DE2330541A1 - Elektronenvervielfacherroehre - Google Patents

Description

7563-73/Kö/S
RCA 65,979
Convention Date:
June 16, 1972

RCA Corporation, New York, N.Y., V.St.A,

Elektronenvervielfacherröhre

- Die Erfindung betrifft eine Elektronenvervielfacherröhre mit einer Reihe von gestaffelt angeordneten kastenförmigen Dynoden mit sekundäremittierenden Innenflächen und mit je einer offenen Seite und einer daran anstoßenden elektronendurchlässigen Gitterseite. Die Dynoden sind dabei vom sogenannten Kasten-Gitter-Typ.

Elektronenvervielfacher mit Dynoden vom Kasten-Gitber-Typ finden weitverbreitete Anwendung in Elektronenröhren zu den verschiedensten Zwecken, für die eine Sekundärelektronenver\ielfachung erforderlich ist. Ein derartiger Elektronenvervielfacher ist beispielsweise in der USA-Patentschrift 2 245 614 (vom 17. 6. 1941) beschrieben. Elektronenvervielfacher mit Dynoden vom Kasten-Gitter-Typ werden beispielsweise in Photoelektronen-Vervielfacherröhren, Bildzerlegerröhren, Fernsehkameraröhren und anderen Arten von Elektronenröhren verwendet.

Das konstruktioneile Hauptmerkmal von Elektronenvervielfachern mit Dynoden vom Kasten-Gitter-Typ ist typishcerweise eine Reihe von gestaffelt angeordneten Dynoden in Form von rechteckförmigen Metallkästen. Jede Dynode hat im allgemeinen zwei langgestreckte, rechteckförmige geschlossene Seiten, die im rechten Winkel aneinanderstoßen, sowie kleinere, rechteckförmige geschlossene Stirnplatten, die an den Enden der geschlossenen Seiten an-

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liegen, so daß ein rechteckförmiges Metallkastengebilde minus zwei aneinandergrenzenden Seiten entsteht. Der Kasten besteht gewöhnlich aus dünnem Metallblech, beispielsweise Beryllkupfer, und ist zwischen zwei Dynodendistanzplatten aus isolierendem Keramikmaterial an den beiden Stirnplatten gehaltert. Die Innenfläche des Kastens ist sekundäremittierend (d.h. emittiert Sekundärelektronen) . Eine der offenen Seiten, die Gitterseite, ist mit einer Reihe von Metallgitterdrähten versehen. Die andere offene Seite bleibt offen. Die Kastendynoden sind in einer gestaffelten Reihe mit zunehmend positiveren Spannungen angeordnet, so daß die Elektronen auf der Gitterseite eintreten und auf die Innenwandflächen auftreffen, wo sie Sekundärelektronen erzeugen. Die in der Dynode erzeugten Sekundärelektronen werden aus der offenen Seite durch die Gitterseite der nächsten Dynode herausbeschleunigt, in welcher sie erneut vervielfacht werden, und so fort bis zur Endanode, wo die erzeugten Elektronen als Signal gesammelt werden.

Ein Problem bei Elektronenvervielfachern mit Dynoden vom Kasten-Gitter-Typ sind die verhältnismäßig hohen Herstellungskosten, deren Senkung außerordentlich wünschenswert wäre. Einer der Hauptfaktoren, welche die Herstellungskosten bestimmen, ist die verhältnismäßige Kompliziertheit der Gitterseite des Dynodenkastens. Verglichen mit den anderen Verfahrensschritten bei der Herstellung einer Diode ist der Verfahrensschritt der Herstellung der Gitterseite verhältnismäßig zeitraubend und kostspielig, indem entweder auf der Gitterseite ein Drahtgitter auf entsprechenden Haltern gewickelt oder ein Drahtnetz durch Punktverschweißen als Gitterseite angebracht werden muß. Ferner ist ein Gitter mechanisch erheblich weniger stabil als die geschlossenen Seiten, so daß Beschädigungen oder Versager auftreten können, wenn die fertige Röhre starken Vibrationen ausgesetzt ist.

Eine weitere Schwierigkeit bei Photoelektronenvervielfachern mit Dynoden vom Kasten-Gitter-Typ besteht darin, daß der Elektronendurchgang durch die Gitterdrähte beeinträchtigt wird. Ein bestimmter Anteil der durch die Gitterseiten de'r kastenförmigen Djnpden hindurchtretenden Elektronen trifft auf die Drähte des Gitters auf und wird dort gesammelt, so daß diese Elektronen für .

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das Signal verlorengehen. Es ist jedoch wichtig, daß die Elektronendurchlässigkeit des Gitters so hoch wie möglich ist, damit die maximale Signalverstärkung erhalten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektronen vervielfacher zu schaffen, der die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Elektronenvervielfacherröhre der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,, daß.die Gitterseite jeder Dynode aus leitendem Blech mit nur einer einzigen, ungefähr in der Mitte angeordneten Öffnung besteht.

Dadurch, daß auf der Gitterseite an Stelle des bekannten Drahtgitters eine einzige Öffnung verwendet wird, wird die Herstellung der Kasten-Gitter-Dynode einfacher und weniger kostspielig. Die Kastenkonstruktion der Dynode ist mechanisch stabiler, und die Elektronendurchlässigkeit der Gitterseite der Dynode ist größer, so daß die Leistungsfähigkeit der Elektronenvervielfacherröhre entsprechend besser ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Bildzerlegerröhre mit einem erfindungsgemäßen Elektronenvervielfacher mit Kasten-Gitter-Dynodenj und

Figur 2 eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer der Kasten-Gitter-Dynoden der Bildzerlegerröhre nach Figur 1.

Eine exemplarische Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Elektronenvervielfachers ist in Figur 1 veranschaulicht, wo eine Bildzerleger-Kameraröhre 10 gezeigt ist· Die Kameraröhre 10 hat einen langgestreckten evakuierten Kolben 12 mit einer transparenten Frontplatte 14 am einen Ende und einem Röhrenfußteil 16 mit einer /ηzahl von elektrischen Anschlußstiften 18 am anderen Ende. Auf der Innenseite der Frontplatte 14 befindet sich eine Photokathodenschicht 2O. Im Abstand von der Photokcthodenschicht 20 sind zunächst ein.fi "^chleusenelektrodenanordnuiif¹" 22 und dann eine Anoden-

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konusanordnung 23 zum Fokussieren und Beschleunigen der Elektronen angeordnet. Auf die Anodenkonusanordnung 23 folgt eine Elektronenvervielf acher anordnung" 24 mit einer ersten Djoiode 26 und einer Ablenkelektrode 28, auf die eine Reihe von Elektronenvervielf acher-Dynoderi 30, 32, 34 und 36 vom Kasten-Gitter-Typ folgt, die gegeneinander versetzt oder gestaffelt angeordnet und durch eine Kollektoranode38 abgeschlossen sind. Die erste Dynode 26, die Ablenkelektrode 28, die Kasten-Gitter-Dynoden 30, 32, 34, 36 und die Kollektor- oder Sammelanode 38 sind starr zwischen zwei Dynoden-Distanzplatten 40 aus isolierendem Keramikmaterial angeordnet.

Der Aufbau oder die Ausbildung der ersten Kasten-Gitter-Dynode 30 ist im einzelnen in Figur 2 gezeigt. Die Dynode 30 ist ein rechteckiger, becherförmiger Kasten, der aus einem Blechstück aus Kupfer-Beryll mit einer Dicke von ungefähr 0,2 5 mm (0,01 Zoll) und einer Zusammensetzung, wie sie im allgemeinen für Kupfer-Beryll -Dynoden verwendet wird, gezogen ist. Der Kasten hat zwei geschlossene Seiten 46, zwei Stirnplatten 48, eine Gitterseite mit einem in der Mitte angeordneten Öffnungsschlitz 52 und eine offene Seite. An jeder Stirnplatte 48 sind Nasen 54 zum Einschieben oder Einstecken in Öffnungen in den Dynoden-Distanzplatten vorgesehen, so daß die Dynode 30 in der richtigen Orientierung festgehalten wird. Der Kasten ist ungefähr 10,2 mm (0,4 Zoll) lang, 6,4 mm (0,25 Zoll) breit und 6,4 mm (0,25 Zoll) tief. Der Schlitz 52 ist ungefähr 2,79 mm (0,110 Zoll) breit und 9,45 mm (0,372 Zoll) lang und beginnt ungefähr 2,03 mm (0,08 Zoll) von der offenen Seite. Die übrigen Dynoden 32, 34, 36 sind genau gleich ausgebildet wie die erste Kasten-Gitter-Dynode 30.

Im Betrieb der Bildzerlegerröhre 10 wandern die beim Auftreffen von Licht von der Photokathode 20 emittierten Elektronen durch die Öffnungen der Schleusenelektrodenanordnung und die Anodenkonusanordnung 23 zur ersten Dynode 26. Beim Auftreffen auf die Innenwand der ersten Dynode 26 erzeugen diese Elektronen Sekundärelektronen, die von der ersten Dynode 26 durch die Gitterseite 50 der ersten Kasten-Gitter-Dynode 30 hindurchlaufen und auf die Innenwände der geschlossenen Seiten 46 auftreffen. Dort

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werden sie abermals vervielfacht und durchlaufen die offene Seite der ersten Kasten-Gitter-Dynode 30, die Gitterseite der nächstfolgenden Dynode 32 und so fort, allgemein entlang den durch die gestrichelten Linien 44 angedeuteten Bahnen, bis sie schließlich von der Anode 38 aufgefangen und gesammelt werden. Typische Betriebsspannungen für die verschiedenen Elektroden bzw. Teile der Bildzerlegerröhre.10 sind in Figur 1 angegeben.

Wegen der hohen Elektronendurchlässigkeit der einzelnen Schlitzöffnung in-den Gitterseiten der Dynoden hat der erfindungsgemäße Elektronenvervielfacher ein verbessertes Leistungsvermögen. Der Elektronendurchgang durch den Schlitz ist nahezu 100 %_t was eine erhebliche Verbesserung in der Durchlässigkeit gegenüber Gitterseiten vom Drahtgittertyp bedeutet. Die Schlitz-Gitterseite ist mechanisch besonders stabil. Da für die Herstellung der Schlitz-Gitterseite nur ein einfacher Ausstanzvorgang erforderlich ist, lassen sich die vorliegenden Dynoden -erheblich billiger herstellen.

Bisher wurde nicht erkannt oder berücksichtigt, daß die große Mehrheit der durch die Gitterseite von herkömmlichen Kasten-Gitter-Dynoden hindurchtretenden Elektronen lediglich den verhältnismäßig kleinen Mittelteil durchläuft. Es wurde gefunden, daß dieser Mittelteil der Gitterseite, durch den die Elektronen hindurchtreten, durch eine langgestreckte Fläche oder einen Schlitz definiert ist, der sich vonnahe dem einen Ende der Gitterseite bis zum anderen erstreckt. Der Schlitz ist allgemein senkrecht zu der die Vektorsumme der Elektronenbahnen im Elektronenvervielfacher

man

enthaltenden Ebene. Indem eine einzige, diesem mittleren Schlitzteil entsprechende Öffnung vorsieht, erreicht man, daß die Elektro_ nen durch die Gitterseite hindurchtreten^können, ohne daß sie wie bei herkömmlichen Röhren von Gitter drahten abgefangen werden. Ferner wurde gefunden, daß aufgrund der stetig oder durchgehend leitenden Beschaffenheit des restlichen Teils der Gitterseite die Eigenschaften des elektrischen Beschleunigungsfeldes noch weiter verbessert werden.

Die für maximalen Elektronendurchgang erforderliche Breite

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des Schlitzes ändert sich mit den an die Dynoden angelegten Spannungen und mit den relativen Abmessungen der Seiten und der Stirnplatten des Kastens der Dynode. Die optimale Breite für eine gegebene Kastenform and Spannungsverteilung läßt sich ohne weiteres durch eine kurze Versuchsreihe ermittelnj im allgemeinen dürfte jedoch eine Breite, die ungefähr das 0,4-Fache der Abmessung der Gitterseite parallel zur langen Achse des Schlitzes beträgt, angemessen sein.

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Claims (5)

1. — 7 —
   P atentansprüche

   IJ Elek-tronenverviel fächer röhre mit einer Reihe von gestaffelt angeordneten kastenförmigen Dynoden mit sekundäremittierenden Innenflächen und mit.je einer offenen Seite und einer daran anstoßenden elektronendurchlässigen Gitterseite, da d u r c h gekennzeichnet, daß die Gitterseite (50) jeder Dynode (30...) aus leitendem Blech mit nur einer einzigen, ungefähr in der Mitte angeordneten Öffnung (52) besteht.
2. 2. Elektronenvervielfacherröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (52) ein langgestreckter Schlitz ist, der mit seiner Hauptachse allgemein senkrecht zu der die Vektorsumme der Elektronenbahnen in der Dynode (30...) enthaltenden Ebene orientiert ist.
3. 3. Elektronenvervielfacherröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz ungefähr abstandsgleich von den Enden der Gitterseite (50) angeordnet ist und eine Breite, senkrecht zu seiner Hauptachse, hat, die ungefähr das 0,4-Fsehe der Gesamtlänge der Gitterseite, gemessen parallel zur Hauptachse, beträgt.
4. 4. Elektronenvervielfacherröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dynode (30, 32, 34, 36) aus einem einstückig geformten Blechstück besteht.
5. 5. Elektronenvervielfacherröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenvervielfacher von einer Photokathode (20) in der Röhre emittierte Elektronen empfängt und vervielfacht.

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