DE2120659B2 - Elektronenvervielfacherroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenvervielfacherröhre mit einer Elektrode, die einen Belag aus sekundäremittierendem Material aufweist

Es sind Elektronenvervielfacherröhren bekannt, z. B. aus der USA-Patentschrift 30 99 764, die eine Photokathode und mindestens eine zur Elektronenvervielfachung dienende Dynode mit einer Sekundärelektronenemissionsfläche aufweist. Von der Photokathode lichtabhängig emittierte Elektronen werden von Elektroden zur Sekundäremissionsfläche einer ersten Dynode fokussiert. Die Elektronen werden nach Auftreffen auf die Fläche der ersten Dynode vervielfacht und können mittels zusätzlicher Dynoden weiter vervielfacht werden, bis sie schließlich von einer Anode gesammelt werden und einen Signalstrom ergeben.

Elektronenvervielfacherröhren, die für Szintilationszähler verwendet werden, besitzen gewöhnlich eine Photokathode mit einer Zusammensetzung aus Kalium, Cäsium und Antimon. Bei gegegebener Bauform einer solchen Röhre hängt ihre Leistungsfähigkeit in starkem Maße vom Sekundäremissionsverstärkungsfaktor der Dynoden ab. Besonders die Sekundäremission der ersten Dynode ist ein kritischer Faktor für ein gutes Signal/Rauschverhältnis der Röhre. Typische für die Sekundäremissionsflächen von Dynoden verwendete Materialien sind beispielsweise oxydiertes Silber-Magnesium, oxydierte Beryllium-Kupfer-Legierungen, Cäsium-Antimonid bzw. CsaSb und cäsiiertes Galliumphosphid, also GaP (Cs). Während das Sekundäremissionsvermögen der ersten drei Materialien etwa in der gleichen Größenordnung liegt, ist dasjenige von GaP (Cs) wesentlich besser. Da GaP (Cs) aber beträchtlichen Herstellungsaufwand erfordert, wird durch seine Verwendung eine Photovervielfacherröhre sehr teuer.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine in einer Vakuumröhre verwendbare Sekundäremis- (.0 sionselektrode anzugeben, die besser als bekannte Elektroden vergleichbaren Aufwands und weniger aufwendig als bekannte Elektroden vergleichbarer Leistungsfähigkeit ist.

Eine Sekundäremissionselektrode mit einem auf einer < >·. Unterlagefläche aufgebrachten Belag aus einem Sekundärelektronen emittierenden Material ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Belag im wesentlichen aus Antimon, Kalium und Cäsium besteht. In Verbindung mit der Zeichnung wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es

F i g, 1 einen Schnitt durch eine Photoröhre mit einer ersten Dynode, die mit eine!¹ sekundäremissionsfähigen Schicht gemäß der Erfindung versehen ist, und

Fig.2 Kurven der allgemeinen relativen Sekundäremissionseigenschaften verschiedener Sekundärelektronen emittierender Materialien einschließlich des Materials gemäß der Erfindung.

Gemäß der Ausführungsform der Erfindung ist eine erste Dynode einer Photoröhre mit einer Sekundärelektronen emittierenden Schicht versehen, bei der es sich im wesentlichen um eine Schicht aus mit Kalium und Cäsium aktiviertem Antimon handelt. Die in F i g. 1 dargestellte Photoröhre 10 besitzt einen Kolben mit einer Länge von ungefähr 13 cm und einem Außendurchmesser von etwa 5 cm, der eine zylindrische Glaswand und eine gläserne Frontplatte 14 aufweist. Auf der Innenseite der Frontplatte 14 befindet sich eine Photokathode, die im wesentlichen aus einer Schicht aus mit Kalium und Cäsium aktiviertem Antimon besteht. In der Nähe der Photokathode 16 ist auf die Innenseite der Röhrenwand 12 eine Fokussierungselektrode 18 aus Aluminium aufgedampft. Im Innenraum der Röhre 10 sind im Abstand von der Wand 12 noch zusätzliche Fokussierungselektroden 19, 20 und 21 angeordnet. Unter Führung durch die von den Fokussierungselektroden 19, 20, 21 erzeugten elektrostatischen Felder stoßen die emittierten Elektronen auf eine Sekundärelektronen-Emissionsschicht 22 einer ersten Dynode 24. Die Dynode besteht aus dünnem Nickelmetall. Die Schicht 22 ist eine Kalium-Cäsium-Antimon-Zusammensetzung. Im wesentlichen handelt es sich um eine Schicht aus mit Kalium und Cäsium aktiviertem Antimon, und es ist anzunehmen, daß ihre Zusammensetzung ungefähr durch die chemische Formel K₂CsSb beschrieben wird. Diese Schicht 22 hat allgemein die gleiche Zusammensetzung wie die Photokathode 16. Durch Sekundäremission von der Schicht 22 werden die Elektronen bei der ersten Dynode 24 vervielfacht. Die vervielfachten Elektronen gelangen zur zweiten Dynode 26 und zu nachfolgenden Dynoden 28,30,32,34,36, 38, 40, 42, wo sie in entsprechender Weise erneut vervielfacht werden, bis sie schließlich durch eine Anode 44 gesammelt werden. Mittels Durchführungsstiften 46 im Röhrenfuß 48, durch den der Boden der Röhrenwand 12 geschlossen wird, werden geeignete Spannungen an die Dynoden angelegt und wird die Anode 44 mit einer Signalleitung verbunden.

Eine Antimonperle 50 zum Aufdampfen von Antimon auf die erste Dynode 24 sowie zwei weitere Perlen 51, die sich in einem ringförmigen Raum in der Elektrode 19 befinden und zum Aufdampfen von Antimon auf die Innenseite der Frontplatte 14 dienen, sind mit Widerstandsheizdrähten 50a bzw. 51a verbunden. Durch Widerstände beheizte Kanäle 52, 54 im Inneren der Röhre 10 liefern Cäsium- und Kaliumdämpfe. Der Cäsiumkanal 52 enthält eine Mischung aus Cäsiumchromat, Zirkonium und Wolfram. Der Kaliumkanal 54 enthält eine Mischung aus Kaliumchromat, Aluminium und Wolfram.

Die Herstellung der Röhre 10 erfolgt allgemein wie folgt: Nach der Montage ihrer Einzelteile wird die Röhre 10 durch einen (abgeschmolzen dargestellten) Pumpstutzen 56 im Röhrenfuß 48 bis auf etwa 10-⁸Torr evakuiert. Die Antimonperlen 50,51 werden zur Bildung

einer dünnen Antimonschicht auf der inneren Oberfläche der Frontplatte 14 und der Oberfläche der ersten Dynode 24 verdampft, bis die Lichttransmission durch die Frontplatte auf etwa 80% ihrer Anfangstransmission herabgesetzt worden ist. Die Dicke der Antimonschicht auf der ersten Dynode 24 ist zwar nicht kritisch, doch ist es zweckmäßig, daß die Dicke mindestens gleich derjenigen der Antimonschicht auf der Frontplatte 14 ist. Aus den Kanälen 52, 54 wird abwechselnd zuerst Kalium und dann Cäsium nach bekannten Verfahren zum Aktivieren des Antimons bis zum Erreichen einer maximalen photoelektrischen Empfindlichkeit der Röhre verdampft, um eine Photokathode zu bilden. Während der Aktivierung wird die Röhrentemperatur auf 170°C gehalten. Verfahren zum Aktivieren von Antimon mit Alkalimetallen sind bekannt und im einzelnen beispielsweise in der USA-Patentschrift 27 70 561 beschrieben. Das Ergebnis ist eine gleichzeitige Bildung der Photokathode 16 und der Schicht 22 auf der ersten Dynode 24. Eine Oberflächenoxydation der Schicht 22 erhöht weiter den Sekundäremissionsgrad dieser Schicht auf der ersten Dynode. Die Oberflächenoxydation kann dadurch erreicht werden, daß man nach der Aktivierung des Antimons mit K und Cs Sauerstoff in kleiner Menge bei Raumtemperatur in die Röhre 10 leitet, bis ein Maximum der Röhrenempfindlichkeit erreicht ist. Die Röhre wird dann im Vakuum zugeschmolzen.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung sind alle Dynoden 24 bis 42 der Röhre 10 in F i g. 1 mit einer Schicht bedeckt, die im wesentlichen aus mit Kalium und Cäsium aktiviertem Antimon besteht. Eine gesonderte Antimonquelle, beispielsweise ein mit Hochfrequenz beheiztes, mit Antimon beschichtetes Metallband, kann in der Nähe jeder der Dynoden 24 bis 42 montiert sein und zum Aufdampfen einer Antimonschicht auf die Dynoden dienen. Das Antimon wird dann wieder praktisch wie bei der ersten Ausführungsform mit Kalium und Cäsium aktiviert.

Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung werden die Dynoden 24 bis 42 in der Röhre 10 in F i g. 1 mit einer Antimonschicht versehen, bevor die Röhre 10 zusammengebaut wird. Dann wird das Antimon wie bei der ersten Ausführungsform mit Kalium und Cäsium in der Röhre 10 aktiviert. Dadurch, daß die Antimonschicht vor der Röhrenmontage auf die Dynoden 24 bis 42 aufgebracht wird, entfällt die Notwendigkeit, in der Röhre eine oder mehrere Antimonperlen zum Aufdampfen des Antimons auf die Dynoden zu montieren.

Gemäß einer vierten Ausführungsform werden Antimonschichten auf einer oder mehreren der Dynoden 24 bis 42 der Röhre 10 in F i g. 1 mit Kalium und Cäsium praktisch wie bei der ersten Ausführungsform aktiviert und an der Oberfläche oxydiert. Anschließend wird Antimon auf die Innenseite der Frontplatte 14 aufgedampft. Dann wird das Antimon auf der Frontplattenfläche mit Kalium und Cäsium praktisch wie bei der ersten Ausführungsform aktiviert. Eine Oberflächenoxydation der Photokathode 16 erfolgt nicht. Daß das bereits aktivierte Antimon der Dynoden 24 bis 42 zusätzlich Kalium und Cäsium ausgesetzt wird, ist ohne Nachteil. Es ist auch unschädlich, daß die Innenseite der Frontplatte 14 während der Aktivierung des Antimons der Dynoden 24 bis 42 Kalium und Cäsium ausgesetzt wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Sekundäremissionsschicht auf den Dynoden 24 bis 42 oberflächlich oxydierI, während keine Oberflächenoxydation der Photokathode 16 erfolgt. Dies ist

s günstig, da eine Oberflächenoxydation von mit Kalium und Cäsium aktiviertem Antimon zwar den Sekundäremissionsverstärkungsfaktor erhöht, wegen der erhöhten Dunkelemission aber die photoelektrischen Eigenschaften verschlechtern kann.

ίο Allgemein sei noch folgendes bemerkt. Eine Sekundärelektronen emittierende Schicht, die im wesentlichen aus mit Kalium und Cäsium aktiviertem Antimon besteht, kann für jede Entladungsröhre verwendet werden, in der Elektronen in ein Vakuum emittiert werden und für eine Vervielfachung auf die Sekundäremissionsschicht aufprallen. Bei solchen Röhren kann es sich beispielsweise um Photoröhren, Fernsehkameraröhren und Speicherröhren handeln. Eine solche Schicht eignet sich besonders gut für Röhren, die noch eine weitere Schicht, wie z. B. eine Photokathode enthalten, die mit Kalium und Cäsium aktiviert wird, da in einem solchen Fall die gleiche Quelle für Kalium und Cäsium sowohl zum Aktivieren der Photokathode als auch der Sekundäremissionsschicht benutzt werden kann. In einigen Fällen, etwa wenn die Photokathode einer Photoröhre ebenfalls eine im wesentlichen aus mit Kalium und Cäsium aktiviertem Antimon bestehende Schicht ist, können die Photokathode und die Sekundäremissionsschicht beide in einem einzigen Aktivierungs-Vorgang gebildet werden, wie dies bei der ersten Ausführungsform erläutert wurde. Wenn die Photoröhre eine Mehralkali-Photokathode mit Kalium, Cäsium, Natrium und Antimon besitzt, können die Kalium- und Cäsiumquellen dazu dienen, eine Sekundäremissionsschicht auf Dynoden zu bilden, bevor sie für die Bildung der Photokathode benutzt werden. Die Schicht auf den Dynoden kann also gebildet werden, ohne daß in der Röhre zusätzliche Herstellungsmaterialien enthalten sind. Die Wahl des Materials für das Substrat als Unterlage für die Schicht ist im allgemeinen nicht kritisch.

In Fig.2 wird die Sekundäremissionsverstärkung einer im wesentlichen aus mit Kalium und Cäsium aktiviertem Antimon bestehenden und einer Oberflächenoxydation unterzogenen Schicht gemäß der Erfindung mit derjenigen von drei anderen, eingangs bereits erwähnten Sekundäremissionsmaterialien verglichen. Die dargestellten Kurven 58, 60, 62 und 64 gelten für GaP (Cs), für Antimon, das mit Cäsium und Kalium aktiviert und an der Oberfläche oxydiert ist, für Cs3Sb bzw. für eine oxydierte Beryllium-Kupfer-Legierung. Die Verstärkungskurve von Antimon, das mit Kalium und Cäsium aktiviert, aber nicht oxydiert ist, liegt ungefähr in der Mitte zwischen den Kurven 60 für das oberflächenoxydierte Maierial und 62 für Cäsiumantimonid. Man sieht, daß für eine Primärelektronenenergie von bis zu 30OeV, also in dem für Photovervielfacherröhren üblichen Energiebereich, die Sekundäremissionsverstärkung des durch die Kurve 60 reprasentier-

6i) ten oxydierten Materials mit der Sekundäremissionsverstärkung von GaP(Cs) gemäß Kurve 58 vergleichbar ist. Das mit Kalium und Cäsium aktivierte Antimon kann aber jn einer Röhre viel einfacher aufgebracht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektronenvervielfacherröhre mit einer Elektrode, die einen Belag aus sekundäremittierendem Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag (22) aus Antimon, Kalium und Caesium besteht.

2. Elektronenvervielfacherröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag (22) an der Oberfläche oxydiert ist. 11,

3. Verfahren zum Herstellen einer Elektronenvervielfacherröhre nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag (22) der Sekundäremissionselektrode innerhalb der Röhre vor der Bildung der Schicht (16) der Photoemissions- ι ?> elektrode an der Oberfläche oxydiert wird, und daß die Schicht (16) aus einer Mischung von Antimon und Kalium oder Caesium bzw. von Antimon und Kalium und Caesium auf einem Träger (14) in der Röhre gebildet ist. ₂«