DE1614313C3 - Elektronenvervielfacherröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenvervielfacherröhre mit einer halbdurchsichtigen Photokathode und mindestens einer ersten Dynode, wobei die emittierende Oberfläche der ersten Dynode durch eine Umdrehungsfläche gebildet wird.

Es gibt Elektronenvervielfacher, in denen Photonen die Photokathode durchdringen und auf der Rückseite Emission von Photoelektronen verursachen. Es handelt sich in diesem Falle um Elektronenvervielfacherröhren mit einer »halbdurchsichtigen« Photokathode, die sich von Elektronenvervielfacherröhren mit einer »undurchsichtigen« Photokathode unterscheiden, bei denen die Photoelektronen die Photokathode auf der Seite verlassen, wo die Strahlung die Photokathode trifft.

Es sind weiter Elektronenvervielfacherröhren bekannt, deren Photokathode Abmessungen von mehr als einigen Zentimetern hat. Diese werden, wie üblich, nachstehend als Elektronenvervielfacherröhren mit einer Photokathode mit »großer Oberfläche« bezeichnet. Große emittierende Oberflächen bringen insbesondere Schwierigkeiten in bezug auf die Streuung der Laufzeit der Photoelektronen und auf den Wirkungsgrad beim Auffangen der Photoelektronen mit sich und die Erfindung betrifft insbesondere Elektronenvervielfacherröhren mit einer halbdurchsichtigen Photokathode mit großer Oberfläche.

Es ist eine Elektronenvervielfacherröhre bekannt, in der eine halbdurchsichtige, konkave Photokathode, zwei Fokussierungselektroden und eine Beschleunigungselektrode zum Beschleunigen der Photoelektronen untergebracht sind, welche Elektroden Umdrehungskörper bilden. Die Dynodenstruktur wird durch eine Anzahl von Dynoden mit zylindrischer Geometrie gebildet und der Kollektor ist elektrisch mit einem koaxialen Ausgang verbunden. Dank der Umdrehungsstruktur der Fokussierungselektroden und der konkaven Gestalt der Photokathode lassen sich große Laufzeitunterschiede der Photoelektronen vermeiden, aber der Übergang von der Umdrehungsstruktur der Fokussierungselektrode und der Beschleunigungselektrode auf die zylindrische Struktur der Dynoden erschwert eine gute Fokussierung und eine effektive Auffangung der Elektronen.

Elektronenvervielfacherröhren mit einer Photokathode großer Oberfläche besitzen jedoch häufig eine Umdrehungsstruktur bildende Dynoden.

Eine bekannte Elektronenvervielfacherröhre hat ringförmige, in Richtung auf die Umdrehungsachsc gekrümmte Umdrehungskörper bildende Dynoden und eine zum größten Teil flache Photokathode. Die Photokathode ist undurchsichtig und der zentrale Teil der Fläche der Photokathode ist zur Aufnahme der ersten Dynode ausgespart, so daß nur ein ringförmiger Teil der Kathodenfläche für die Detektion der auffallenden Strahlung empfindlich ist.

In einer bekannten Elektronenvervielfacherröhre der im ersten Absatz genannten Art befindet sich zwischen einer sphärischen, halbdurchsichtigen Photokathode und einer ersten Dynode, welche die Form eines konkaven, kegelförmigen Umdrehungskörpers hat, eine kegelförmige Elektrode zum Erzeugen eines möglichst günstigen Feldlinienverlaufs. Diese kegelförmige Dynode hat eine Öffnung zum Durchlassen der Photoelektronen, welche Öffnung in bezug auf die Photokathode klein ist und auch die erste Dynode ist in bezug auf die Photokathode klein, so daß eine erhebliche Laufzeitstreuung und ein wesentlicher Verlust an Photoelektronen in den Räumen zwischen der Photokathode und der ersten Dynode auftreten können. In einer Abart dieser Röhre ist die Photokathode ein kegelförmiger Umdrehungskörper. Dabei ist die Photokathode jedoch undurchsichtig und klein im Vergleich dem Fenster, durch welches die auffallende Strahlung eintritt.

Die Erfindung bezweckt, eine Elektronenvervielfacherröhre mit einer halbdurchsichtigen Photokathode mit großer Oberfläche anzugeben, wobei die Streuung der Laufzeit der Photoelektronen gering und der Wirkungsgrad hoch ist.

In einer Elektronenvervielfacherröhre der im ersten Absatz erwähnten Art bildet nach der Erfindung die emittierende Oberfläche der Photokathode eine zu der durch die emittierende Oberfläche der ersten Dynode gebildeten Umdrehungsfläche koaxiale Umdrehungsfläche, von der ein durch die Umdrehungsachse gehender Schnitt auf beiden Seiten der Umdrehungsachse je einen Bogen bildet, dessen Sehne annähernd senkrecht auf der Umdrehungsachse steht und dessen konkave Seite der ersten Dynode zugewandt ist.

Die besondere Gestalt der Photokathode in dieser Elektronenvervielfacherröhre ermöglicht, die unwirksame Zone in der Mitte der Photokathode auf ein vernachlässigbar kleines Gebiet zu beschränken. Mittels eines Lichtbündels kreisförmigen Querschnittes kann dabei ein Strom von Photoelektronen ringförmigen Querschnittes erzielt werden, der nahezu vollständig an der ersten Dynode aufgefangen wird. Die Krümmung der betreffenden Bögen wird derart gewählt, daß gleichzeitig an der Photokathode emittierte Photoelektronen nahezu gleichzeitig die erste Dynode erreichen. Die betreffenden Bögen sind daher vorzugsweise Bögen von Kreisen, deren Mittelpunkte nahe der ersten Dynode liegen. Vorzugsweise wird eine drahtförmige Fokussierungselektrode längs der Umdrehungsachse angebracht, um den Verlust an Photoelektronen aus der Mitte der Photokathode zu beschränken.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen erläutert, in der

F i g. 1 einen Schnitt durch den oberen und den unteren Teil einer Ausführungsform einer Elektronen-

vervielfacherröhre nach der Erfindung,

Fig.2 einen Teil der Eingangsstufe der Röhre nach Fig. 1,

Fig.3 eine Verstärkerstufe der Röhre nach Fig. 1 zeigen.

Der für die Erfindung wesentliche Teil der Röhre nach Fig. 1 wird durch die Eingangsstufe gebildet. Die Eingangsstufe enthält die Photokathode 1, die auf der Rückseite einer Vorderplatte 2 aus Glas angebracht ist. Die Vorderplatte ist an einem Metallring 3 festgeschmolzen, an dem der weitere Teil 4 der Röhrenhülle befestigt ist und der als elektrisches Verbindungsglied für die Photokathode 1 dient. Eine erste Fokussierungselektrode Fi besteht aus einem Draht 5, der an der Mitte der Photokathode 1 befestigt ist, und einem Rohr 6. Eine zweite Fokussierungselektrode F2 wird durch Aufdampfung von Aluminium auf die Röhrenhülle erhalten. Die Fokussierungselektrode Fi hat das Potential der Photokathode 1 und die Fokussierungselektrode F₂ wird durch eine Durchführung 7 mit einer (nicht gezeichneten) Spannungsquelle verbunden. Eine erste Beschleunigungselektrode A\ und eine zweite Beschleunigungs- !■ elektrode A₂ haben das Potential der ersten Dynode Si. Die Form der Photokathode 1, die einen Umdrehungskörper um die Röhrenachse bildet, ist in der Zeichnung genau dargestellt. Die Form der Photokathode und die Lagen der Fokussierungselektroden ermöglichen, auf Grund eines Lichtbündels kreisförmigen Querschnittes ein Photoelektronenbündel ringförmigen Querschnittes zu erzielen, das praktisch vollkommen auf der ersten Dynode Si aufgefangen wird. Die wirksame Oberfläche der Photokathode ist eine ringförmige Fläche zwischen Kreisen mit Durchmessern von 90 mm und 3 mm. Theoretisch werden in diesem Falle 99,9% der Photoelektronen aufgefangen. In Fig.2 wird den Verlauf des elektrischen Feldes in der Eingangsstufe der Röhre nach Fig. 1 durch eine Anzahl äquipotentialer Linien dargestellt, von denen eine mit 8 und eine mit 9 bezeichnet ist. In F i g. 2 sind weiter genaue Bahnen der Photoelektronen angegeben. Eine dieser Bahnen ist mit 10 bezeichnet.

Die Verstärkerstufen der in Fig. 1 dargestellten Röhre bilden Gegenstand der Patentnanmeldung P 16 14 311.6-33 der Anmelderin. Die Verstärkerstufen enthalten (s. Fig. 1) Außendynoden mit ungeraden Ordnungsnummern Si, S3 usw. und Innendynoden mit geraden Ordnungsnummern S₂, St usw. Die Umdrehungsdynoden Si, S2, Sj, S» usw. werden von elektrisch leitenden Scheiben Dt, D₂, Dz, Da, usw. abgestützt. Die Scheiben sind an den zwischen ihnen liegenden Ringen R festgeschmolzen und dienen als elektrische Zuleitungen für die Dynoden. Die Zuleitungen werden in bekannter Weise an positiv zunehmende Spannungen gelegt, welche dazu angepaßt sind, gute Kennlinien der Linearität und Geschwindigkeit zu erzielen.

Fig.3 zeigt eine Ansicht einer Verstärkerstufe der Röhre nach Fig. 1. Die Verstärkerstufe ist in Fig.3 teilweise aufgebrochen. Sie enthält die Außendynode Sj und die Innendynode S₄. Die Außendynode Sj ist an einem ringförmigen Träger 11 befestigt, der mit einer Befestigungszunge 12 zur Befestigung an der Dynode Sj und einer Befestigungszunge 13 zur Befestigung an der Scheibe D₃ versehen ist. Die Form des Trägers 11 ergibt eine vorzügliche mechanische Steifheit. Die Innendynode S₄ wird von zwei gekreuzten Drähten 14 uns 15 aus Metall abgestützt, die an einem Träger 16 befestigt sind, der auf der Scheibe D^ ruht. Die Dynode S3 hat Durchgänge 17 für die Drähte 14 und 15. Auch die Befestigung der Innendynode ergibt eine gute mechanische Steifheit, während die Befestigungsmittel den Elektronenstrom praktisch nicht beeinflussen.

Die Ausgangsstufe der in Fig. 1 dargestellten Röhre bildet Gegenstand der Patentanmeldung P 16 14 312.7-33 der Anmelderin. Die Ausgangsstufe (s. Fig. 1) enthält eine zylindrische Anode 18 mit einer konischen Verlängerung 19, die mechanisch und elektrisch mit dem zentralen Leiter 20 eines koaxialen Ausgangsglieds C verbunden ist, das im Röhrenboden eingeschmolzen ist. Der Außenleiter 21 des koaxialen Ausgangsglieds Cist mit dem leitenden Kegelstumpf 22 verbunden, der die Anode koaxial umgibt. Bei 23 und 24 ist eine in der Röhre integrierte Kapazität zur Entkopplung der Elektroden vorgesehen. 19 und 22 bezeichnen eine koaxiale Leitung mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm, so daß der Ausgang des Elektronenvervielfachers sich leicht mit Signaldetektionsgeräten verbinden läßt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektronenvervielfacherröhre mit einer halbdurchsichtigen Photokathode und mindestens einer ersten Dynode, deren emittierende Oberfläche eine Umdrehungsfläche bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die emittierende Oberfläche der Photokathode (1) eine zur erwähnten Umdrehungsfläche koaxiale Umdrehungsfläche bildet, von der ein durch die Umdrehungsachse gehender Schnitt auf beiden Seiten der Umdrehungsachse je einen Boden bildet, derenSehne annähernd senkrecht auf der Umdrehungsachse steht und dessen konkave Seite der ersten Dynode (S]) zugewandt ist.

2. Elektronenvervielfacherröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte Bogen ein Kreisbogen ist, dessen Mittelpunkt nahe der ersten Dynode (Si) liegt.

3. Elektronenvervielfacherröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine drahtförmige Fokussierungselektrode (5) längs der erwähnten Umdrehungsachse angebracht ist.