Fig. 2 ange-

entlang den beiden anderen Längskanten (z.B. rechts deutet. Die (nicht dargestellten) Kraftlinien dieses

in Fig. 3) verlaufen. Zwei magnetisierte Stege34, elektrischen Feldes verlaufen normal zu diesen Ebe-

36, die z. B. aus Weicheisen bestehen, bilden Pol- 55 nen; sie liegen also in der Ebene der F i g. 2 und

stücke, welche die Aufgabe haben, den magnetischen senkrecht zu den Linien 56.

Widerstand des Magnetkreises herabzusetzen. Sie In dem inneren Raum der Vorrichtung herrscht

sind vorzugsweise an den äußeren Flächen der weiter ein magnetisches Feld, das durch die beiden

Tragestege 30, 32 befestigt. Diese Teile 34, 36 sind Magnete 20 und 22, deren Felder sich überlagern,

jedoch nicht unbedingt erforderlich. Der Abstand ^6o erzeugt wird. Dieses resultierende Feld verläuft nor-

zwischen den beiden Bedeckungen 24, 26 der Flächen mal zu der Ebene der Fig. 2.

beträgt z. B. etwa 5 mm. Wird das Gitterfenster 40 der Vorrichtung einem

Der obere Magnet 20 ist kürzer als der untere Teilchenstrom ausgesetzt, dessen Teilchen elektrisch

Magnet 22, so daß, wie die F i g. 1 und 2 zeigen, an geladen sein können (z. B. positive Ionen) oder

seinem rechten Ende ein freier Raum bleibt, der von ⁶5 Lichtstrahlen sein können, so treffen diese auf die

einem mit Schrauben an den Stegen 30 und 32 be- Kathode 28 auf, die dann Elektronen emittiert. Diese

festigten Rahmen 38 eingenommen wird. Die Öff- Elektronen werden unter dem Einfluß der zuein-

nung dieses Rahmens ist von einem Gitter 40 aus ander senkrechten elektrostatischen und magneti-

sehen Felder über die Länge der Schicht 26 auf einer polyzykloiden Flugbahn beschleunigt. Bei jedem Bogen der Zykloide (z.B. 57) findet eine Vervielfachung der Zahl der erzeugten Sekundärelektronen statt. Am Ende der Flugbahn trifft der Elektronenstrom auf die Anode 42 auf und fließt zum Galvanometer 50.

Vergleicht man den beschriebenen Sekundärelektronenvervielfacher mit einem der bekannten Vervielfacher, so sieht man, daß er sich im wesentliehen dadurch unterscheidet, daß das magnetische Feld statt durch zwei gegenüberliegende Polstücke, die fast an denselben Stellen liegen wie die beiden Hilfs-Polstücke 34, 36 des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels, jedoch wesentlich größer als diese sind, durch zwei Magnete 20, 22 erzeugt wird, von denen jeder einen Nordpol und einen Südpol aufweist, und die in Ebenen rechtwinklig zu denen der Polstücke bei der bekannten Vorrichtung liegen. Wie oben bereits erläutert, ist es möglich, durch diese Magnete gleichzeitig die Platten zu ersetzen, die bei den bekannten Vorrichtungen die beiden Schichten hohen Widerstandes tragen. Hieraus ergeben sich die bereits oben dargelegten Vorteile. Die Verwendung von Ferrit oder einem äquivalenten Material für die verwendeten Magnete gestattet es dank der größeren Induktion dieser Materialien, das Volumen der Magnetplatten wesentlich zu reduzieren. Ein anderer Vorteil bei der Verwendung dieser Materialien ist darin zu sehen, daß sie, da sie Nichtleiter oder nur sehr schlechte Leiter sind, direkt als Träger für die Schichten hohen Widerstandes 24, 26 dienen können, ohne daß es erforderlich ist, eine besondere Isolierung vorzusehen.

In gewissen Fällen ist es sogar möglich, auf besondere Schichten 24, 26 zu verzichten und das Material der Magnete 24, 26 selbst zum Erzeugen der das elektrische Feld hervorrufenden Spannungsabfälle zu verwenden. In diesem Fall werden die verschiedenen Potentiale der Quelle 48 den Platten 20 und 22 direkt zugeführt.

Es sind nicht unbedingt zwei Magnete 20 und 22 erforderlich, da im Prinzip schon einziger Magnet ausreicht, um das magnetische Feld mit der gewünschten Richtung zu erzeugen.

Wie bereits oben ausgeführt, sind auch die Polstücke oder magnetischen Nebenschlüsse 30, 36 nicht unbedingt erforderlich. So zeigt Fi g. 4 eine Variante, bei der diese Polstücke nicht vorhanden sind. Die mit Nuten versehenen Stege 30 und 36 sind dabei durch einfache Abstandsstücke 60 ersetzt, die mit ihren Enden zwischen den beiden Magnetplatten 20, 22 befestigt sind. Diese Abstandsstücke können auch die Form von mehreren kleinen Abstandsstücken annehmen, die über die Länge dieser Magnetplatten verteilt sind.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Sekundärelektronenvervielfacher mit zwei zueinander parallel angeordneten Flächen hohen Widerstandes, von denen mindestens eine Fläche sekundäremissionsfähig ist und an deren Enden zur Erzeugung eines senkrecht zu den Flächen verlaufenden elektrischen Feldes je ein Potential unterschiedlicher Größe angelegt ist, und mit einer Anordnung zur Erzeugung eines zu dem elektrischen Feld senkrechten magnetischen Feldes, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Erzeugung des magnetischen Feldes aus mindestens einer innerhalb der Röhre angeordneten, elektrisch schlecht leitenden und magnetisierbaren Platte (20 bzw. 22) besteht, die parallel zur sekundäremissionsfähigen Fläche und senkrecht zur Achse des Vervielfachers magnetisiert ist, und daß die Fläche hohen Widerstandes (24 bzw. 26) auf der Platte (20 bzw. 22) angeordnet ist.

2. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (20 bzw. 22) rechteckig ist.

3. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (20 bzw. 22) aus Ferrit besteht.

4. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ferritplatte direkt eines der elektrischen Potentiale angelegt ist.

5. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenüberliegende Platten (20, 22) mit je einer Fläche hohen Widerstandes (24, 26) vorgesehen sind und daß die gleichnamigen Magnetpole der beiden Platten einander gegenüberliegen.

6. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch zwei Hilfs-Polstücke (34, 36), die den beiden Nordpolen und den beiden Südpolen der Platten (20, 22) benachbart angeordnet sind.

7. Sekundärelektronenvervielfacher mit zwei Platten nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte (20) durch ein vorzugsweise mit einer Gitterelektrode (40) versehenes Fenster unterbrochen ist, durch das Teilchen vom Außenraum her durchtreten und auf eine Kathodenfläche (28) auftreffen, die auf der anderen, die sekundäremissionsfähige Schicht tragenden Platte (22) dem Fenster gegenüber vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 639 469;
schweizerische Patentschrift Nr. 185 511;
USA.-Patentschrift Nr. 2 841729.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 758/327 12.65 © Bundesdruckerei Berlin