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Sekundärelektronen-Vervielfachungsschich I Die Erfindung betrifft
eine Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht mit porösem Aufbau und geringer Dichte.
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Es ist schon eine Vielzahl von Sekundärelektronen-Vervielfachungsvorrichtungen
vorgeschlagen und praktisch verwendet worden.
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Die Erfindung beschäftigt sich mit einer porösen Schicht, bei der
die Sekundärelektronen-Vervielfachung durch die sogenannte "Elektronen-Übertragungw
erfolgt, bei der in die poröse Schicht eintretende Primärelektronen auf die Wand
des Materials auftreffen, aus dem die poröse Schicht aufgebaut ist. Dadurch werden
primärerzeugte Sekundär elektronen innerhalb der Schicht emittiert und die so erzeugten
Sekundär elektronen treffen ihrerseits wieder auf die Wände der porösen Schicht
auf, wodurch sekundärerzeugte Sekundärelektronen erzeugt werden. Dieser Vorgang
wird unter fortlaufender Slektronenvermehrung wiederholt, bis schließlich eine Vielzahl
von Sekundärelektronengruppen von der Oberfläche emittiert wird, die der Oberfläche
gegenüberliegt, von der her die Primärelektronen in die poröse Schicht eindringen.
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Hauptziel der Erfindung ist eine neue und verbesserte Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht,
bei der die Sekundärelektronen-Vervielfachung durch die sogenannte Elektronenübertragung
erfolgt.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise
veranschaulicht, und zwar zeigen Fig. 1 einen schematischen Schnitt einer erfindungsgemäß
aufgebauten Sekundärelektronen-Vervielfachungsschich Fig. 2 einen schematischen
Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 3 vergrößert einen
schematischen Schnitt zum Erläutern der Funktion der erfindungsgemäßen Sekundärelektrone
-Vervielfachungsschicht.
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Fig. 1 zeigt Aufbau und Funktion einer Ausführungsform der Erfindung.
Eine Elektronenvervielfachungsvorrichtung weist eine Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht
1 auf, die porös ist, und die im Inneren eine Vielzahl von Poren aufweist, die fortlaufende,
gewundene Gänge bilden. Die Schicht 1 ist zwischen einem beispielsweise recHwinklig
aufgebauten Netz 2 aus leitfähigem Material und einem gleichartigen Netz 3 gehalten.
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Eine Kathode 4 emittiert einen Strahl von Primärelektronen 5 in Richtung
auf das Netz 2. Eine vervielfachte Anzahl von Sekundärelektronen 6 tritt an der
Ausgangsfläche der porösen Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht 1 aus und wird
auf einem Kollektor 7 gesammelt. Die Vorrichtung weist weiter eine Energiequelle
8 auf, mit deren Hilfe die von der Kathode 4 emittierten Primärelektronen beschleunigt
werden. Auf diese Weise können die Primärelektronen mit einer vorgewählten Geschwindigkeit
in
die Schicht 1 eintreten. Weiter ist eine Energiequelle 9 vorgesehen, mit deren Hilfe
in der porösen Schicht 1 ein elektrisches Feld zum Beschleunigen der in der porösen
Schicht emittierten Sekundärelektronen möglich ist. Eine Energie quelle 10 schließlich
dient zum Auffangen der vervielfachten Sekundärelektronen b auf dem Kollektor 7.
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Die Erfindung zeichnet sich durch den Aufbau der porösen Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht
1 aus. Diese Schicht besteht aus Teilchen eines Materials wie Glas oder Keramik,
das einen hohen spezifischen Widerstand aufweist. Die Glas- oder Keramikteilchen
haben einen Durchmesser von mindestens einigen 10 Mikron. Sie können mit einem Alkalihalogenid,
beispielsweise mit Kaliumchlorid KCl oder einem Metalloxyd, beispielsweise Magnesiumoxyd
IJZgO, überzogen sein, das eine hohe Sekundärelektronen-Emissionsrate aufweist.
Auf diese Weise erhält man die höchstmögliche Sekundärelektronenemission. Eine derartige
poröse Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht kann man leicht dadurch erhalten,
diB man die Glas oder Keramikteilchen eines Durchmessers von mindestens einigen
10 Mikron miteinander abbinden läßt. Die Teilchen können auch vorab mit einem Alkalihalogenid
oder einem isletalloxyd hoher Sekundärelektronen-Emissionsrate beraucht und erst
danach abgebunden werden. Gegebenenfalls kann eine geeigente Mischung pulverförmigen
Glases oder pulverförmiger Keramik unter Druck in eine poröse Schicht gesintert
werden. Die poröse Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht, die man auf dieseWeise
erhält, hat eine Dicke von einigen Vielfachen nis zu einigen 10 Vielfachen des Durchmessers
der einzelnen 'l'eilchen.
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Wi. 3 zeigt, wie die Vervielfachung der Sekundärelektron en vor sich
geht, wenn in die poröse Schicht auf die oben beschribene
Weise
Primärelektronen eintreten. Die von der Kathode 4 herkommenden Prlmärelektronen
5 werden durch die Spannung von einigen 100 Volt beschleunigt, die am elektrisch
leitfähigen Netz 2 liegt. Die Primärelektronen 5 durchsetzen das Netz 2 und treffen
auf die Teilchen hohen spezifischen Widerstandes auf, die die Schicht 1 bilden.
Dadurch werden Sekundärelektronen emittiert. Eine Spannung in der Größenordnung
von einigen 1000 Volt liegt am anderen elektrisch leitfähigen Netz 3. Es entsteht
so in bezug auf das Netz 2 eine Potentialdifferenz von mindestens 1000 Volt. Dadurch
wird ein starkes elektrisches Feld quer zur porösen Schicht 1 aufgebaut. Aufgrund
dieses Feldes werden die in die Poren oder den freien Raum innerhalb der porösen
Schicht 1 emittierten Sekundärelektronen nach recht in Fig. 3 beschleunigt und treffen
auf weitere Partikel auf, die Teil der porösen Schicht 1 sind. So entstehen sekundär
erzeugte Sekundärelektronen, tertiär erzeugte Sekundärelektronen usw., wie das in
Fig. 3 zu erkennen ist. Das Potential am Kollektor 7 ist höher als das Potential
am Netz 3, und zwar um mindestens einige hundert Volt. Die schließlich die Durchbrech
-gen des Netzes 3 durchsetzenden Sekundärelektronen werden so insgesamt auf dem
Kollektor 7 aufgefangen.
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Auf das Netz 3 kann verzichtet werden, wenn der Sollektor 7 ein Potential
hat, das hinreichend größer ist als das Potential des Netzes 2, um in der porösen
Schicht 1 ein für die Beschleunigung der Sekundärelektronen geeignetes elektrisch
5 Feld aufzubauen. Die poröse Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht 1 muß nicht
nur aus Glas- oder Keramikteilchen aufgebaut sein. Es ist zusätzlich erforderlich,
daß die Poren oder Spalten innerhalb der porösen Schicht 1 einen genügend weiten
Innenraum haben, damit die emittierten Sekundärelektronen vervielfacht
werden
können, indem sie eines nach dem anderen auf die Teilchenoberflächen auftreffen.
Dafür ist es überdies erforderlich, daß die poröse Schicht 1 eine sehr niedrige
Dichte aufweist und daß die Poren oder Spalten miteinander zu fortlaufenden, gewundenen
Gängen verbunden sind.
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Fig. 2 zeigt eine Anwendung einer Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht
1 nach der Erfindung in einer herkömmlichen Sekundärelektronen-Vervielfacherröhre
mit röhrenförmigem Kanal. Ein aus Glas oder Keramik bestehendes Xohr 11 ist innen
mit einer Schicht 12 hohen Widerstandes beschichtet. Eine äußere Energiequelle 9
ist zwischen die entgegengesetzten Enden des Rohres 11 geschaltet. Dadurch liegt
über dem Rohr 11 eine hohe Spannung an, durch die ein gleichförmiges elektrisches
Beschleunigungsfeld im Rohr 11 aufgebaut wird, dessen Richtung in der Figur von
links nach rechts verläuft. Die Schicht 12 hohen Widerstandes im Rohr 11 kann auch
fortgelassen werden, wenn das Rohr 11 aus einem Glas od. dgl. hergestellt ist, das
einen genügend hohen spezifischen Widerstand aufweist.
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Bei dieser Ausführungsform wird die Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht
1 nach der Erfindung in dem rohrförmigen Kanal angeordnet. Die von einer Kathode
4 emittierten Primärelektronen 5 treten in die rohrkanalförmige Schicht 1 mit einer
Geschwindigkeit ein, die von der durch die Energiequelle 8 angelegten Spannung abhängt.
In der porösen Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht 1 innerhalb des Rohres
11 werden die Sekundärelektronen in Ubereinstimmung mit dem anhand von Fig. 3 beschriebenen
Eunktionsprinzip kumulativ vervielfacht. Ein strahl einer derart vervielfachten
Anzahl von Sekundärelektrone 6 verläljt das dohr 11 in Richtung auf den Kollektor
7, der mit
Hilfe einer äußeren Energiequelle 10 auf einer Spannung
gehalten wird, die diejenige des Ausgangs des Rohres 11 übersteigt Die anhand von
Fig. 2 erläuterte Anwendung der Erfindung in einer Sekundärelektronen-Vervielfacherröhre
ist selbstverständlich auch auf Röhren des Vielkanaltyps ausdehnbar, die aus einer
Vielzahl von rohrförmigen Kanälen besteht, die zu einem Bündel zusammengefaßt sind.
Jedoch ist eine zu feine Unterteilun dabei nur schwer zu erreichen, da in jedem
der Kanäle eine erfindungsgemäße poröse Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht
untergebracht werden muß. Besonders gute Erfolge erzielt man bei Anwendung der Erfindung
für Vervielfacher, die ein als Blektronenstrahl vorliegendes Signal zu zer-stärken
haben. Aus den angegebenen Gründen ist der Gegenstand der Erfindung für Photovervielfacherröhren
weniger geeignet, bei denen ein Bild verstärkt werden soll. Bei der Verwendung im
erstgenannten Vervielfacher kann auch mit kurzen Kanalrohren eine hohe Verstärkung
erreicht werden. Wird die poröse Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht nach
der Erfindung in einem Kanalrohr angeordnet so kann die Anzahl der Elektronzusammenstöße
pro Langeneinheit der Sekundärelektronen-Vervielfachungswand bibutend erhöht werden.
Für hohle Kanalrohr liegt die Anzahl der Zusammenstöße der einlaufenden Elektronen
mit der Rohrwand in der Größenordnung von einigen Einheiten und das selbst dann,
wenn das Verhältnis von Rohrlänge zu Rohrdurchmesser von gleicher Größenordnung
ist oder sogar in der Größenordnung von einigen zehn liegt. Ein Vorteil der Erfindung
liegt also darin, daß die Länge des Kanalrohres beträchtlich verringert werden kann,
wenn nur die gleiche Spannung am Rohr angelegt wird. Man erhält also bei Verwendung
der Erfindung eine Sekundärelektronen-Vervielfachungs vorrichtung sehr kleiner Größe.