DE1902293B2 - Sekundaerelektronenvervielfacher - Google Patents

Description

3 * 4

laufende Dynode gebildeten Kanals an sie gelegte elektronen emittierenden Flächen der Dynodenplat-Beschleunigungsspannung zu verteilen, wodurch im ten, wie Fig. 1 zeigt Mit anderen Worten, das Ver-Kaiial ein axiales elektrisches Feld gebildet wird, hältnis zwischen Abstand und axialer Länge des durch das die Sekundäreiektronen in axialer Rieh- Kanals soll klein gehalten werden, um den MuMpIitung beschleunigt werden. Ein Primärelektronen- 5 kationsfaktor zu erhöhen. Aus diesem Grund muß strahl 3 wird mit einer solchen Geschwindigkeit ein- die Kanallänge vergrößert werden, um einen Vergeführt, daß die Emission der Sekundäreiektronen vielfacher mit hohem Multiplikationsfaktor zu erhalhauptsächlich in der Umgebung des Kanaleingangs ten Gemäß der Erfindung soll jedoch dem axialen verursacht wird und dann die Sekundäreiektronen elektrischen Feld ein senkrecht zur Achse wirkendes auf die eine die Innenflächen des Kanals bildende io elektrisches Feld überlagert werden, ohne daß die Widerstandsschicht 2 geschleudert werden, was eine Beschleunigung der vervielfachten Sekundärelektro-Emission von Sekundäreiektronen bewirkt Die so- nen lediglich durch das axiale elektrische Feld bemit anfänglich emittierten Sekundäreiektronen wer- wirkt wird.

den durch das im Kanal aufgebaute axiale elektrische Im folgenden werden Beispiele zur Verbesserung

Feld entlang einer parabolischen Bahn beschleunigt 15 fortlaufender Dynoden für verschiedene Kanal-

und bombardieren die gegenüberliegende Sekundär- Sekundärelektronenvervielfacher beschrieben,

elektronen emittierende Fläche der Kanaldynode, so Fi g. 2 zeigt zunächst eine Ausführungsform der

daß weitere Sekundäreiektronen 4 von dkser ab- Erfindung, bei der die an den Innenflächen der den

gegeben werden. Kanal bildenden parallelen Platten ausgebildeten

Durch Wiederholung dieses Vorgangs wird die 20 Sekundäreiektronen emittierenden Schichten in eine Anzahl der Sekundäreiektronen, während sie, wie in Vielzahl von Abschnitten unterteilt sind. Die Ab-Fig. 1 dargestellt, von links nach rechts bewegt schnitte der gegenüberliegenden Platten sind gegenwerden, in geometrischer Reihe erhöht. Der sich er- einander versetzt angeordnet und werden mit Potengebende Ausgangselektronenstrom 5 wird in einem tialen von einer äußeren Energiequelle über Reihen Kollektor 6 gesammelt. Die Spannung einer Be- 35 von Teilerwiderständen gespeist, durch die die schleunigungsspannungsquelle 7 wird an die beiden Potentiale von links nach rechts, wie in der Zeich-F.nden der die fortlaufende Dynode bildenden Wider- nung dargestellt, fortlaufend erhöht werden. Die Standsschicht2 gelegt, wodurch die im Kanal auf- Teile in Fig. 2, die denen in Fig. 1 entsprechen, tretenden Sekundäreiektronen nach rechts beschleu- sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nigt werden. Eine Gleichstromquelle 8 liefert ein 30 brauchen nicht näher beschrieben zu werden. Bei der positives Potential an den Kollektor, wodurch der in Fig. 2 dargestellten Anordnung prallen die vervom Ausgangsende abgegebene Sekundäreiektronen- vielfachten Sekundäreiektronen 4 innerhalb des strom zum Kollektor geleitet wird. Kanals viel häufiger gegen die Sekundäreiektronen

Wie oben beschrieben, ist es bei dem bekannten emittierenden Widerstandsschichten 2 der Dynode, Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher zum Be- 35 so daß im Vergleich zu anderen Anordnungen mit schleunigen der Sekundäreiektronen innerhalb des gleicher Kanaüänge und gleichem Abstand ein viel Kanals von links nach rechts notwendig, ein gleich- höherer Multiplikationsfaktor erzielt werden kann, mäßiges Beschleunigungsfeld aufzubauen. Wenn der Andererseits ist es notwendig, die Spannung der BeKanal von parallelen ebenen Platten begrenzt wird, schleunigungsspannungsquelle 7 um einen Betrag zu ist deshalb auf jeder der Innenflächen der einander 40 erhöhen, der der erhöhten Zahl der Aufprallvorgänge gegenüberliegenden Platten eine gleichmäßige dünne entspricht. Wenn jedoch die gleiche Durchschnitts-Schicht aus Metall oder Halbleiter vorgesehen, so zahl der Aufprallvorgänge wie bei der Anordnung daß das Potential innerhalb des Kanals von der Ein- nach F i g. 1 erzielt werden soll und die Spannung gangsseite zur Ausgangsseite mit Hilfe der an den der Beschleunigungsspannungsquelle 7 die gleiche innenflächen der Kanalplatten vorgesehenen Wider- 45 bleibt, kann die axiale Länge des Kanals bei Erreistandsschichten 2 mit hohem Widerstand zunehmend chung des gleichen Multiplikationsfaktors stark vererhöht wird. Der Widerstand der Widerstands^chich- kürzt werden.

ten 2 kann einen Wert in einem Bereich haben, der Es gibt verschiedene Verfahren zur Ausbildung

durch die Menge der vervielfachten Sekundärelek- der Sekundäreiektronen emittierenden Flächen der

tronen bestimmt wird. Er wird üblicherweise so ge- 50 fortlaufenden Dynode auf den Innenflächen des

wählt, daß er einige zehn bis einige hundert Mß durch die parallelen Platten begrenzten Kanals, um

oder mehr beträgt. einen Sekundärelektronenvervielfacher herzustellen,

Bei dem Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher wie er in F i g. 2 dargestellt ist.

mit parallelen Platten verläuft die Richtung der Be- Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines solchen Verfahrens,

schleunigung der Sekundäreiektronen parallel zur 55 wobei Fig. 3a die Innenfläche einer den Kanal

Achse (die Richtung, in der die Elektronen verviel- bildenden Platten und F i g. 3 b die Platte im Schnitt

facht werden), und die fortlaufenden Sekundärelek- zeigen. Die Basisplatte 1 besteht aus einem Isolator,

tronen emittierenden Flächen der Dynodenplatten z. B. Glas, Keramik od. dgl. Auf ihr sind Schichten

liegen ebenfalls parallel zur Achse. Wenn deshalb 21 eines Sekundärelektronenmaterials durch Auf-

die aus der Emissionsfläche austretenden Sekundär- 60 dampfen, Aufstäuben, Beschichten od. dgl. ausgebil-

elektronen nicht vor ihrem Auftreffen auf der gegen- det, die jeweils in eine Vielzahl von Abschnitten

überliegenden Sekundäreiektronen emittierenden unterteilt sind, die über Widerstandsschichten 22 mit

Fläche eine ziemlich lange Strecke zurücklegen, hohem Widerstand miteinander in Reihe geschaltet

findet der nächste Aufprall überhaupt nicht statt. Je sind, um eine Spannungsteilung zu bewirken und

kleiner der Abstand zwischen den parallelen Platten 65 dabei eine fortlaufende Dynode zu bilden. In

im Vergleich zur axialen Länge des Kanals ist, desto Fig. 3 a sind diese Widerstandsschichten gegenein-

größer ist die Anzahl der Aufpralle der Sekundär- ander versetzt angeordnet, wodurch im ganzen eine

elektronen auf den gegenüberliegenden Sekundär- Zickzackform gebildet wird. Jedoch können die die

Schichten 21 zur Herstellung einer fortlaufenden ist es möglich, einen parallele Platten aufweisenden Dynode miteinander in Reihe schaltenden Wider- Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher zu erhalten, Standsschichten nach Wunsch auf einer Seite der der klein ist und einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Sekundärelektronen emittierenden Fläche, auf den Ferner ist gemäß der Erfindung außer den vorgegenüberliegenden Seiten oder in allen Spalten zwi- 5 stehenden Ausführungsfonnen, bei denen parallele sehen den einzelnen Abschnitten angeordnet werden, Platten verwendet werden, auch ein Miniatur-Kanalwenn sie gleichmäßig ausgebildet sind. Sekundärelektronenvervielfacher mit hoher Verstär-

F i g. 4 zeigt ein zweites Beispiel, bei dem die kung vorgesehen, bei dem die fortlaufenden Verviel-Sekundärelektronen emittierende Fläche und die facher-Dynoden nicht in Form paralleler Platten Spannungsteilungswiderstände nicht voneinander ge- ίο hergestellt sind, sondern eine Spezialform, beispielstrennt sind. Eine aus einer Halbleiterdünnschicht, weise eine Form mit gebogenen Flächen aufweisen, Metalldünnscbicht od. dgl. bestehende Widerstands- um das Beschleunigungsfeld innerhalb des Elektroschicht ist auf einer Kanal-Basisplatte 1 aus isolie- nenvervielfachungskanals zu krümmen und dadurch rendem Material, beispielsweise Glas, Keramik ein senkrecht zur Axialrichtung wirkendes elektriod. dgl. im Zickzack angeordnet. Fig. 4a zeigt das 15 sehes Feld zu erzeugen, wodurch die Zahl der Auf-Muster der auf der Sekundäreiektronen emittieren- prallvorgänge der Sekundärelektronen auf die den Fläche der fortlaufenden Dynode vorgesehenen Sekundärelektronen emittierenden Flächen erhöht Schicht mit hohem Widerstand, die auch als Span- wird. Im folgenden wird ein solcher Sekundäreleknungsteilungswiderstand dient. Fig. 4b zeigt einen tronenvervielfacher beschrieben.
Schnitt durch diese Fläche und Fig. 4c ist eine »o Fig. 6 zeigt isolierende Basisplatten 1 aus Glas, Ersatzschaltung, die die Widerstandsverteilung in der Keramik od. dgl. in Form verdrillter paralleler Plat-Widerstandsschicht zeigt. ten. Auf der Innenfläche der Kanal-Basisplatten 1

F i g. 5 zeigt eine Anordnung, die eine Sekundär- sind Widerstandsschichten 2 aus Sekundärelektronen elektronen emittierende Fläche 24 aufweist, die in emittierendem Material mit hohem spezifischem eine Vielzahl von Abschnitten eingeteilt ist. Auf der »5 Widerstand vorgesehen. Eine solche Widerstands-Rückseite einer isolierenden Basisplatte 1 aus Glas, schicht 2 kann weggelassen werden, wenn man die Keramik od. dgl. erstrecken steh Spannungsteilungs- Basisplatten 1 unter Verwendung von Glas mit verwiderstandsschichten 25, die die Abschnitte der hältnisraäßig hohem Widerstand herstellt, das eine Sekundärelektronen emittierenden Fläche in Form Substanz mit hohem spezifischem Widerstand und einer flachen Spirale miteinander verbinden. Leitende 30 großem Sekundärelektronenvervielf achungsverhältnis Verbindungsteile 26 sind an den Schnittseiten der enthält.

Glasplatte vorgesehen, durch die die Widerstands- Fig. 7 zeigt ferner die Ausbildung einer fortschichten 25 fortlaufend mit der Sekundärelektronen laufenden Dynode mittels eines als Basisplatte 1 emittierenden Fläche 24 verbunden werden. dienenden Spezialbandes, bei der das beschleunigende

In jedem dieser Fälle sind die Basisplatten jeweils 35 elektrische Feld innerhalb der Röhre gekrümmt wird, in Sekundärelektronen emittierende Rächen- um nicht nur ein axiales Beschleunigungsfeld, sonabschnitte unterteilt, wie in Fig. 3, 4 bzw. 5 dar- dem auch ein senkrecht zur Achse wirkendes Begestellt, und weisen Spannungsteilungswiderstände schleungungsfeld zu erzeugen, wodurch die Zahl der auf, die die Abschnitte jeweils miteinander in Reihe Aufpralle der Sekundärelektronen innerhalb der verbinden, um eine fortlaufende Sekundärelektronen 40 Sekundärelektronen emittierenden Fläche der Kanalemittierende Dynode zu bilden, und die einander platten erhöht wird. Durch solche Verbesserungen gegenüber angeordnet sind. Dabei sind die Ab- der Kanalkonstruktion ist es möglich, einen Photoschnitte gegeneinander versetzt angeordnet. An diese vervielfacher mit einem Kanal-Sekundärelektronen-Flächenabschnitte gelegte Potentiale werden fort- vervielfacher herzustellen, der geeignet ist, einen im laufend erhöht, so daß die in den einander folgenden 45 wesentlichen gleichen Wirkungsgrad wie der mit Stufen erzeugten Sekundärelektronen, wie oben in parallelen Platten arbeitende Vervielfacher mit kür-Zusammenhang mit F i g. 2 beschrieben, vervielfacht zerem Kanal und doch einem hohen Multiplikationswerden. Bei dieser verbesserten Anordnung der fort- faktor zu erzielen. Durch Verändern der Gestalt der laufenden Dynodenfläche eines Sekundärelektronen- fortlaufenden Dynode wird auf diese Weise nicht nur vervielfachers wird auch ein elektrisches Feld senk- 50 eine axiale Komponente des elektrischen Feldes, recht zur axialen Richtung erzeugt, da die einander sondern auch eine zur Axialrichtung senkrechte gegenüberliegenden Abschnitte der fortlaufenden Komponente erzeugt, wodurch die Zahl der Auf-Dynode nicht auf dem gleichen Potential liegen. prallvorgänge der Sekundärelektronen auf die Sekun-Dadurch wird die Zahl der Zusammenpralle der därelektronen emittierenden Flächen der Dynode Sekundärelektronen mit der Sekundärelektronen 55 und damit die Empfindlichkeit des gesamten Veremittierenden Fläche der Kanalplatte erhöht Somit vielfachers erhöht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnongen

Claims (4)

1 2 durch haben die Elektronen zwischen zwei die Patentansprüche: eigentliche Vervielfachung ergebenden Aufprallvor gängen auf der Sekundäremissionsschicht einen

1. SeKundärelektronenvervielfacher, dessen langen Weg zurückzulegen.

einander gegenüberliegende Innenflächen mit 5 Aufgabe der Erfindung ist es, den von den Elek-

Prallschichten hoher Sekundärendssionsrate be- tronen zwischen zwei Prallpunkten auf der Sekun-

schichtet sind, die an den Kanalenden je mit däremissionsscaicht zurückzulegenden Weg zu ver-

einem Pol einer Spannungsquelle verbunden sind, kürzen.

dadurch gekennzeichnet, daß dem Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geaxialen Beschleunigungsfeld eine von der Achs- io löst, daß dem axialen Beschleunigungsfeld eine von richtung abweichende Feldkomponente über- der Achsrichtung abweichende Feldkomponente lagert ist, die länga der Achse ihre Richtung überlagert ist, die längs der Achse ihre Richtung ändert bzw. PraUflächenpunkte gleichen Poten- ändert bzw. Prallflächenpunkte gleichen Potentials rials an den gegenüberliegenden Innenflächen in an den gegenüberliegenden Innenflächen in Achs-Achsrichtung gegeneinander versetzt sind. 15 richtung gegeneinander versetzt sind. Durch die

2. Sekundärelektronenvervielfacher nach An- überlagerte Feldkomponente werden dabei die Elekspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ein- tronen auf einem kürzeren Weg zum nächsten Aufander gegenüberliegenden Emissionsschichten in prall auf der Sekundäremissionsschicht geführt, woeine Vielzahl untereinander durch hohe Wider- durch sich für eine bestimmte Baulänge des stände in Reihe geschaltete Abschnitte unterteilt 20 Sekundärelektronenvervielfachers eine erhöhte Versind und die Abschnitte gleichen Potentials an Stärkung bzw. für eine bestimmte verlangte Verstärden einander gegenüberliegenden Innenflächen in kung eine verminderte Baulänge ergibt.
Achsrichtung gegeneinander versetzt sind (Fig. 2 In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise bis 5). veranschaulicht, und zwar zeigt

3. Sekundärelektronenvervielfacher nach An- as Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines bei Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieEmis- einem bekannten Photovervielfacher verwendeten sionsschichten tragenden Innenflächen um die Sekundärelektronenvervielfachers mit aus parallelen Kanalachse verdrillt sind (F i g. 6). Platten bestehendem Kanal,

4. Sekundärelektronenvervielfacher nach An- F i g. 2 einen Längsschnitt einer Ausführungsform sprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf 30 eines erfindungsgemäßen Kanal-Sekundärelektronenseiner Innenfläche eine Emissionsschicht tragen- vervielfachers,

des Band die Kanalachse längs einer Schrauben- Fig. 3 a und 3 b eine Innenansicht bzw. ein Längslinie umgreifend angeordnet »st (F i g. 7). schnitt der ebenen Innenwiderstandsschicht bei einer

Sekundärelektronen emittierenden Dynode gemäß

35 der Erfindung,

Fig. 4a und 4b eine Innenansicht einer anderen

Ausführungsform der erfindungsgemäßen, aus parallelen Platten bestehenden Sekundärelektronen

Die Erfindung betrifft einen Sekundärelektronen- emittierenden Dynode,

vervielfacher, dessen einander gegenüberliegende In- 40 F i g. 4 c eine die Verteilung der Widerstände auf

nenflächen mit Prallschichten hoher Sekundäremis- der in Fig. 4a und 4b dargestellten Platte veran-

sionsrate beschichtet sind, die an den Kanalenden schaulichende Ersatzschaltung,

je mit einem Pol einer Spannungsquelle verbunden Fig. 5a und 5b eine die Verbindung zwischen

sind. der Widerstandsschicht und der Oberfläche der den

Neben Sekundärelektronenvervielfachern dieser +5 erfindungsgemäßen Sekundärelektronenvervielfacher

Bauart ist bereits ein solcher bekannt (französische bildenden Sckundärelektronen emittierenden Dynode

Patentschrift 1 104 159), der eine Vielzahl von ein- veranschaulichende Innenansicht bzw. einen ent-

zelnen Zylinderelektroden aufweist, die so schräg sprechenden Längsschnitt,

geschnitten sind, daß die elektrischen Felder auf den F i g. 6 eine schematische Darstellung der Kanal-Schnittebenen senkrecht stehen. Das elektrische Be- 50 Sekundärelektronenvervielfachungsröhre gemäß einer schleunigungsfeld liegt hier also genau in der Ver- Ausführungsform der Erfindung, und
bindungsachse von einer Zylinderelektrode zur nach- F i g. 7 eine perspektivische Ansicht einer dritten sten. Ein in AxialrichJtung der Gesamtvorrichtung Ausführungsform der Erfindung,
wirkendes Beschleunigungsfeld liegt nicht vor. F i g. 1 zeigt einen bekannten Kanal-Sekundärelek-

Bei einem anderen bekannten Sekundärelek- 55 tronenvervielfacher, der Basisplatten 1 aufweist, die tronenvervielfacher (schweizerische Patentschrift einen aus einem Isolationsmaterial, z. B. Glas, 231 985) sind schräg zur Axialrichtung der Gesamt- Keramik od. dgl. bestehenden Parallelplattenkanal vorrichtung angeordnete Ringelektroden jeweils mit bilden. Der Vervielfacher weist ferner eine Widerzunehmend an höheren Spannungen liegenden Ab- Standsschicht 2 auf, die aus einem Metall oder Halbgriffen eines Spannungsteilers verbunden. Schließlich 60 leiter mit größtmöglicher Sekundärelektronenemisist ein Sekundärelektronenvervielfacher bekannt sionsvervielfachung und hohem Widerstandswert in (deutsche Patentschrift 901 088), bei dem die sich axialer Richtung besteht und die auf der Innenfläche gegenüberliegenden Prallflächen die Form einer der Basisplatte 1 durch Aufdampfen oder ein ande-Schraubenlinie aufweisen. res geeignetes Verfahren ausgebildet ist. Die Wider-

Bei den bekannten Sekundärelektronenverviel- 65 Standsschicht 2 bildet eine fortlaufende Sekundär-

fachern der eingangs genannten Bauart bewegen sich elektronen emittierende Dynode, deren Oberfläche

die Elektronen längs parabolischer Bahnen, deren als Widerstandsnetz dient. Sie dient ferner dazu, eine

Parabelachsen parallel zur Kanalachse liegen. Da- von außen in axialer Richtung des durch die fort-