DE2605865A1

DE2605865A1 - Streak-kamera-roehre

Info

Publication number: DE2605865A1
Application number: DE19762605865
Authority: DE
Inventors: Albert John Lieber
Original assignee: US Department of Energy
Current assignee: US Department of Energy
Priority date: 1975-08-27
Filing date: 1976-02-13
Publication date: 1977-03-10
Also published as: JPS5227261A; CA1054209A; GB1541883A; GB1541884A; US4120002A; JPS5828706B2

Description

UNITED STATES ENERGY RESEARCH AND DEVELOPMENT ADMINISTRATION

S break-Kamera Röhre

Die Erfindung bezieht sich auf elektronen-optische Bildröhren zur Verwendung bei der direkten Messung von leuchtenden Vorgängen, die eine Zeitdauer von nur einer Pico-Sekunde oder weniger besitzen, und wobei eine Zeitauflösung im Pico-Sekundenbereich vorliegt. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Bildröhren- Streak-Kameras, die direkte lineare Messungen von ultrakurzen Strahlungsenergieimpulsen ausführen können, beispielsweise von Impulsen, die von einer Quelle wie beispielsweise einem Laserstrahl oder einer leuchtenden oder einer Röntgenstrahlenentladung von einem Plasma kommen.

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ORIGINAL INSPECTED

Die bekannten Bildröhren für Streak-Kameras machten einen Kompromiß zwischen der Auflösung und der Arbeitsgeschwindigkeit erforderlich. Röhren mit hoher Auflösung verwendeten eine Fotokatode, auf der das Ziel (target) abgebildet wird, wobei ein Anoden-Phosphorschirm mit einem ziemlich großen Abstand gegenüber der Fotokatode angeordnet ist. Infolge der Elektronen-Lochoptik mit sphärischem Sektor hat die Raumladung am Loch einen starken Auflösungsverlust zur Folge. Derartige Röhren müssen daher mit geringer Verstärkung betrieben werden, was erforderlich macht, daß Bildverstärker an der Anode angebracht werden, um die notwendige Verstärkung vorzusehen. Zur schnellen Beschleunigung der Elektronen wird eine Ausziehelektrode benachbart zur Fotokatode verwendet, um die Geschwindigkeitsdispersion zu verkleinern. Die Ausziehelektrode umfaßt ein Gitter mit hoher Spannung, welches die Geschwindigkeit der Fotoelektronen erhöht, nachdem sie von der Fotokatode emittiert sind. Die Ausziehelektrode hat jedoch die Tendenz, die Auflösung der Röhre zu vermindern, und zwar durch Hinzufügung eines Linseneffekts zwischen benachbarten Maschen, wobei die Empfindlichkeit durch Unterbrechung der Fotoelektronen vermindert wird.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine elektronenoptische Bildröhre zur Verwendung in einer Bildröhren-Streak-Kamera vorzusehen, die eine direkte Messung, von Picosekundenimpulsen von Strahlungsenergie ermöglicht, und zwar mit einer Zeitauflösung im Picosekundenbereich.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß eine elektronen-optische Bildröhre eine Fotokatode und einen passiven Microkanal-Plattenkollimator aufweist, um ein darauf einfallendes Target-Bild in einen kollimierten Elektronenstrahl um-

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zuwandeln, wobei Ablenkelektroden die kollimierten Fotoelektronen aufnehmen und sie einem elektrischen Feld aussetzen, um eine "Streak"-Aufzeichnung (Streifenaufzeichnung) zu erzeugen. Die Verwendung der Microkanal-Platte ermöglicht die Querfotoelektronengeschwindigkeitsselektion und gestattet die Fokusierung durch die Nähe des Phosphors zur Fotokatode. Der kurze Abstand erhöht die Wirkung der Longitudinal-Fotoelektronen-Geschwindigkeit-Dispersion (Verteilung) , erhöht die Zeitauflösung und hält die Empfindlichkeit aufrecht. Darüber hinaus wird die optische Ausrichtung der Bildröhre mit dem Target beträchtlich vereinfacht, da eine Messerkante nicht erforderlich ist, welche den Teil des Bildes des interessierenden Target definiert nicht im optischen Pfad erforderlich ist. Die Messerkante wird durch eine enge, aktive Zone auf der Fotokatode oder einen engen Kollimator ersetzt. Infolgedessen bildet der über den Anodenschirm abgelenkte Elektronenstrahl nur den gewünschten Teil des Targets ab.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

FIGUR 1: die erfindungsgemäße Streak-Bildröhre;

FIGUR 2: eine Abwandlung der Bildröhre gemäß FIGUR 1;

FIGUR 3: den erfindungsgemäßen Microröhrenkollimator;

FIGUR 4: einen Querschnitt des Kollimators der FIGUR 2;

FIGUR" 5: die Abbildung des Target der Fotokatode, die einen Teil der erfindungsgemäßen Bildröhre bildet;

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FIGUR 6: eine Röntgenstrahlen-Version der erfindungsgemäßen Streak-Bildröhre.

In der Zeichnung, und zwar insbesondere in Fig. 1, ist eine Streak-Röhre 2 mit einer Fotokatode 3 dargestellt, auf die weiße Impulse fokusiert sind. Die Fotokatode 3 emittiert Elektronen in direktem Ansprechen auf einfallendes Licht, wobei die von der Fotokatode emittierten Elektronen Geschwindigkeiten von unterschiedlicher Größe und Richtung besitzen.

Gemäß der Erfindung ist ein Microkanal-Plattenkollimator 4 vorgesehen, der mit Abstand und benachbart gegenüber der Fotokatode 3 angeordnet ist. Der Microkanal-Plattenkollimator 4 ist deutlich in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Die Microkanal-Platten 4 werden aus Bleiglas hergestellt, wodurch sie wirkungsvolle Absorber für geladene Teilchen, wie bespielsweise Elektronen werden. Sie werden aus einer Vielzahl von Weichglasröhren hergestellt", die mit härterem Glas verschichtet sind. Die Rohre sind in einer hexagonalen Anordnung vorgesehen und durchgeätzt. Die Bohrungsdurchmesser liegen in der Größenordnung 8 Micron auf 12 Micron Mitten. Die Hohlrohranordnungen können in der Größenordnung von 0,55 mm 1 cm lang sein. Es können auch Anordnungen aus quadratischen Röhrchen mit ähnlichen Abmessungen verfügbar sein. Die Rohre oder Röhrchen werden sodann mit einem geeigneten Leiter plattiert, der keine Sekundärelektronen emittiert. Die leitende Schicht minimiert den Oberflächenladungs-Aufbau und die sich daraus ergebende, effektiv tiefe Verschließung der Öffnungen oder Löcher gegenüber Elektronen. Da die Zeitauflösung der Röhre von der Feldintensität an der emittierenden Oberfläche der Fotokatode 3 abhängt, ist der Spalt zwischen der Fotokatode 3 und der gegenüberliegenden Ober-

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fläche der Microkanalplatte 4 augenblicklich auf eine Spannung gepulst, die wenn aufrechterhalten, den Spalt zum Zusammenbrechen bringen würde. Die ebene Oberfläche der Fotokatode 3 und die Microkanalplatte 4 gestatten, daß ein höheres Feld angelegt werden kann, als an den Gittergebilden des Standes der Technik, wodurch sich eine höhere Auflösung ergibt.

Die durch das Feld zwischen der Fotokatode 3 und der Microkanalplatte 4 beschleunigten Elektronen laufen durch die Rohre in der kollimierenden Microkanalplatte 4 nur dann, wenn sie im wesentlichen senkrecht zur Stirnfläche der Microkanalplatte 4 laufen. Durch die Rohre in der Platte gelaufene Elektronen verlaufen in parallelen Linien und mit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit.

Da sich der Phosphorschirm 6 und die Microkanal-Kollimatorplatte 4 auf dem gleichen Potential befinden, sind die Elektronen nur dem Feld der Ablenkplatten 8 und 9 ausgesetzt. Die leitende Plattierung braucht sich jedoch nicht entlang der ganzen Strecke durch die Bohrung der Rohre erstrecken.

Die von der Fotokatode 3 emittierten Elektronen werden - wie in Figur 1 gezeigt - als erstes durch ein intensives elektrisches Feld zwischen der Fotokatode 3 und der Microkanalplatte 4 beschleunigt. Der Schirm 6 ist mit einem geeigneten Phosphor überzogen, um den Elektronenstrahl sichtbar zu machen. Das Bild auf dem Schirm wird auf eine geeignete Kamera, oder wenn gewünscht, auf einen Bildverstärker, nicht dargestellt, übertragen und zwar durch eine Faseroptikplatte 7. Der kollimierte Elektronenstrahl wird durch eine an die Ablenkplatten 8 und 9 synchron mit dem Spannungsimpuls zwischen Fotokatode 3 und Platte 4 angelegte Sägezahnspannung abgelenkt.

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Auf die Fotokatode 3 ist - wie in Fig. 5 gezeigt - mittels einer Lochblende 11 das Target 12 abgebildet. Da der •rohraufweisende Kollimator 4 gem. Fig. 1 mit einer Anordnung von Röhrchen von nur 100 Micron Breite ausgebildet ist, wird nur eine dünne Scheibe des Bildes des Target 12 der Anode angeboten. Bislang, war es erforderlich, einen Messerkantenschlitz in der optischen Bahn zwischen der Nadelöffnung 11 und der Fotokatode 3 anzuordnen.

Beim erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 liegt das aktive Fotokatoden-Material in der Form eines schmalen Streifens 13 vor. Der Fotokatoden-Streifen 13 gestattet die Verwendung einer breiteren Kollimator-Anordnung von Röhrchen 5. Auf diese Weise dient der schmale Streifen des aktiven Fotokatoden-Materials 13 in der gleichen Weise wie die zuvor erwähnte Messerkante öder die schmalere Kollimator-Anordnung gemäß Fig. 1. Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung kann auch in Verbindung mit der Streak-Fotographie (Streifenfotographie) einer Rontgenstrahlenquelle verwendet werden. Es sei hierbei auf Fig. 6 Bezug genommen, wo eine Rontgenstrahlenquelle 14 durch ein Nadelloch 11 abgebildet wird, wie im optischen Fall von Fig. 5. Das Röntgenstrahlenbild trifft auf eine geeignete röntgenstrahlenempfindliche Fotokatode 13 auf. Eine derartige Fotokatode ist häufig aus Gold hergestellt. Zweckmäßigerweise wird die Rontgenstrahlenquelle durch die Seite der Röhre abgebildet und nicht durch die Rückseite der Fotokatode, wie dies im optischen Fall geschieht, wodurch man eine höhere spektrale Empfindlichkeit oder Sensitivität erhält. Man erkennt, daß ein geeignetes, für Röntgenstrahlen durchlässiges Fenster in der Seite von Röhre 2 vorgesehen ist.

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Zusammenfassend sei bemerkt, daß bei der erfindungsgemaßen elektronen-optisehen Bildröhre eine passive Microkanalplatten-Kollimierung benachbart zur Fotokatode vorgesehen ist, wodurch die Fotoelektronen durch das Feld zwischen der Fotokatode und der Microkanalplatte beschleunigt und durch die Microkanäle kollimiert werden. Die kollimierten Elektronen laufen durch ein Paar von Ablenkplatten und treffen auf einen Phosphorschirm auf. Die Beschleunigungsspannung und die Ab lenkspannung sind mit dem zu fotographierenden Phänomen synchronisiert.

Zum Stand der Technik sei auf U.S.-Patent 3761 614 hingewiesen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.yStreak-Kameraröhre mit einer Fotokatode zur Aufnehmung
^ von kurzdauernden Photonenbildern und zur Umwandlung dieser Bilder in Fotoelektronen, die von einem Phosphorschirm (6)
aufgenommen sind und wobei Ablenkelektroden benachbart zur
Bahn der Fotoelektronen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kollimator (4) benachbart zur Emissionsseite der
Fotokatode (3) angeordnet ist.

2. Streak-Kamerabildröhre nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator (4) eine Anordnung von hohlen Rohren (5) aufweist, der Elektronen hindurchläßt, die senkrecht
zur Oberfläche der Katode (3) emittiert werden.

3. Streak-Kamarabildröhre nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Rohre (5) in einer Glas-Microkanalplatte

(4) eingeschlossen sind.

4. Streak-Kamerabildröhre nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator eine Glas-Microkanalplatte aufweist, die mit einem elektrischen Leiter überzogen ist.

5. Röhre nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimator-Rohranordnung

eine Breite besitzt, die hinreichend schmal ist, um als ein
optischer Messerkantenschlitz zu wirken.

6. Röhre nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Fotokatode auf sichtbares Licht anspricht.

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7. Röhre nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die
Fotokatode auf Röntgenstrahlen anspricht.

8. Röhre nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch Mittel zum Anlegen eines Spannungsimpulses zwischen der Fotokatode und

dem Kollimator zur Beschleunigung der durch die Fotokatode
emittierten Elektronen.

9. Röhre nach Anspruch 7 gekennzeichnet durch Mittel zum Anlegen einer rampenartigen Spannung an die Ablenkelektroden.

10.Röhre nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch einen schmalen

Fotokatodenstreifen, der als optischer Messerkantenschlitz dient.

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