DE564452C - Insbesondere zur Messung therapeutisch wirksamer Strahlen dienende, nur ultraviolettempfindliche Photozelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Photozellen und betrifft insbesondere eine nur für Ultraviolett empfindliche Zelle, die insbesondere zur Messung therapeutisch wirksamer Strahlen dient.

Im allgemeinen unterscheidet man zwei Arten von photoelektrischer Aktivität, die normale und die selektive. Für Stoffe, die nur eine normale photoelektrische Wirkung zeigen, steigt die photoelektrische Aktivität dauernd, wenn die Wellenlänge abnimmt; dagegen erreicht die photoelektrische Aktivität bei Stoffen, die eine selektive photoelektrische Wirkung zeigen, einen Höchstwert für eine besondere Wellenlänge, die mit kritischer Wellenlänge bezeichnet werden kann. Auf jeden Fall ist für ein spezifisches Metall eine gewisse geringste Frequenz oder größte Wellenlänge notwendig, um überhaupt eine Elektronenfreigabe hervorzubringen. Wenn die Wellenlänge abnimmt, steigt die Emission für Metalle, die" eine selektive Aktivität zeigen, bis die kritische Wellenlänge erreicht ist, oder nimmt für Metalle, die normale Aktivität zeigen, dauernd zu.

Bis jetzt sind für die lichtempfindlichen Kathoden der Photozellen gewöhnlich Alkalimetalle, wie z. B. Cäsium, Rubidium, Kalium und Natrium, verwendet worden. Diese Metalle zeigen eine selektive photoelektrische Wirkung, die für eine besondere Wellenlänge im sichtbaren Bereich des Spektrums einen Höchstwert aufweist. Selektive Empfindlichkeit im roten Bereich des Spektrums kann dadurch erzielt werden, daß die höheren Oxyde des Cäsiums verwendet werden, jedoch sind für den ultravioletten Bereich keine Stoffe mit gleichen selektiven Empfindlichkeitswerten wie die der Alkalimetalle oder höheren Cäsiumoxyde in deren entsprechenden Empfindlichkeitsbereichen gefunden worden. Auch Cadmium wurde für Photozellen verwendet, die nur auf ultraviolette Strahlen ansprechen. Jedoch ist die mit diesem Stoff erzielte photoelektrische Wirkung so schwach. daß sie nur mit einem empfindlichen Elektrometer oder Elektroskop nachgewiesen werden kann.

Die bis jetzt für Photozellen verwendeten und eine normale photoelektrische Wirkung zeigenden Stoffe sind sowohl für sichtbares als auch für ultraviolettes Licht empfindlich und daher nicht für die Messung des ultravioletten und des in der Nähe des Ultraviolett liegenden Lichts mit Ausnahme des sichtbaren Lichts von längeren Wellenlängen geeignet.

Zweck der Erfindung ist, eine Photozelle zu schaffen, die nur für ultraviolettes Licht mit Wellenlängen unter etwa 4500 Ä empfindlich ist, dabei aber kräftige photoelek-

trische Ströme liefert, und zu diesem Zweck besteht gemäß der Erfindung die Kathode der Photozelle aus photoelektrisch sensibilisiertem Cerium.

Die Erfindung beruht darauf, daß das Metall Cerium, wenn es völlig gereinigt und nach einer bestimmten Vorschrift behandelt ist, eine normale photoelektrische Wirkung hervorbringt, die im blauen Bereich des Spektrums beginnt und sich in den ultravioletten Bereich erstreckt, so daß der Stoff im wesentlichen für Licht im sichtbaren Bereich unempfindlich ist. Wenn derart behandeltes Cerium für die Kathode einer Photozelle verwendet wird, wird eine außerordentlich große Empfindlichkeit ausschließlich im Bereich des Spektrums erzielt, der unterhalb etwa 4500 Ä liegt.

Das Cerium wird auf der Wand der Hülle in der Umgebung des Kathodenzuführungsdrahtes niedergeschlagen, und zwar vorzugsweise nach dem vollständigen Auspumpen der Zelle. Die Hülle kann gegebenenfalls in der Umgebung des Zuführungsdrahtes für die Kathode vorher mit einer dünnen Schicht eines Edelmetalls, z. B. Gold, überzogen werden, bevor die Verdampfung des Ceriums vorgenommen wird, um eine bessere elektrische Verbindung mit dem Zuführungsdraht zu erzielen.

Wenn es erwünscht ist, ein breites Band des Spektrums von etwa 4500 Ä abwärts zu messen, dann kann die Hülle der Zelle wenigstens teilweise aus einem Stoff, wie Quarz, bestehen. In diesem Falle steigt die Empfindlichkeit der Ceriumzelle mit abnehmender Wellenlänge im Gegensatz zu den Alkalimetallzellen immer mehr an, d. h. die Empfindlichkeitskurve weist kein Maximum auf. Wenn es sich darum handelt, die Messung auf das Licht im blauen und violetten Bereich des Spektrums zu beschränken, dann kann die Hülle aus Glas, ζ. Β. gewöhnlichem Kalkglas, bestehen, das für ultraviolettes Licht undurchlässig ist.

Für den Fall, daß die Zelle als Dosimeter für die Zwecke der Erythembehandlung benutzt werden soll, kann die Hülle aus einem Stoft bestehen, der für Strahlen unter etwa 2000 Ä undurchlässig ist und dessen Durchlässigkeit mit wachsender Wellenlänge immer mehr zunimmt. Auf diese Weise wird eine Zelle erhalten, deren Empfindlichkeitskurve von etwa 3100 bis 2700 Ä reicht und bei etwa 2900 Ä ein Maximum aufweist.

Ein weiterer Vorteil, der durch die Verwendung von Cerium für die Kathode der Zelle erzielt wird, besteht gegenüber den Alkalimetallzellen darin, daß die Alkalimetalle bei den Arbeitstemperaturen einen niedrigen Verflüchtigungsdruck besitzen, so daß infolge der Verdampfung des Alkalimetalls die Kathode auf ihrer aktiven Oberfläche wirksam verändert werden kann. Dagegen liegt der Verfiüchtigungspunkt des gemäß der Erfindung verwendeten Ceriums genügend hoch, so daß die Zerstäubungswirkung unberücksichtigt bleiben kann.

Das Cerium wird vorzugsweise auf einen metallischen Trägerteil innerhalb der Hülle aufgebracht, der durch hochfrequente Induktionsströme zum Zweck der Verdampfung des Ceriums erhitzt werden kann. Dieser Metallträgerteil ist so ausgeführt, daß er, nachdem die Bildung der aktiven Kathode vorgenommen worden ist, nach einem Teil der Hülle bewegt werden kann, wo er das Arbeiten der Vorrichtung nicht beeinträchtigt.

Der Träger für das Cerium kann gegebenenfalls so ausgeführt sein, daß er das verdampfte Metall auf einen beschränkten Teil der Hülle richtet und so deren übrige Teile vor der Überzugsbildung abschirmt.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise erläutert.

Fig. ι ist ein Aufriß (teilweise im Schnitt) einer Photozelle nach der Erfindung.

Fig. 2 ist ein um 90⁰ gedrehter Aufriß (teilweise im Schnitt) der in Fig. 1 dargestellten Photozelle.

Fig. 3 ist eine schaubildliche Darstellung

des Trägers für den lichtempfindlichen Stoff.

Fig. 4 ist eine schaubildliche Darstellung

einer abgeänderten Ausführung des Trägers für das Mischmetall.

Fig. 5 ist im Schnitt eine Draufsicht der in Fig. 4 gezeigten Trägerausführung mit einer den Träger umgebenden Hülle.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Photozelle enthält eine Hülle 10 mit einer in ihr befindlichen Kathode 11 und einer Anode 12. Die Anode besteht aus einem Metallrahmen, der sich aus zwei parallelen Ständern 13 und 14 und einem versteifenden Querteil 15 zusammensetzt. Die Ständerteile 13 und 14 sind in der Ouetschstelle 16 der Röhre eingeschmolzen. Die Kathode 11 besteht aus einem dünnen Überzug aus Cerium, das auf der Wand der Hülle niedergeschlagen und mittels eines in der Seitenwand der Hülle eingeschmolzenen Drahts 18 mit einer äußeren Klemme 17 verbunden ist. Auf dem Rahmenestell 12 ist ein beweglicher Träger angeordnet, der das Cerium trägt, bevor es auf die Hülle aufgebracht wird. Dieser Träger kann verschiedene Formen annehmen; er sollte jedoch von einer solchen Form sein, daß er leicht durch außerhalb der Hülle erzeugte hochfrequente Induktionsströme, erhitzt werden kann, wie dies z. B. in den Fig. i, 2 und 3 dargestellt ist. In diesen Figuren besteht der Träger aus einem hohlen

riattenteil ig, der derart um das Rahmengestell \2 herum angeordnet ist, daß er leicht von dessen einem Ende nach dem anderen Ende gleiten kann. Auf der einen Stirnseite des Teils 19 ist ein Streifen Cerium 20 aufgebracht, der mittels eines an den Träger geschweißten Bügels 21 an ihm befestigt ist. Bei der Herstellung der Röhre wird die Kathodenzuführung 18 und ebenso der Anodenträger in der Hüllenwand eingeschmolzen. Die Röhre wird dann ausgetrocknet und ausgepumpt und der Trägerteil 19 in die in Fig. 1 durch ausgezogene Linien dargestellte Lage bewegt und durch eine um die Hülle gelegte Hochfrequenzinduktionsspule erhitzt. Diese Erhitzung wird so lange fortgesetzt, bis eine merkliche Schicht des Ceriums von dem Träger auf die Wand der Hülle niedergeschlagen worden ist.

Gegebenenfalls kann die Hülle, bevor der Träger in die Hülle eingeschmolzen wird, in der Umgebung des Einführungsdrahtes 18 mit einem Edelmetall, wie z. B. Gold, überzogen werden, um eine gute elektrische Veras bindung zwischen dem nachher niederzuschlagenden Cerium und dem Einführungsdraht 18 herzustellen. Dieser Goldüberzug kann durch Aufstreichen von flüssiger Goldlösung aufgebracht, für wenige Minuten bei etwa 150⁰C getrocknet und dann für 10 bis 15 Minuten bei einer Temperatur von etwa 500° C erhitzt werden. Während des Erhitzens sollte ein Luftstrom durch die Röhre aufrechterhalten werden, um den \·οη dem Überzug angegebenen, verdampften Stoff wegzuführen. Es ist ersichtlich, daß auch andere Verfahren zur Bildung des Goldniederschlags angewendet werden können.

Nachdem die Kathode gebildet worden ist, wird der Träger 19 in die in Fig. 2 durch ausgezogene Linien dargestellte Lage bewegt und die Röhre \-erschlossen.

Die Hülle 10 muß aus einem Glas bestehen, das für Licht in dem zu messenden Bereich durchlässig ist, und um die Absorption des Ultraviolett in dem Glas zu vermindern, kann in der Hülle gegenüber der Kathode 11 ein dünnes Fenster 22 gebildet sein. Das Fenster 22 wird dadurch hergestellt, daß ein Teil der Hülle erhitzt und nach innen ausgezogen wird, um einen einspringenden, blasenförmigen Teil mit einer dünnen Wölbung zu bilden. Ein solches Fenster erhöht die Stromleistung der Zelle ganz beträchtlich, insbesondere im kurzwelligen Spektrumsbereich.

Die Gesamterhöhung des photoelektrischen Stroms der Zelle wird, wenn die Zelle auf eine starke ultraviolette Lichtquelle, wie z. B.

einen Ouecksilberlichtbogen, gerichtet wird, mehrmals größer, als wenn ein solches Fenster nicht verwendet wird.

In den Fig. 4 und 5 ist der Trägerteil für das Cerium als ein Zylinder 23 dargestellt, dessen eine Seite 24 konkav ist und in der das Cerium 20 befestigt ist. Mit Hilfe dieses Aufbaus ward das Cerium beim Verdampfen auf einen beschränkten Bezirk der Hüllenwand gerichtet. Dadurch wird eine größere Gleichmäßigkeit der ganzen Kathodenfläche erzielt.

In der Zelle kann gegebenenfalls eine Füllung eines Edelgases, wie ζ. Β Argon, Neon oder Helium, unter einem geeigneten Druck angewendet werden.

Eine gemäß der Erfindung hergestellte Photozelle ist für Licht im sichtbaren Bereich des Spektrums praktisch unempfindlich. Die photoelektrische Wirkung beginnt im blauen Bereich und erstreckt sich in den ultravioletten Bereich des Spektrums.

Es ist zu verstehen, daß mannigfache Abänderungen in der Zellenausführung innerhalb des Rahmens der Erfindung vorgenommen werden können.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Insbesondere zur Messung therapeutisch wirksamer Strahlen dienende, nur ultraviolettempfindliche Photozelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus photoelektrisch sensibilisiertem Cerium besteht.

2. Photozelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Hülle, die wenigstens teilweise einen Durchlässigkeitsgrad besitzt, der zwischen etwa 2400 und 3700 ä mit wachsender Wellenlänge zunimmt, und die für Strahlen unter etwa 2000 Ä im wesentlichen undurchlässig ist.

3. Photozelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ceriumkathode auf eine vorher an der Hüllen- ' wand angebrachte Unterlage aus einem Edelmetall, wie z.B.Gold, aufgebracht ist.

4. Photozelle nach einem der An-Sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ceriumkathode von Oxyden und anderen Oberflächenverunreinigungen befreit ist.

5. Photozelle nach einem der An- no Sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle mit einem vorzugsweise blasenförmigen, verhältnismäßig dünnen Fenster versehen ist, um die durch die Hülle hindurchgehende Strahlenmenge zu vergrößern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen