DE2704706A1 - Elektronenroehre - Google Patents

Description

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RCA 69,535 T

US-Serial No. 655,165

Filed: February 4, 1976

KCA Corporation

New York, N.Y. (V.St.A.)

Elektronenröhre

Die Erfindung betrifft eine Elektronenröhre mit einem evakuierten Kolben, in dem eine Fotokathode, mindestens eine Dynode, die durch die Offnungen eines in Kontakt mit ihr angeordneten Maschengitters Elektronen aufnimmt, und eine Anode untergebracht sind. Derartige Röhren sind z.B. als Photomultiplier oder Fotoelektronenvervielfacher bekannt.

Die Anordnung von Maschengittern auf Dynoden, wie sie in Elektronenröhren verwendet werden, ist z.B. durch die USA-Patentschrift 3 849 644 und die Britischen Patentschriften 597 186 und 992 938 bekannt. Bisher hat man solche Maschengitter aus einem Netzwerk von Leiterelementen, die sich unter Bildung von Öffnungen einheitlicher Größe oder /»eite kreuzen, gefertigt. Das leichteste, einfachste und gebräuchlichste Maschengitter hat die Form eines planaren (planebenen) Netzwerks aus rechtwinklig zueinander angeordneten geraden Leiterelementen. Im allgemeinen muß ein Maschengitter zwei Aufgaben erfüllen: Es muß einmal Primärelektronen hindurchtreten lassen, damit sie auf die

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aktive Fläche der Dynode auftreffen können. Zum anderen muß es im Hohlraum der Dynode ein Feld aufbauen, durch das die von der Dynode freigesetzten Sekundärelektronen auf die nächste Dynode oder die Anode gerichtet werden. Dabei muß das Maschengitter die Sekundärelektronen gegen das Feld der Primärelektronenquelle abschirmen.

Diese beiden Aufgaben oder Funktionen sind jedoch im hohen Maße widerstreitend, und häufig muß man Kompromisse eingehen. Im einen Extremfall, wenn man lediglich will, daß alle Primärelektronen auf die Dynode auftreffen, braucht man überhaupt kein haschengitter im Laufweg der Primärelektronen anzuordnen. Durch die bloße Anwesenheit eines Bauteils, und sei es auch voller Öffnungen, im Laufweg der Primärelektronen, wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß ein Primärelektron auf das Maschengitter stößt und abgelenkt oder abgestoppt wird, so daß es nicht auf die Dynode auf trifft. Andererseits können bei Fehlen eines iXaschengitters keine Sekundärelektronen von der Dynode freigesetzt werden, da das Feld der Primärelektronenquelle negativ gegenüber der Dynode ist. Denn das negative Feld verhindert den Austritt von Sekundärelektronen aus der Dynode. Im anderen Extremfall, wenn man lediglich will, daß sämtliche Sekundärelektronen auf die nächste Dynode oder Anode gerichtet und alle Sekundärelektronen gegen das Feld der Primärelektronenquelle abgeschirmt werden, sollte man eine leitende Fläche im Laufweg der Primärelektronen anordnen, um das Feld der Primärelektronenquelle vollständig fernzuhalten oder abzuschirmen. Natürlich würden dann aber überhaupt keine Primärelektronen auf die Dynode einfallen. Bisher hat man, da die j'iaschengitter Netzwerke aus unter Bildung von einheitlichen Öffnungen rechtwinklig zueinander angeordneten geraden Leiterelementen waren, durch geeignete Wahl der Größe der Öffnung oder der optischen Durchlässigkeit pro Flächeneinheit den beiden widerstreitenden Funktionen gerecht zu werden versucht. Unabhängig von der Wahl der Offnungsgröße ist dabei jedoch die Größe der Öffnungen im ganzen stets einheitlich geblieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber vorteilhaftere Ausbildung des haschengitters anzugeben.

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Eine elektronenröhre der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen des Maschengitters von uneinheitlicher Größe sind.

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

Fig. 1 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines für die erfindungsgemäße Elektronenröhre verwendbaren Maschengitters;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Maschengitters;

Fig. 3 eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Elektronenröhre;

Fig. 4 eine Teilquerschnittsdarstellung der Röhre in der Schnittebene 4-4 nach Fig. 3;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines nichtplanaren Maschengitters auf einer Dynode; und

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines planaren Maschengitters auf einer Dynode.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines für die erfindungsgemäße Elektronenröhre geeigneten Maschengitters 5. Das Maschengitter 5, bei dem es sich um ein planares (planebenes) Maschengitter handelt, besteht aus einer Anzahl von beabstandeten ersten langgestreckten Elementen 4 und einer Anzahl von beabstandeten zweiten langgestreckten Elementen 2, die sich unter Bildung von Öffnungen nichteinheitlicher Größe kreuzen oder schneiden. Die ersten Elemente 4 und die zweiten Elemente 2 sind jeweils parallel zueinander sowie insgesamt orthogonal (rechtwinklig) zueinander angeordnet. Die ersten Elemente 4 haben gleichmäßige Abstände voneinander, während die zweiten Elemente 2 ungleichmäßig beabstandet sind.

Die ersten Elemente 4 und die zweiten Elemente 2 müssen aus elektrisch leitendem Werkstoff wie z.B. Metall bestehen. Sie können die Form von Drähten oder Streifen aus Metallen oder anderweitigen Leitermaterialien haben. Das planare Maschengitter kann durch Verlöten oder Zusammenlöten von Metalldrähten oder -streifen oder durch Ätzen von Offnungen uneinheitlicher Größe in ein planares Metallteil hergestellt werden.

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Fig. 2 zeigt eine für die erfindungsgemäße Elektronenröhre geeignete nichtplanare Ausführungsform eines Maschengitters 10. Das nichtplanare ^aschengitter 10 besteht aus einem Mittelteil 12, einem Randteil 14 und einem Ringteil 16. Der Mittelteil 12 und der Randteil 14 bilden eine radialsymmetrische Wölbung oder Haube. Der Mittelteil 12 und der Randteil 14 bestehen Jeweils aus einem Netzwerk von radialen langgestreckten Elementen 18 und zirkumferentialen langgestreckten Elementen 20, die sich unter Bildung von Öffnungen uneinheitlicher Größe kreuzen oder schneiden. Der Mittelteil 12 ist elektronendurchlässiger als der Randteil, d.h. im Mittelteil sind die Offnungen größer als im Randteil 14. Deshalb ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein Elektron abgelenkt oder abgestoppt wird, im Mittelteil 12 geringer als im Randteil des nichtplanaren Maschengitters 10. Der Ringteil 16 ist am Randteil 14 um dessen Umfang herum befestigt.

Die radialen Elemente 18 und die zirkumferentialen Elemente 20 müssen aus einem elektrisch leitenden Werkstoff wie z.B. Metall bestehen. Der Ringteil 16 dient lediglich zur Halterung und kann ebenfalls aus Leitermaterial, vorzugsweise aus dem gleichen Metall wie die radialen Elemente 18 und die zirkumferentialen Elemente 20, bestehen. Das nichtplanare Maschengitter 10 kann durch Einätzen von Öffnungen nichteinheitlicher Größe in ein planares hetallteil, dem man dann durch Strecken die nichtplanare Form gibt, hergestellt werden.

Fig. 3 und 4 zeigen eine Elektronenröhre (z.B. Photomultiplier) 21 unter Verwendung des nichtplanaren Maschengitters 10, mit einer gewissen Variation des Maschenmusters, sowie unter Verwendung des planaren Maschengitters 5. Die Elektronenröhre 21 hat einen zylindrischen Körper 22 mit kreisrunder Frontplatte Im Inneren der elektronenröhre 21 ist auf der Frontplatte 24 sowie einem angrenzenden Teil des zylindrischen Körpers 22 eine Fotokathode 23 (Fig. 4) angebracht. Ebenfalls in der Röhre 21 befindet sich auf einer ersten Dynode 26 das nichtplanare Maschengitter Die erste Dynode 26 ist becherförmig mit einer annähernd kreisrunden oberen Öffnung 33. Die öffnung 33 ist von einem Ringflansch 28 eingefaßt. Die Dynode 26 hat einen flachen Boden 25 und eine diesen umschließende Seitenwand 27, in der sich nahe dem Rand der

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oberen öffnung 33 eine zu ihr im wesentlichen senkrechte Seitenöffnung 29 befindet. Die Innenseite der Dynode 26 ist mit elektronenemittierendem Material 31 (Fig. 4) ausgekleidet. Die Öffnung mit dem Flansch 28 an ihrem Umfang ist gegen die Fotokathode 23 gewandt, wobei die Ebene der Öffnung 33 im wesentlichen parallel zur Ebene der Fotokathode 23 ist. Ferner ist der Durchmesser des flingflansches 28 im wesentlichen gleich dem Durchmesser des zylindrischen Körpers 22. Der Kingteil 16 des nichtplanaren Maschengitters 10 ruht auf dem Ringflansch 28. Der Hittelteil 12 befindet sich näher bei der Fotokathode 23 als der Handteil 14, d.h. das Maschengitter 10 ist konkav gegen die Fotokathode 23 gewölbt.

Seitlich neben der ersten Dynode 26 befindet sich in der Röhre 21 eine zweite Dynode 30 von Kastenform. Die kastenförmige Dynode 30 hat eine gekrümmte Fläche 32 und zwei jeweils senkrecht daran befestigte Seitenwände 34 (von denen nur eine in Fig. 3 gezeigt ist). Auf der Innenseite der gekrümmten Fläche 32 ist ein elektronenemittierendes Material/angebracht. Das planare Maschengitter 5 ist auf der gekrümmten Fläche 32 und den beiden Seitenwänden 34 befestigt (Fig. 4). Das Maschengitter 5 bildet zusammen mit den beiden Seitenwänden 34 und der gekrümmten Fläche 32 eine ßodenöffnung 38. Das planare Maschengitter 5 ist nahe der Bodenöffnung 38 stärker elektronendurchlässig als in der Nähe der gekrümmten Fläche 32, d.h. die Öffnungen im Maschengitter 5 sind in der Nähe der Bodenöffnung 38 größer als in der Nähe der gekrümmten Fläche 32. Die kastenförmige Dynode 30 liegt unter dem Flansch 28 der ersten Dynode 26 mit der Bodenöffnung 38 in der Ebene des Bodens 25. Das planare Machengitter 5 ist im wesentlichen parallel zur Seitenöffnung 29 angeordnet. Schließlich befindet sich unter der Bodenöffnung 38 eine Anode 40.

Die Theorie der Wirkungsweise des nichtplanaren Maschengitters 10 sowie dessen Vorteile werden anhand der Fig. 5 ersichtlich. Fig. 5 zeigt schematisch das nichtplanare Maschengitter 10 auf einer becherförmigen Dynode 26. Durch die gestrichelten Linien sind Bahnen von aus der Dynode 26 freigesetzten Sekundärelektronen bei ihrem Austritt durch die Seitenöffnung 29 angedeutet. Wie bereits erläutert, ist es Aufgabe eines Maschengitters, die Anzahl der die Dynode beaufschlagenden Primärelektronen zu maximalisieren und zugleich den Einfluß des elektrischen Feldes der

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Primärelektronenquelle auf die von der Dynode austretenden Sekundärelektronen zu minimalisieren. Der erstgenannten Punktion wurde bisher dadurch Genüge getan, daß man die Öffnungen des Maschengitters größer machte, d.h. die optische Durchlässigkeit des Maschengitters pro Flächeneinheit erhöhte. Durch die Vergrößerung der Öffnungen wird Jedoch zugleich auch das elektrische Feld der Quelle, der die Primärelektronen entstammen, verstärkt. Dieses Feld ist strichpunktiert angedeutet. Da es negativ gegenüber der Dynode ist, werden die Sekundärelektronen durch dieses Feld am Verlassen der Dynode gehindert. Beim nichtplanaren Maschengitter ist nun die Gesamtöffnung des Mittelteils 12 vergrößert, so daß mehr Primärelektronen auf die Dynode 26 auftreffen können. Andererseits ist aufgrund der Gewölbe- oder Haubenform der Kittelteil 12 weiter von der Dynode 26 entfernt, so daß der Einfluß des elektrischen Feldes der Primärelektronenquelle auf die Sekundärelektronen minimalisiert wird. Typischerweise hat ein planares Maschengitter mit einheitlicher Öffnungsgrüße, das ohne störenden Einfluß auf die Sekundärelektronenbahnen ist, eine optische Durchlässigkeit von 88^. Dadurch, daß der Mittelteil elektronendurchlässiger ist als der Randteil 14 und daß der Mittelteil 12 weiter von der Dynode 26 entfernt angeordnet ist als der Handteil 14, so daß der Einfluß des verstärkten Feldes auf die Sekundärelektronenbahnen entsprechend geringer wird, erreicht man, daß das erfindungsgemäße nichtplanare Maschengitter 10 zu annähernd optisch durchlässig ist.

Die Theorie der Wirkungsweise des planaren Maschengitters sowie dessen Vorteile werden anhand der Fig. 6 ersichtlich, wobei diesbezüglich eine vollständige Analogie zwischen dem nichtplanaren Maschengitter 10 und dem planaren Maschengitter 5 besteht. Das planare Maschengitter 5 ist auf der einen Seite an der gekrümmten Fläche 32 befestigt und in der Nähe der Bodenöffnung 38 weiter von der gekrümmten Fläche 32 entfernt. Durch Vergrößern der Öffnungen und Anordnen der vergrößerten Öffnungen in weiterer Entfernung von der elektronenemittierenden Fläche erzielt man eine erhöhte Elektronendurchlässigkeit bzw. optische Durchlässigkeit, ohne daß zugleich der Einfluß des Feldes (strichpunktiert angedeutet) der Primärelektronenquelle auf die Sekundärelektronenbahnen (gestrichelt angedeutet) sich vergrößert.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1.,- elektronenröhre mit einem evakuierten Kolben, in dem eine Fotokathode, mindestens eine Dynode, die durch Öffnungen eines in Kontakt mit ihr angeordneten Maschengitters Elektronen aufnimmt, und eine Anode untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen des Maschengitters (5, 10) von uneinheitlicher Größe sind.

   2. elektronenröhre nach Anspruch 1, bei der das Maschengitter planar ist und seine Öffnungen durch eine erste Anzahl von beabstandeten langgestreckten ^lementen aus elektrisch leitendem Material und eine zweite Anzahl von diese Elemente rechtwinklig kreuzenden langgestreckten Elementen aus elektrisch leitendem Material gebildet werden, wobei die ersten und die zweiten Elemente jeweils parallel zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2) der einen der beiden Gruppen ungleichmäßige Abstände voneinander haben.

   3. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Dynode kastenförmig mit einer mit elektronenemittierendem katerial versehenen gekrümmten Fläche und zwei senkrecht dazu angeordneten Seitenwänden ausgebildet ist und das planar ausgebildete Maschengitter auf der gekrümmten Fläche und den beiden Seitenwänden unter Bildung einer Kasten/Gitter-Dynode mit Bodenöffnung befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschengitter (b) aufgrund der unterschiedlichen Größe seiner Offnungen in der Nähe der gekrümmten Fläche (32) der Dynode (30) weniger elektronendurchlässig ist als in der Nähe der Bodenöffnung (38).

   4. Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschengitter (10) haubenförmig gewölbt mit einem Mittelteil (12) und einem Randteil (14), der kleinere Öffnungen hat und daher weniger elektronendurchlässig ist als der Mittelteil, ausgebildet ist.

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   ORIGINAL INSPECTED

   27HAVOB

   a.

   b. Elektronenröhre nach Anspruch 4, bei der das naschengitter aus einer ersten Gruppe von radialen elementen und einer zweiten Gruppe von zirkumferentialen hlementen besteht, dadurch gekennzeichnet, daü die elemente (18, 20) mindestens einer Gruppe im Kittelteil (12) weiter voneinander beabstandet sind als im randteil (14).

   6. Elektronenröhre nach Anspruch 4 oder 5, bei der die Dynode becherförmig mit einer im wesentlichen kreisrunden gegen die Fotokathode gewandten, von dieser emittierte ,'.lektronen aufnehmenden oberen Öffnung und einer nach seitwärts gewandten Austrittsöffnung für von der Dynode emittierte elektronen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das haubenförmig gewölbt ausgebildete Maschengitter (10) auf der oberen Öffnung (33) der Dynode (26) mit seinem Mittelteil (12) näher bei der Fotokathode (23) als mit seinem Randteil (14) angeordnet ist.

   7. elektronenröhre nach Anspruch 6, bei welcher der evakuierte Kolben eine Frontplatte, auf der die Fotokathode angebracht ist, sowie einen rohrförmigen Körper mit einem Teil kreisrunden Querschnitts aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynode (26) mit dem haubenförmig gewölbten rtaschengitter (10) im Teil kreisrunden Querschnitts so angeordnet ist, daß die obere öffnung (33) der Dynode (26) in einer zur Ebene des kreisrunden Querschnitts im wesentlichen parallelen Ebene liegt und einen Querschnitt hat, der nicht wesentlich kleiner ist als der Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts.

   8. Elektronenröhre nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine becherförmige Dynode (26) mit einem Maschengitter (10) nach Anspruch 6 oder 7 in Kombination mit einer kastenförmigen Dynode (30) mit einem Kaschengitter (5) nach Anspruch 3, das seitlich neben der Seitenöffnung (29) der becherförmigen Dynode (26) angeordnet ist, derart, daß die von der becherförmigen Dynode (26) durch deren Seitenöffnung (29) emittierten Elektronen in die kastenförmige Dynode (30) durch deren Maschengitter (5) eintreten, wobei es sich bei den von der becherförmigen Dynode emittierten Elektronen um Sekundärelektronen handelt.

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   9. Elektronenröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kastenförmige Dynode (30) seitlich von der becherförmigen Dynode (26) zwischen der Höhe des Bodens und der Höhe der oberen Öffnung (33) der becherförmigen Dynode angeordnet ist.

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