DE2836881A1

DE2836881A1 - Sekundaerelektronenvervielfacher

Info

Publication number: DE2836881A1
Application number: DE19782836881
Authority: DE
Inventors: Donald Lloyd Swingler
Original assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Current assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Priority date: 1977-08-24
Filing date: 1978-08-23
Publication date: 1979-03-08
Also published as: GB2003656A; AU529290B2; JPS5463649A; GB2003656B; US4188560A; AU3919478A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektronenvervielfacher der Art, bei welchem bei Verwendung des Vervielfachers ein Ladungs strom durch Leiten desselben auf und durch Sekundäremission von Elektronen von Oberflächen aufeinanderfolgender Dynoden einer Dynodengruppierung verstärkt wird, wobei zwei im wesentlichen parallele Reihen von Dynoden vorgesehen sind, die Dynoden jeder Reihe nebeneinander angeordnet sind, die aufeinanderfolgenden Dynoden abwechselnd in der einen oder anderen Reihe liegen und aneinander angrenzend aufeinanderfolgende der Dynoden in jeder Reihe den Ladungsstrom bei Verwendung des Vervielfachers erhalten, und wobei die Dynoden so geformt sind, daß im Betrieb an die Dynoden angelegte elektrische Potentiale ein solches elektrisches Feld zwischen den zwei Reihen erzeugen, daß die auf einer Oberfläche erzeugten Sekundärelektronen im wesentlichen auf die Oberfläche der nächst nachfolgenden Dynode gerichtet werden. Ein solcher Elektronenvervielfacher wird im folgenden als "Elektronenvervielfacher der eingangs genannten Art" bezeichnet werden. Diese Elektronenvervielfacher werden im allgemeinen als "fokussierte" Elektronenvervielfacher bezeichnet.

Ein Elektronenvervielfacher der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß so gestaltet, daß die Oberflächen von Dynoden der einen Reihe im wesentlichen zylindrischen Aufbau mit gemeinsamer Achse haben, Dynoden der einen Reihe in Richtung der Achse im Abstand voneinander liegen, die Oberflächen von Dynoden der anderen Reihe ebenfalls im wesentlichen zylindrisch koaxial mit Oberflächen von Dynoden der ersten Reihe sind, wobei die Oberflächen der Dynoden der anderen Reihe größeren Durchmesser haben als die Dynoden der ersten Reihe und Dynoden der anderen Reihe der Länge nach in Richtung der Achse im Abstand voneinander liegen, daß die Oberflächen von Dynoden der einen Reihe der Achse abgekehrt und die Oberflächen von Dynoden der anderen Reihe den Oberflächen von Dynoden der einen Reihe gegenüberstehend der Achse zugekehrt sind.

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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Oberflächen der einzelnen Dynoden im Axialschnitt linear, wobei ein erster und ein zweiter Flansch längs Kanten der Oberfläche an in Axialrichtung gegenüberliegenden Enden derselben angeordnet sind und sich der erste Flansch im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche von einer der einander gegenüberliegenden Kanten erstreckt und der zweite Flansch einen ersten Abschnitt aufweist, der sich im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche von der anderen der einandergegenüberliegenden Kanten in der gleichen Richtung wie der erste Flansch und zu einem zweiten Abschnitt erstreckt, der sich von einer äußeren Längskante des ersten Abschnitts parallel zur Oberfläche weg vom ersten Flansch gerichtet erstreckt. Der zweite Abschnitt des zweiten Flanschs kann weiter weg von der Oberfläche als die freie Kante des ersten Flansches liegen. Die Größenverhältnisse der Dynoden können im v/esentlichen folgendermaßen sein, wenn

a der Abstand zwischen Flanschen einer der Dynoden ist, a¹ die Breite (gemessen in Axialrichtung des Vervielfachers) des zweiten Abschnitts des zweiten Flansches der Dynode ist,

b¹^ und b'_o die Höhen der ersten Flansche über die Oberflächen von Dynoden der ersten Reihe bzw. der anderen Reihe sind,

b_i und b_Q die Höhen der ersten Abschnitte der zweiten Flansche über die Oberflächen von Dynoden der ersten Reihe bzw. der anderen Reihe sind, und r., und r die Radien der .Oberflächen von Dynoden der

ersten Reihe und bzw.' der anderen Reihe sind, für 30

a¹ = 0,3a

b. =0,15 r.

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r_o = r_± + 1,2a
b_o = 0,15r_o

^b'o = °'^{5 b}o

Diese Beziehungen lassen sich allgemeiner auch folgendermaßen ausdrücken, wobei die angegebenen numerischen Konstanten diejenigen sind, die gelten, wenn die Variablen in mm ausgedrückt werden.

a =	^ri	3a
a¹	= O,	45
b.	= 0,

= 0,45

^b'i = °'^{5 b}i ^b'_o = °'^{5 b}o

r_o =2,1 r_±

Die Erfindung schafft auch eine Dynodengruppierung für einen Elektronenvervielfacher der eingangs beschriebenen Art, mit zwei Reihen von wenigstens zwei Dynoden, wobei Dynoden einer Reihe die Oberflächen den Oberflächen von Dynoden der anderen Reihe zugekehrt aufweisen, die Oberfläche jeder Dynode in jeder Reihe, wobei die Oberfläche angrenzend an einer Kante einer Oberfläche einer angrenzend nachfolgenden Dynode angeordnet ist, durch einen ersten Flansch begrenzt ist, der sich senkrecht zur Oberfläche und zur anderen Reihe hin erstreckt, und die Oberfläche jeder jeweils nachfolgenden Dynode in einer Reihe an einer an den ersten Flansch der jeweils angrenzend vorhergehenden Dynode angrenzenden Kante durch einen zweiten Flansch begrenzt ist, welcher einen ersten Abschnitt aufweist, der sich senkrecht von der Oberfläche zur anderen Reihe und parallel zum aber in Abstand vom ersten Flansch der jeweils vorangehenden Dynode erstreckt, und einen zweiten Abschnitt,

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der sich nach außen von einer der Länge nach verlaufenden freien Kante des ersten Abschnitts, wobei die freie Kante der anderen Reihe am nächsten liegt und parallel zur Oberfläche ihrer Dynode verläuft, und über und jjrn Abstand von der freien Kante des ersten Flansches der jeweils vorhergehenden Dynode erstreckt, aufweist; wobei die Oberflächen der Dynoden einer Reihe im wesentlichen zylindrisch im Aufbau mit gemeinsamer Achse sind, die Oberflächen von Dynoden der anderen Reihe ebenfalls zylindrisch im Aufbau mit mit der gemeinsamen Achse zusammenfallender Achse sind und die Oberflächen von Dynoden der anderen Reihe größeren Durchmesser aufweisen als die Dynoden der einen Reihe. Der zweite Abschnitt des zweiten Flansches kann sich so erstrecken, daß er mit Abstand über einem Randteil der Oberfläche der jeweils vorhergehenden Dynode liegt, wobei dies Randteil angrenzend an den ersten Flansch der jeweils vorhergehenden Dynode liegt und sich längs dieses Flansches erstreckt. Der überlapp des zweiten Abschnitts mit der Oberfläche der jeweils vorhergehenden Dynode kann ungefähr 25 % der Breite des zweiten Abschnitts betragen. Als weitere Möglichkeit kann sich der zweite Abschnitt des zweiten Flansches nur zu einer Stelle erstrecken, die im wesentlichen direkt über dem ersten Flansch der jeweils vorhergehenden Dynode liegt.

Die Anordnung ist normalerweise derart, daß Dynoden jeder Reihe in konstantem Folgeabstand liegen, daß aber Dynoden in einer Reihe in Richtung ihrer Erstreckung um einen Abstand bezüglich der anderen Reihe verschoben sind, der gleich dem halben Folgeabstand ist.

Die Dynodengruppierung kann zusätzliche Ablenkflächen aufweisen, die am Eingangs- und Ausgangsende der Gruppierung angeordnet sind, um den Strom in die bzw. aus der Gruppierung zu leiten. Diese Flächen können, müssen aber nicht notwendigerweise Dynodenflachen sein.

die Erfindung schafft ferner einen Elektronenvervielfächer der eingangs beschriebenen Art mit einer Dynodengruppierung, wie sie im vorstehend Abschnitt beschrieben ist, wobei die zweiten Abschnitte der zweiten Flansche von den

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ersten Abschnitten ausgehend in Richtung auf das Eingangsende des Vervielfachers gerichtet sind, und eine Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Potentials über jedes aufeinanderfolgende Paar von Elektroden zur Erzeugung des elektrischen Feldes vorgesehen ist. Der Vervielfacher kann eine Gittereinrichtung zur Beschleunigung der geladenen Teilchen auf seine erste Dynode aufweisen, wodurch der Vervielfacher zum Nachweis des Ausgangsstromes eines Massenspektrometer s verwendet werden kann.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung sind die Oberflächen von Dynoden der einen Reihe Oberflächen aus Sekundäremissionselementen, die lösbar an dem Aufbau angebracht sind, der den Rest der Dynoden bestimmt. Ein solcher Aufbau kann eine Reihe von zylindrischen Elementen umfassen, von denen jedes die Flansche einer einzelnen Dynode/ an gegenüberliegenden Kanten desselben, bestimmt, und die Sekundäremissionselemente in Form entsprechender biegsamer Streifen vorliegen, die sich um das zylindrische Element zwischen den Flanschen dieses Elementes erstrecken. Ahnlich können die Oberflächen von Dynoden der anderen Reihe abnehmbar durch einen Trägeraufbau, der durch den Rest der Dynoden definiert ist, gehalten werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der letztgenannte Aufbau eine Reihe von Ringelementen, wobei jedes Element die Flansche der Dynode an seinen gegenüberliegenden Kanten trägt und die Oberflächen auf Sekundäremis.sionselementen, den besagten Sekundäremissionselementen, definiert sind, und die Sekundäremissionselemente in Form biegsamer Streifen vorliegen, die lösbar an den betreffenden Innenflächen der ringförmigen Elemente zwischen deren Flanschen befestigt sind. Die zylindrischen Elemente der einen Reihe sind vorzugsweise aus leitfälligem Material ausgebildet und mechanisch aneinander befestigt, aber elektrisch voneinander isoliert. Ähnlich sind die ringförmigen Elemente der anderen Reihe vorzugsweise aus leitfähigem Material ausgebildet und mechanisch aneinander befestigt, aber elektrisch voneinander isoliert.

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Die Erfindung schafft ferner eine Dynode für einen Elektronenvervielfacher, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ihre Sekundäremissionsoberflache von einem Trägerelement lösbar ist, das den Rest der Dynode definiert. Es kann die Oberfläche aus einem von Trägerelement lösbaren Element ausgebildet sein, oder sie kann eine Abscheidung auf einem solchen Element sein. Insbesondere kann sie durch Aufdampfen, Zerstäubung, Plasmaspritzen, galvanisch, oder durch andere chemisch reaktive gasförmige oder flüssige Prozesse, wie Elektroabscheidung, oder elektrolytische Prozesse, wie galvanische Abscheidung gefolgt von Caesiierung oder einer anderen Behandlung zur Schaffung einer Oberfläche mit hoher Sekundärelektronenausbeute ausgebildet sein.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist bzw. sind

Fig. 1 ein schematischer Axialschnitt eines erfindungsgemäß aufgebauten Elektronenvervielfachers, Fig. 2 und 3 axial geschnittene perspektivische Ansichten von zwei Formen von in dem Vervielfacher der Fig. 1 eingebauten Dynoden,

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung, die ein Axialschnitt eines Teils des Vervielfachers der Fig. 2 ist, und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines vollständig zusammengesetzten Elektronenvervielfachers gemäß der Erfindung, neben gewissen zugehörigen Komponenten. Der gezeigte Sekundärelektronenvervielfacher 10 umfaßt eine innere Reihe 12 von Dynoden 16 und eine äußere Reihe 14 von Dynoden 26. Die Dynoden 16 der Reihe 12 bieten jeweils eine eigene zylindrische Oberflache 20 dar> die mit Material beschichtet ist oder aus einem Material besteht, welches Sekundärelektronen erzeugt, wenn es von primären geladenen Teilchen getroffen wird. Die Dynoden liegen längs einer gemeinsamen Achse 28 im Abstand voneinander. Jede Dynode 16 weist an axial gegenüberliegenden Endkanten ihrer

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Oberfläche 20 nach außen stehende Ringflansche 22, 24 auf. Der Flansch 24 jeder Dynode 16 erstreckt sich im rechten Winkel zur zugehörigen Fläche 20 dieser Dynode. Jeder Flansch 22 weist einen ersten Abschnitt 22a auf, welcher sich ebenfalls in rechten Winkel zu der ihm zugeordneten Fläche 20, dabei aber weiter weg von dieser Fläche als der Flansch 24 erstreckt, und einen zweiten Abschnitt 22b, welcher sich vom äußeren Rand des Abschnitts 22a parallel zur Fläche 20 und weg vom Flanschabschnitt 22a in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Erstreckung der zugehörigen Fläche 20 bezüglich des Flanschabschnitts 22a erstreckt.

Reihe 14 enthält eine Anzahl von Dynoden 26, die im Abstand voneinander koaxial mit der gemeinsamen Achse 28 der Reihe 12 angeordnet sind. Die Dynoden 26 bieten jeweils eine eigene nach innen gekehrte zylindrische Flächen 30 dar, welche koaxial mit Achse 28 sind und außen im Abstand von den Flächen 20 liegen. Ringflansche 22, 24 sind an entgegengesetzten axialen Enden der einzelnen Flächen 30 angeordnet.

Jeder Flansch 34 erstreckt sich ein kurzes Stück senkrecht zur Fläche 30 seiner Dynode und nach innen zur Achse 28. Jeder Flansch 32 weist einen Abschnitt 32a auf, welcher sich ebenfalls senkrecht zur Fläche 30 seiner Dynode und nach innen zur Achse 28 erstreckt, sowie einen zweiten Abschnitt 32b, welcher sich parallel zur Fläche 30 seiner Dynode erstreckt, dabei aber vom zugehörigen Abschnitt 32a in einer Richtung weggerichtet ist, die der Richtung entgegengesetzt ist, in der sich die Fläche 30 dieser Dynode vom Flanschabschnitt 32a weg erstreckt.

Die Dynoden 16, 26 an einem Eingangsende 10a des Vervielfachers liegen angrenzend an die entsprechenden Eingangsflächen 40, 42. Fläche 40 hat eine konische Form, welche mit Achse 28 koaxial ist und deren Spitze bezüglich des Vervielfachers nach außen gerichtet ist. Fläche 40 ist eine Dynodenfläche, die so angeordnet ist, daß sie Elektronen oder andere geladene Teilchen empfängt, die durc'.i das Ein-

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gangsende des Vervielfachers zuerst auf die Oberfläche verlaufen, und daß sie Sekundärelektronen erzeugt, die in die aus den Dynoden 26 und 16 bestehende Gruppierung weiterlaufen. Fläche 42 hat Ringform, ähnlich Fläche 3O, und dient als Dynodenflache. Sie wird durch ein später beschriebenes Endstück 62 getragen.

über dem Eingangsende des Vervielfachers ist ein Maschengitter 41 angeordnet, um zu verhindern, daß Elektronen oder andere geladene Teilchen den Vervielfacher verlassen.

. . im folgenden wird insbesondere auf Fig. 4 Bezug genonmen.

Die Anordnung der Dynoden, die auf die durch die Fläche gebildete folgen, ist derart, daß Flansch 32 aller Dynoden 26 mit Ausnahme der letzten in Reihe 14 angrenzend an den Flansch der vorhergehenden Dynode, aber im Abstand davon liegt- Die Abmessung b , die die Höhe darstellt, mit der der Flanschabschnitt 32a der Flansche 32 von den Flächen abragt, wird so gewählt, daß sie größer als die Höhe b* ist, mit der die Flansche 34 von den Flächen 3O abragen. In analoger Weise haben die Dynoden 16 der Reihe 12, mit Ausnahme der letzten Dynode, Flansche 22, die angrenzend an den Flansch 24 der vorhergehenden Dynode, aber im Abstand davon, liegen. Die Abmessung b., welche die Höhe darstellt, mit der die Flanschabschnitte 22a der Flansche von den Flächen 20 abragen, ist so eingerichtet, daß sie größer als die Höhe b¹. ist, mit der die Flansche 24 von den Flächen 20 abragen. Die Breite der Flanschabschnitte 22b, gemessen in Axialrichtung des Vervielfachers, und die Breite der Flanschabschnitte 32b, ebenfalls gemessen in Axialrichtung des Vervielfachers, sind mit a' bezeichnet; Die Flächen haben einen Radius r , die Flächen 2O einen Radius r..

Es wird bevorzugt, daß die folgenden Beziehungen zwischen den so definierten Größen gelten. Für

r. < a< 2r_A
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a¹ = 0,3a

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b_± = 0,15γ_±
b^ = 0,5b_±
r_Q = ir_± + 1, 2a

^bo = °'^15ro

b'_o = 0,5b_o
10

Diese Beziehungen können alternativ allgemeiner folgendermaßen ausgedrückt werden, wobei die angegebenen numerischen Konstanten diejenigen sind, die gelten, wenn die Variablen in mm ausgedrückt werden:
15

a = r.

a¹ = 0,3a
b_± = 0,45 ZrT b_Q = 0,45 Zr^

^b'i ⁼ °'^{5 b}i ^b'o = °'^5bo

^ro = ²'^{1 r}i
25

Das Maß "a" bezieht sich auf die Breite der Dynodenflachen 20, 30 in Axialrichtung.

Am Ausgangsende 10b des Vervielfachers ist eine Kollektorfläche 46 vorgesehen. Diese hat die Form^einer ringförmigen Schüssel und ist so angeordnet, daß sie Sekundärelektronen empfängt, die von der Fläche 20 der letzten Dynode 16 in Reihe 12 ausgesandt werden.

Beim Betrieb des Vervielfachers 10 werden die aufeinanderfolgenden Dynoden 16 in Reihe 12, gezählt vom Ausgangsende 10b des Vervielfachers, mit Spannungen der Größen -1V, -3V, ... -(2n-1)V versehen, während die Dynoden 26, gezählt vom Ausgangsende 10b, mit Spannungen -2V, -4V, ... -2nV versehen werden, wobei V im wesentlichen eine Spannung der Größenordnung

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ist, die normalerweise bei Vervielfachern mit Linearanordnung verwendet wird. Die Kollektorfläche 46 ist durch Verbindung mit einem geerdeten Widerstand, durch welchen der verstärkte Elektronenstrom der Vervielfachers zur Erzeugung eines nachweisbaren Potentials fließt, praktisch auf Null-Potential. Fläche 40 hat eine Spannung von -(2n + 3)V und Fläche 42 eine Spannung von -(2n + 2)V. Das Gitter 41 erhält die gleiche Spanming wie die Fläche 40. Der Ladungsstrom durch den Vervielfacher wird auf eine Bahn gelenkt, welche zuerst auf die Fläche 40 trifft, dann vermittels des im Vervielfacher erzeugten elektrostatischen Feldes auf Fläche 42, von da auf Fläche 20 der ersten Dynode 16 in Reihe 12, von da auf Fläche 30 der ersten Dynode 26 in Reihe 14 und dann hin und her in analoger Weise auf aufeinanderfolgende Dynoden in abwechselnden Reihen 12, 14 verläuft, bis die letzte Dynode 16 der Reihe 12 erreicht ist, von wo der Ladungsstrom dann auf den Kollektor 46 geht. Sekundärelektronen, die erzeugt werden, wo der Ladungsstrom auf die Flächen 42, 20, 30 trifft, verstärken in an sich bekannter Weise den auf den Eingang 10a gegebenen ankommenden Ladungsstrom, da sie am Kollektor 46 gesammelt werden.

Im einzelnen sind die Dynoden 16, 26 in den beiden Reihen in gleichem Folgeabstand voneinander angeordnet und Dynoden der einen der Reihen 12, 14 liegen, gerechnet in Richtung der Achse 28, um einen halben Folgeabstand außer Phase gegenüber denjenigen der anderen Reihe. Die Flansche 22, 24, 32, 34 haben analoge Funktionen zur entsprechenden Flanschen von Dynoden einer ebenfalls der Anmelderin gehörigen australischen Patentanmeldung 87312/75, und das im Ringzwischenraum zwischen den zwei Reihen 12, 14 erzeugte elektrische Feld ist von im wesentlichen ähnlicher Form. Es ist jedoch zu beachten, daß wegen des anderen geometrischen Aufbaus die Abmessungen und Größenverhältnxsse der Dynoden, verglichen mit denjenigen im Aufbau gemäß jener Patentanmeldung andere sein müssen.

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Fig. 5 zeigt einen typischen mechanischen Aufbau für einen Vervielfacher 10. Hier sind die Dynoden 16 zweiteilig aufgebaut und umfassen jeweils einen mit Flanschen 22, 24 versehenen Ring 52 aus rostfreiem Stahl, wobei die Fläche 20 auf einem Streifen 54 aus Beryllium-Kupfer-Material vorgesehen ist, welcher biegsam und lösbar am Umfang des Ringes 52 zwischen den Flanschen 20, 24 befestigt ist. Die Befestigung kann durch kleine Schweißungen bewirkt sein, welche ausreichen, den Streifen 54 in Stellung zu halten, sich aber leicht lösen lassen, wenn der Streifen 54 entfernt werden soll. In gleicher Weise sind die Dynoden 26 zweiteilig aufgebaut und umfassen einen Ring 50 aus rostfreiem Stahl mit darauf ausgebildeten Flanschen 32, 34, wobei die Fläche 30 auf einem biegsamen Streifen 56 aus einem Beryllium-Kupfer-Material definiert ist, welcher innerhalb des Rings auf dessen Innenfläche zwischen den Flanschen 32, 34 aufgenommen ist. Die Kollektorflache 46 ist auf einem scheibenförmigen Endstück 60 aus rostfreiem Stahl ausgebildet, während die Fläche 42 in gleicher Weise wie die Flächen 20, 30 auf einem Beryllium-Kupfer-Streifen (nicht gezeigt) ausgebildet ist, der an einem gegenüberliegenden ringförmigen Endstück 62 aus rostfreiem Stahl befestigt ist.

Die Ringe 50 sind koaxial übereinander angeordnet und durch eine geeignete Isolation, wie etwa Rubinkugeln 58, voneinander getrennt (Fig. 1). Es sind farner isolierte Verbindungsstangen 59, welche sich zwischen den Endstücken 60, 62 erstrecken, vorgesehen, wobei die Endstücke am Boden und an der Spitze des Stapels von Ringen 50 vorgesehen sind und die Ringe durch Anziehen der Schraubverbindungen zwischen den Verbindungsstäben und einem oder mehreren der Endstücke fest zusammengeklemmt sind. In gleicher Weise sind isolierte Verbindungsstäbe 61 (Fig. 4) vorgesehen, die sich axial durch einen koaxialen Stapel der innerhalb der Ringe 50 befindliehen Ringe 52 erstrecken. Die Stäbe 61 verbinden das End-

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stück 60 und einen Körper 64 aus rostfreiem Stahl am gegenüberliegenden Ende des Stapels, wobei auf dem Körper die Fläche 40 vorgesehen ist. In gleicher Weise sind Isolationselemente, also Rubinkügelchen zwischen Körper 64 und der angrenzenden Dynode 16, zwischen den einzelnen Dynoden 16 und zwischen der Ausgangsenddynode 16 und dem Endstück 60 vorgesehen. Das Festziehen der Schraubverbindungen zwischen den Verbindungsstäben 61 und einem oder mehreren von Körper 64 und Endstück 60 stellt das feste Zusammenklemmen der Dynoden in ihrer Stellung sicher.

Es sind Leitungen 68 für die Dynoden 26 vorgesehen, wobei diese Leitungen direkt an den Ringen 50 befestigt sind, und sich von diesen nach außen erstrecken. In ähnlicher Weise sind Leitungen 70 für die Dynoden 16 vorgesehen, wobei diese Leitungen an den Ringen 52 befestigt sind und sich bezüglich dieser radial nach außen erstrecken, Die Ringe 50 sind gespalten und bilden dadurch Seitenöffnungen 50a, wobei die Leitungen 70 der Dynoden 16 durch diese aus dem Vervielfacher herausgeführt sind. Widerstände 82 verbinden jeweils aufeinanderfolgende der Dynoden 16, 26 und den Kollektor 46, so daß beim Anlegen einer geeigneten Spannung zwischen dem Kollektor 46 und der letzten Dynode 16 die geeigneten Spannungen für den Betrieb des Vervielfachers an die Dynoden gelegt werden.

in gleicher Weise können Verbindungen zu den Flächen 40, 42 und dem Gitter 40 hergestellt sein.

Ein gemäß der Erfindung aufgebauter experementeller Vervielfacher 10 hat die folgenden Abmessungen: Für a = r. = 5 mm

a¹ = 0,3a = 1,5 mm

b. = 0,15r. = 0,8 mm

b = 0,15r = 1,6 in
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Ik¹ = 0,5b. = 0,4 mm
b ' = 0,5b = 0,8 mm

r = r. + 1,2a = 11 mm

Bei dieser Anordnung waren die freien Ränder der Flanschabschnitte 32b, 22b so gelegt, daß sie sich zum Eingangsende 10A so erstreckten, daß jeder ungefähr 0,5 mm über den entsprechenden Flansch 34, 24 der vorangehenden Dynode in seiner Reihe hervorragte; dieser Abstand ist jedoch nicht kritisch.

Für den beschriebenen Aufbau hat sich herausgestellt, daß er im Gebrauch besonders vorteilhaft ist. Die Art der Bildung der Dynoden, einschließlich der Verwendung von Ringen 50, 52 und von lösbaren Streifen 54, 56 ist besonders vorteilhaft, da bei allmählichem Unwirksamwerden der Flächen 20, diese leicht ausgetauscht werden können, indem die Streifen 54, 56 entfernt und neue solche Streifen vorgesehen werden.

Wenn es sich bei dem Streifen 56 um federelastisches Material handelt, kann dieser besonders einfach durch seine gegen die Innenfläche des Rings 50 wirkende natürliche Elastizität in Stellung gehalten werden. Es ist zwar ein Brechen der kleinen Schweißungen, die den Streifen 54 am Ring 52 befestigen, notwendig, dies erweist sich in der Praxis jedoch als nicht schwierig.

Die beschriebene Anordnung verwendet zwar Flächen 20, 30, die im Querschnitt kreisförmig sind, dies ist jedoch nicht absolut wesentlich, die Flächen können vielmehr andere Formen haben, beispielsweise polygonal mit kleinen Flächensegmenten sein.

Bei der beschriebenen Konstruktion sind die Sekundäremissionsflächen auf lösbaren Streifen 54, 56 vorgesehen, sie können jedoch auch als entfernbare Abscheidungen auf den Ringen 50, 52 ausgebildet sein, so können sie beispielsweise durch Aufdampfung, Zerstäubungsverdampfung, Plasmaspritzen,

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galvanisch oder durch andere chemisch reaktive gasförmige oder flüssige Prozesse, wie Elektroabscheidung, oder elektolytische Prozesse wie galvanische Abscheidung, gefolgt von einer Caesiation oder anderen Behandlung gebildet sein, die den Flächen eine hohe Sekundärelektronenemissionsausbeute verleiht.

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Claims

Patentansprüche

1.) Sekundärelektronenvervielfacher, bei welchem ein Ladungsstrom durch Führen desselben auf und durch Sekundärelektronenemission von Flächen aufeinanderfolgender Dynoden einer Dynodengruppierung verstärkt wird, mit zwei im wesentliehen parallelen Reihen der Dynoden, wobei die Dynoden jeder Reihe nebeneinander angeordnet sind, die aufeinanderfolgenden Dynoden Dynoden sind, die in ihrer Lage zwischen den zwei Reihen abwechseln, und aufeinanderfolgend angrenzende der Dynoden in jeder Reihe den Ladungsstrom·· erhalten; wobei die Dynoden so geformt sind, daß an die Dynoden angelegte elektrische Potentiale ein elektrisches Feld zwischen den zwei Reihen derart erzeugen, daß dieauf einer Fläche erzeugten Sekundärelektronen im wesentlichen auf die Fläche der nächstfolgenden Dynode gerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen (20) der Dynoden (16) in der einen Reihe (12)

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im wesentlichen zylindrisch mit einer gemeinsamen Achse (28) sind, daß die Dynoden der einen Reihe längs der Achse im Abstand voneinander liegen, daß die Flächen (30) der Dynoden (26) der anderen Reihe (14) auch im wesentlichen zylindrisch sind und koaxial mit den Flächen der Dynoden der ersten Reihe liegen und einen größeren Durchmesser haben als die Flächen der Dynoden der ersten Reihe, daß die Dynoden der anderen Reihe der Länge nach im Abstand voneinander liegen, daß die Flächen der Dynoden der einen Reihe der Achse abgekehrt sind und daß die Flächen der Dynoden der anderen Reihe entgegengesetzt zu den Flächen der Dynoden der einen Reihe der Achse zugekehrt sind.

2. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (20, 30) jeder Dynode (16, 26) im Axialschnitt gerade ist, daß an deren in axialer Richtung gegenüberliegenden Rändern ein erster Flansch (24, 34) und ein zweiter Flansch (22, 32) vorgesehen sind, daß sich der erste Flansch im wesentlichen senkrecht zu der Fläche von einem der Ränder weg erstreckt und daß der zweite Flansch einen ersten Abschnitt (22a, 32a), der sich im wesentlichen senkrecht zu der Fläche vom anderen der Ränder in der gleichen Richtung wie der erste Flansch weg erstreckt, und einen zweiten Abschnitt (22b, 32b), der sich von einem äußeren Längsrand des ersten Abschnitts parallel zu der Fläche und in einer Richtung weg vom ersten Flansch erstreckt, aufweist.

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3. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (22b, 32b) des zweiten Flansches (22, 32) weiter weg von der Fläche (20, 30) als der freie Rand des ersten Flansches (24, 34) liegt.

4. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 3, · dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Dynoden (16, 26) im wesentlichen folgende sind: Für r,- 4 a < 2r. a¹.= 0,3ä

h_± = 0,15r_± h'_± = 0,5b_± r_o = r_± + 1,2a b_o = 0,15r_o b'_o = 0,5b_o, wobei

a der Abstand zwischen den Flanschen einer Dynode ist, a'die Breite (gemessen in axialer Richtung des Vervielfachers) des zweiten Abschnitts des zweiten Flansches ' einer der Dynoden ist, · ... ■

b^ und b'_o die Höhen der ersten Flansche über die Flächen, der Dynoden der einen Reihe bzw. der anderen Reihe sind,

b. und b die Höhen der ersten Abschnitte der zweiten Flansche über die Flächen der Dynoden der einen Reihe bzw. der anderen Reihe sind, und

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r. und r die Radien der Flächen der Dynoden der xo

einen Reihe bzw. der anderen Reihe sind.

5. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dynode (16, 26) einen Körper aufweist, der die Flansche (22, 24, 32, 34) und einen zylindrischen Abschnitt, auf welchem ein empfindliches Oberflächenmaterial zur Bildung der Fläche (20, 30) der Dynode aufgebracht ist, definiert.

6. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (20, 30) durch Abscheidung auf dem Abschnitt gebildet ist.

7. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (20, 30) jeder Dynode (16, 26) durch einen abnehmbaren biegsamen Streifen (54,56) gebildet ist, der an einem Körper befestigt ist, der den ersten Flansch (24, 34) und den zweiten Flansch (22, 32) eines zylindrischen Elements definiert.

8. Dynodengruppierung für einen Sekundärelektronenvervielfacher, bei welchem ein Ladungsstrom durch Führen desselben auf und durch Sekundäremission von Elektronen von Flächen aufeinanderfolgender Dynoden einer Dynodengruppierung verstärkt wird, mit zwei im wesentlichen parallelen Reihen von Dynoden, wobei die Dynoden jeder Reihe nebeneinander ange-

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ordnet sind, die aufeinanderfolgenden Dynoden abwechselnd in einer der beiden Reihen liegen und nachfolgend angrenzende der Dynoden in jeder Reihe den Ladungsstrom erhalten; wobei die Dynoden so geformt sind, daß an die Dynoden angelegte elektrische Potentiale ein solches elektrisches Feld zwischen den zwei Reihen erzeugen, daß die auf einer Fläche erzeugten Sekundärelektronen im wesentlichen auf die Fläche der nächst nachfolgenden Dynode gerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Dynoden (16, 26) in jeder der beiden Reihen (12, 14} vorhanden sind, daß die Dynoden (16) einer Reihe (12) mit ihren Flächen (20) den Flächen (30) von Dynoden (26) der anderen Reihe (14) zugekehrt sind, daß die Fläche jeder Dynode in jeder Reihe, wobei die Fläche angrenzend an einen Rand einer Fläche einer angrenzend nachfolgenden Dynode liegt, durch einen ersten Flansch (24, 34), der sich senkrecht zur Fläche und zur anderen Reihe erstreckt, begrenzt ist und daß die Fläche der jeweils nachfolgenden Dynode in einer Reihe an einem an den ersten Flansch der jeweils vorangehenden Dynode in dieser Reihe angrenzenden Rand durch einen zweiten Flansch (22, 32) mit einem ersten Abschnitt (22a, 32a), der sich senkrecht zur Fläche zur anderen Reihe und parallel zum, aber im Abstand vom ersten Flansch der jeweils vorangehenden Dynode erstreckt, und mit einem zweiten Abschnitt (22b, 32b), der sich nach außen von einem längsliegenden freien Rand des ersten Abschnitts , wobei der freie Rand der anderen Reihe am nächsten und parallel zur Fläche seiner Dynoden liegt,

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über und im Abstand vom freien Rand des ersten Flansches der jeweils vorangehenden Dynode erstxeckt, begrenzt ist, daß die Flächen der Dynoden in der einen Reihe im wesentlichen zylindrisch mit gemeinsamer Achse sind, daß die Flächen der Dynoden der anderen Reihe ebenfalls im wesentlichen zylindrisch koaxial mit der gemeinsamen Achse sind und daß die Flächen der Dynoden der anderen Reihe einen größeren Durchmesser haben als die Dynoden der einen Reihe.

9. Dynodengruppierung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (22b, 32b) jedes zweiten Flansches (22, 32) sich so erstreckt, daß der im Abstand über einem Randteil der Fläche (20, 30) der jeweils vorangehenden Dynode (16, 26) liegt, wobei der Randteil an den ersten Flansch (24, 34) der jeweils vorangehenden Dynode angrenzt und sich längs dieses Flansches erstreckt.

10. Dynodengruppierung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlapp des zweiten Abschnitts (22b, 32b) mit der Fläche (20, 30) der jeweils vorangehenden Dynode (16, 26) ungefähr 25 % der Breite des zweiten Abschnitts beträgt.

11. Dynodengruppierung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich der zweite Abschnitt (22b, 32b) jedes zweiten Flansches (22, 32) nur zu einer Stelle erstreckt, die im wesentlichen direkt oberhalb des ersten Flansches (24, 34) der jeweils vorangehenden Dynode liegt.

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12. Dynodengruppierung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynoden (16, 26) jeder Reihe (12, 14) mit konstantem Folgeabstand in Abstand voneinander liegen, daß aber Dynoden der einen Reihe in Richtung ihrer Erstreckung bezüglich Dynoden der anderen Reihe um einen halben Folgeabstand versetzt sind.

13. Dynodengruppierung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppierung zusätzliche Ablenkflächen (40, 46) am Eingangs- und Ausgangsende der Gruppierung zum Leiten des Stromes in die und aus der Gruppierung aufweist.

14. Dynodengruppierung nach Anspruch 13 oder 14_r dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (22b, 32b) jedes zweiten Flansches (22, 32) weiter weg von der Fläche (20, 30) liegt als der freie Rand des ersten Flansches (24, 34).

15. Dynodengruppierung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen im wesentlichen folgende sind:

für r_± 4 a 4 2r_i

a¹ = 0,3a
b_± - 0,1.5r_±

b^ = 0,Sb₁

r_o -Γ_± + 1,2a
b_o =0,15r_o
b'_o = 0,5b_o,
wobei

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a der Abstand zwischen Flanschen einer Dynode ist, a¹ die Breite (gemessen in Axialrichtung des Vervielfachers) des zweiten Abschnitts des zweiten Flansches einer Dynode ist, b¹. und b¹ die der ersten Flansche über die Flächen ι ο

von Dynoden der einen Reihe bzw. der anderen Reihe sind,

b. und b die der ersten Abschnitte der zweiten Flansche χ ο

über die Flächen von Dynoden der einen Reihe bzw. der anderen Reihe sind, und

r. und r die Radien der Flächen von Dynoden der einen Reihe bzw. der anderen Reihe sind.

16. Dynodengruppierung nach Ansprueh 14 oder- 15·, dadarcfr gekennzeichnet, daß die Flächen (20) der Dynoden (16) der einen Reihe abnehmbare Sekundäremissionsflächen auf einem Aufbau sind, der den Rest dieser Dynoden definiert.

17. Dynodengruppierung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau einer Reihe von zylindrischen Elementen (52) umfaßt, denen jedes die Flansche (22, 24) einer einzelnen Dynode (16) dieser Reihe (12) an seinen gegenüberliegenden Enden definiert, und daß die Sekundäremissionsflächen (54) sich jeweils um den gekrümmten Rand des zylindrischen Elementes zwischen den Flansches dieses Elements erstrecken.

18. Dynodengruppierung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen (30) der Dynoden (26) der anderen Reihe

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(14) abnehmbare Sekundäremissionsflächen auf einem Trägeraufbau sind, der den Rest der Dynoden definiert.

19. Dynodengruppierung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau einer Reihe von ringförmigen Elementen (50) umfaßt, daß jedes ringförmige Element die Flansche (32, 34) der jeweiligen Dynode (26) der anderen Reihe (14) an seinen gegenüberliegenden Rändern trägt, und daß die Sekundäremissionsflächen der anderen Reihe jeweils auf den Innenflächen der ringförmigen Elemente zwischen deren Flanschen vorgesehen sind.

20. Dynodengruppierung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundäremissionflächen auf Sekundäremissiönsalementen (56) ausgebildet sind, die abnehmbar an den Innenflächen der ringförmigen Elemente (50) und den gekrümmten Rändern der ringförmigen Elemente befestigt sind.

21 . Dynodengruppierung nach Anspruch 17 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundäremissionsflächen als entfernbare Abscheidungen auf den zylindrischen und ringförmigen Elementen (50) ausgebildet sind.

22. Dynodengruppierung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Elemente (52) der einen Reihe (12) aus leitfähigem Material gebildet und mechanisch aneinander befestigt, aber elektrisch voneinander isolier.t sind.

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23. Dynodengruppierung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Elemente (50) der anderen Reihe (14) aus leitfähigem Material gebildet und mechanisch aneinander befestigt, aber elektrisch voneinander isoliert sind.

24. Sekundärelektronenvervielfacher mit einer Dynodengruppierung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die von den ersten Abschnitten (22a, 32a) abragenden zweiten Abschnitte (22b, 32b) der zweiten Flansche (22, 32) zum Eingangsende des Sekundärelektronenvervielfachers gerichtet sind, und daß eine Einrichtung zum Anlegen elektrischer Potentiale zwischen aufeinanderfolgenden Paaren von Dynoden zur Erzeugung des elektrischen Feldes vorgesehen ist.

25. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gittereinrichting (41) zum Beschleunigen der geladenen Teilchen auf die erste Dynode vorgesehen ist, wodurch der Sekundärelektronenvervielfacher zum Nachweis des Ausgangsstromes eines Massenspektrometers verwendet werden kann.

26. Dynode für einen Sekundärelektronenvervielfacher, dadurch

gekennzeichnet, daß ihre Sekundäremissionsfläche von dem den

Rest der Dynode (16, 26) definierenden Trägerelement entfernbar ist.

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Λ*

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27. Dynode nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundäremission fläche als ein entfernbarer Niederschlag auf dem Trägerelement ausgebildet ist.

28. Dynode nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundäremissionsfläche auf einem Element vorgesehen ist, das im Trägerelement lösbar gehalten ist.

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