DE1238579B - Elektronenvervielfacher mit einer konkav gekruemmten Flaeche aus einem sekundaeremissionsfaehigen Widerstandsmaterial - Google Patents
Elektronenvervielfacher mit einer konkav gekruemmten Flaeche aus einem sekundaeremissionsfaehigen WiderstandsmaterialInfo
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Landscapes
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- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
AUSLEGESCHRIFT
Deutsche KL: 21 g -13/19
Nummer: 1238579
Aktenzeichen: R 35403 VIII c/21;
1238 579 Anmeldgtag: 11. Juni 1963
Auslegetag: 13. April 1967
Die Erfindung betrifft einen Elektronenvervielfacher mit einer konkav gekrümmten Fläche aus
einem sekundäremissionsfähigen Widerstandsmaterial, deren längs der Krümmung beabstandete Enden
im Betrieb zur Erzeugung eines Beschleunigungsfeldes auf verschiedenem Potential liegen, und mit
einer feldformenden und die vervielfachten Elektronen sammelnden Elektrodenanordnung.
Ein Elektronenvervielfacher mit den oben angegebenen Merkmalen ist aus F i g. 3 der schweizerischen
Patentschrift 234444 bekannt. Der bekannte Vervielfacher hat einen wendeiförmigen Kolben, indem
eine in Achsrichtung verlaufende, streifenförmige vervielfachende Elektrode und eine ihr gegenüberliegende
Absaugeelektrode eingebaut sind. Diese beiden Elektroden sind als Potentiometer geschaltete
Platten, jedoch ist nur die vervielfachende Elektrode aktiviert, d. h. geeignet, Sekundärelektronen abzugeben.
Die an die Elektroden angelegten Spannungen sind so gewählt, daß ein Punkt eines bestimmten
Potentials auf der Absaugeelektrode nicht genau radial dem Punkt des entsprechenden Potentials auf
der vervielfachenden Elektrode gegenüberliegt, sondern um ein kleines Maß diesem gegenüber verschoben
ist.
Es ist aus dieser Patentschrift auch bekannt, den Kolben als kompliziert gekrümmtes, zusammengeknäueltes
Rohr auszubilden, dessen ganze Innenwand aktiviert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Elektronenvervielfacher der eingangs genannten Art anzugeben,
die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnen, einen guten Wirkungsgrad haben und
mit geringer Exemplarstreuung hergestellt werden können.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß an den Enden der zylindrisch geformten Fläche
zwei ebene feldformende Elektroden angeordnet sind, die von der Fläche in Richtung auf die Zylinderachse
vorspringen und im Betrieb auf unterschiedlichen Potentialen liegen, die in Verbindung
mit den an den Enden der zylindrischen Fläche liegenden Potentialen so bemessen sind, daß die
Äquipotentialflächen des Beschleunigungsfeldes etwa radial zu der zylindrisch geformten Fläche verlaufen.
Vorzugsweise ist die am im Betrieb negativen Ende der sekundäremissionsfähigen Fläche angeordnete
feldformende Elektrode elektrisch mit diesem Ende verbunden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Elektronenvervielfachers ist die bei dem positiven Ende der
sekundäremissionsfähigen Fläche angeordnete feld-Elektronenvervielfacher mit einer konkav
gekrümmten Fläche aus einem
sekundäremissionsfähigen Widerstandsmaterial
gekrümmten Fläche aus einem
sekundäremissionsfähigen Widerstandsmaterial
Anmelder:
Radio Corporation of America,
ίο New York, N. Y. (V. St. A.)
ίο New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. Ε. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6
München 23, Dunantstr. 6
Als Erfinder benannt:
Edward Granville Ramberg,
Southampton, Pa. (V. St. A.)
Edward Granville Ramberg,
Southampton, Pa. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. Juni 1962 (205 359)
formende Elektrode mit diesem Ende elektrisch verbunden, und vor dieser feldformenden Elektrode ist
eine getrennte Kollektorelektrode angeordnet, die aus einem Netz bestehen kann.
Die bei dem im Betrieb positiven Ende der sekundäremissionsfähigen Fläche angeordnete feldformende
Elektrode kann auch von diesem Ende isoliert und als Kollektorelektrode geschaltet sein.
Es kann zumindest der Teil der Fläche, der an das im Betrieb negative Ende angrenzt, als Photokathode
ausgebildet sein.
Der spezifische Flächenwiderstand der sekundäremissionsfähigen Fläche liegt vorzugsweise zwischen
IO3 und IO10 Ohm.
Bei einem Elektronenvervielfacher mit einem zylindrischen Kolben, dessen Innenwand die sekundäremissionsfähige
Fläche in Form einer Schicht aufgebracht ist, springt ein Teil der Kolbenwand keilförmig
bis etwa zur Kolbenachse nach innen vor, und die feldformenden Elektroden sind auf den
beiden Seiten des keilförmig nach innen vorspringenden Kolbenteils angeordnet.
Der beschriebene Elektronenvervielfacher wird an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigt
709 549/327
Fig. 1 eine Querschnittsansicht durch eine Elektronenvervielfacherröhre mit Photokathode,
Fig. 2 ein Axialschnitt in einer Ebene 2-2 der Fig.l,
Fig. 3, 4 und 5 Schnittansichten anderer Ausführungsformen von Vervielfacherröhren und
Fig. 6 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer sekundäremissionsfähigen Oberfläche
für den beschriebenen Elektronenvervielfacher.
F i g. 1 zeigt eine Vervielfacherröhre 10, die einen annähernd zylindrischen Kolben 12, der beispielsweise
aus Glas bestehen kann, enthält.
Auf die Innenfläche des Kolbens 12 ist eine sekundäremissionsfähige Schicht 14 aufgebracht, für
die der Glaskolben als Träger dient. Selbstverständlich können auch andere Trägerteile als der Kolben
verwendet werden. Die sekundäremissionsfähige Schicht 14 ist eine Widerstandsschicht und soll einen
Flächenwiderstand von mindestens IO5Ohm besitzen, um die Verlustleistung klein zu halten. Außerdem
soll der Gesamtwiderstand kleiner sein als das Verhältnis der an die Dynodenschicht angelegten
Spannung, geteilt durch den gewünschten Ausgangsstrom. Der maximale spezifische Flächenwiderstand
beträgt daher etwa IO10 Ohm.
Die Größe des spezifischen Widerstandes ist dadurch nach oben begrenzt, daß der Spannungsabfall
an der Widerstandsschicht, der durch den Querstrom verursacht wird, größer sein soll als der Spannungsabfall,
der durch den in der Widerstandsschicht fließenden Emissionsstrom verursacht wird. Der
Emissionsstrom soll also die Feldverteilung nicht stören.
Die Widerstandsschicht 14 kann sowohl strahlungsempfindlich als auch sekundäremissionsfähig
sein. Sie kann beispielsweise aus einer Caesiumantimonidschicht bestehen. Man kann auch Widerstandsschichten
verwenden, die keine Photoemission zeigen, z. B. die Kombination einer Magnesiumoxydschicht
auf einer Widerstandsschicht aus Zinnoxyd, die einen hohen Sekundäremissionsfaktor hat.
Innerhalb des Kolbens 12 befinden sich zwei ebene feldformende Elektroden 16, 18. Die feldformenden
Elektroden 16, 18 bestehen aus einem leitenden Werkstoff, z. B. aus Nickel. Die Zeichnung
zeigt, daß sich die Elektroden 16, 18 jeweils von der Kolbenwand bis fast zur Mittelachse der zylindrischen
Widerstandsschicht 14 radial nach innen erstrecken und daß die äußeren Enden der beiden
Elektroden 16, 18 bei den beiden Enden der Widerstandsschicht 14 liegen. Zwischen den beiden feldformenden
Elektroden 16, 18 auf der Wand des Kolbens befindet sich ein isolierender Bereich 20.
Die Widerstandsschicht 14 bedeckt also nicht die ganze Innenfläche des Kolbens 12.
Ein Teil der Oberfläche einer der feldformenden Elektroden 16, z. B. der Teil, der an die Kolbenwand
angrenzt, kann mit einer photoemissionsfähigen Schicht 22 überzogen sein, wenn die Schicht 14
nicht photoemissionsfähig ist. Die photoemissionsfähige Fläche 22 kann hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit
in einem speziellen Wellenlängenbereich geeignet gewählt werden. Eine weitere Alternative besteht
darin, ein photoempfindliches Material auf einem kurzen Stück der Kolbenwand 12 angrenzend
an die negative feldformende Elektrode 16 aufzubringen, während der Rest der Schicht 14 aus einem
Material besteht, das hinsichtlich seiner Sekundäremissionseigenschaften ausgewählt wurde.
Im Betrieb der Röhre 10 wird durch eine äußere Spannungsquelle 23 zwischen den Enden der Widerstandsschicht
14 angrenzend an die beiden feldformenden Elektroden 16, 18 eine Potentialdifferenz in
der Größenordnung von einem oder mehreren tausend Volt aufrechterhalten. Das an die Elektrode 16 angrenzende
Ende der Widerstandsschicht 14 wird also negativ und das an die Elektrode 18 angrenzende
Ende positiv vorgespannt. Das negative Ende der Widerstandsschicht 14 kann elektrisch mit der angrenzenden
feldformenden Elektrode verbunden sein, ebenso bei bestimmten Ausführungsformen die
photoemissionsfähige Fläche 22. Das positiv vorgespannte Ende der Widerstandsschicht 14 endet bei
der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform nahe vor der benachbarten feldformenden Elektrode 18.
Im Betrieb arbeitet die Elektrode 18 als Elektronenkollektor, der mit einem Arbeitswiderstand 24 verbunden
ist. Der Kollektor ist bezüglich Masse vorgespannt, vorzugsweise über eine Gleichspannungsquelle 25.
Die beschriebene Vervielfacherröhre arbeitet folgendermaßen: die photoemissionsfähige Fläche 22
emittiert Elektronen, wenn sie von einer Strahlung 26 getroffen wird. Die von der Photokathode ausgehenden
Elektronen gelangen in den Einfluß eines elektrischen Feldes, das bei der angegebenen Form
der feldformenden Platten 16, 18 und bei gleichförmigem Flächenwiderstand der Schicht 14 an allen
Punkten tangential gerichtet ist. Die radial verlaufenden Äquipotentialflächen dieses Feldes sind in
F i g. 1 durch die gestrichelten Linien 28 dargestellt. Das elektrische Feld lenkt die Elektronen in Richtung
längs der Röhrenwand zum positiven Ende der sekundäremissionsfähigen Widerstandsschicht 14 ab.
Der Elektronenweg 30 ist in F i g. 1 eingezeichnet.
Der mittlere Winkelabstand zwischen dem Emissionspunkt und dem Auftreffpunkt eines Elektrons
auf der Wand ist bei einer angelegten Gesamtspannung in der Größenordnung von 1000 Volt etwa
0,5 rad. Da sich die Schicht über 5 rad, nämlich über etwa vier Fünftel des Röhrenumfanges erstreckt,
beträgt die Auftreffenergie jeweils etwa 100 eV. Bei dieser Auftreffenergie erzeugt jedes Primärelektron
etwa vier Sekundärelektronen, wenn eine gute sekundäremissionsfähige Schicht verwendet wird.
Diese vier Sekundärelektronen laufen im Mittel wieder 0,5 rad in Richtung auf die Kollektorelektrode
18, bevor sie wieder auf die Schicht 14 auftreffen und insgesamt etwa 16 Sekundärelektronen erzeugen. Bei
den angegebenen Verhältnissen ergeben sich auf diese Weise etwa zehn Vervielfacherstufen, so daß die
Stromverstärkung insgesamt etwa IO6 beträgt, bevor die Elektronen die Kollektorelektrode 16 erreichen.
Wenn der Sekundäremissionsfaktor der Widerstandsschicht 14 kleiner als 4 ist, ergibt sich natürlich ein
entsprechend kleinerer Verstärkungsgrad der Röhre. Die Verstärkung kann andererseit durch Erhöhung
der zwischen die Enden der Widerstandsschicht 14 angelegten Potentialdifferenz vergrößert werden, da
dann sowohl die Auftreffenergie als auch die Anzahl der Vervielfacherstufer größer werden.
Die Vervielfacherröhre erfordert drei nach außen geführte Anschlüsse, nämlich einen negativen Kathodenanschluß,
einen Anschluß an das positive Ende der Widerstandsschicht 14 (Anodenanschluß)
Claims (8)
1. Elektronenvervielfacher mit einer konkav gekrümmten Fläche aus einem sekundäremissionsfähigen
Widerstandsmaterial, deren längs der Krümmung beabstandete Enden im Betrieb zur Erzeugung eines Beschleunigungsfeldes auf
verschiedenem Potential liegen, und mit einer feldformenden und die vervielfachten Elektronen
sammelnden Elektrodenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der zylindrisch geformten Fläche (14; 66; 70, 72)
zwei ebene feldformende Elektroden (22, 60 bzw. 18, 44, 52, 62) angeordnet sind, die von der
Fläche in Richtung auf die Zylinderachse vorspringen und im Betrieb auf unterschiedlichen
Potentialen liegen, die in Verbindung mit den an den Enden der zylindrischen Fläche liegenden
Potentialen so bemessen sind, daß die Äquipotentialflächen des Beschleunigungsfeldes etwa radial
zu der zylindrisch geformten Fläche verlaufen.
2. Elektronenvervielfacher nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die am im Betrieb
negativen Ende der sekundäremissionsfähigen Fläche angeordnete feldformende Elektrode (22,
60) elektrisch mit diesem Ende verbunden ist.
3. Elektronenvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei dem positiven
Ende der sekundäremissionsfähigen Fläche angeordnete feldformende Elektrode (44, 52)
mit diesem Ende elektrisch verbunden ist und daß vor dieser feldformenden Elektrode eine getrennte
Kollektorelektrode (42, 50) angeordnet ist.
4. Elektronenvervielfacher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode
aus einem Netz (42) besteht (F i g. 3).
5. Elektronenvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei dem im Betrieb
positiven Ende der sekundäremissionsfähigen Fläche angeordnete feldformende Elektrode
(18, 62) von diesem Ende isoliert und als KoI-lektorelektrode geschaltet ist.
6. Elektronenvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest der Teil der Fläche, der an das im Betrieb negative Ende angrenzt, als
Photokathode ausgebildet ist.
7. Elektronenvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der spezifische Flächenwiderstand der sekundäremissionsfähigen Fläche zwischen
IO5 und IO10 Ohm liegt.
8. Elektronenvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem zylindrischen
Kolben, auf dessen Innenwand die sekun-
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