Reihenvervielfacher Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektronenvervielfacher,
d. h. auf eine elektrische Entladungsvorrichtung, bei der mit Hilfe von Sekundäremission
eine Elektronenvervielfachung erreicht wird. Die Elektronen eines primären Strahles
werden vervielfacht, indem man sie auf eine sekundäremittierende Elektrode aufprallen
läßt, die mehr Sekundärelektronen aussendet als Elektronen aufgeprallt sind. Wie
allgemein bekannt, kann man die Elektronenvervielfachung in fast beliebig vielen
Stufen fortsetzen, so daß eine außerordentlich große Verstärkung des ursprünglichen
Elektronenstrahles möglich ist.Series multiplier The invention relates to an electron multiplier,
d. H. to an electrical discharge device in which with the help of secondary emission
an electron multiplication is achieved. The electrons of a primary beam
are multiplied by hitting them on a secondary emitting electrode
leaves, which emits more secondary electrons than electrons are impacted. As
Generally known, one can multiply the electrons in almost any number
Stages continue, so that an extraordinarily large reinforcement of the original
Electron beam is possible.
Die Erfindung betrifft Verbesserungen an einem solchen Elektronenvervielfacher
und sucht mit einer Mindestzahl von äußeren Zuführungen auszukommen und die erforderlichen
Betriebsspannungen verhältnismäßig niedrig zu halten. Als Elektronenvervielfacher
sind elektrische Entladungsvorrichtungen bekannt, bei denen eine Reihe von sekundäremittierenden
Elektroden in einer Ebene oder praktisch in einer Ebene und eine Reihe von elektrostatischen
Feldelektroden ebenfalls in oder angenähert in einer anderen parallelen Ebene angeordnet
sind. An dem einen Ende der Reihe der sekundäremittierenden Elektroden befindet
sich in der gleichen Ebene eine Primärkathode, während in der Nähe des anderen Endes
in dem Raum zwischen den beiden Ebenen eine Ausgangselektrode angeordnet ist. Gegenüber
der Primärkathode befindet sich eine Feldelektrode, während jede weitere Feldelektrode
gegenüber einer der sekundäremittierenden Elektroden angeordnet
ist.
Den sekundäremittierenden und den Feldelektroden werden fortschreitend anwachsende
hohe Gleichspannungen zugeführt. Außerdem wird der Raum zwischen den beiden Ebenen
von einem Magnetfeld erfüllt. Die ganze Anordnung ist so getroffen, dj die Elektronen
der Primärkathode gekrümmte Bahnen beschreiben und die erste sekundäremittierende
Elektrode treffen. Die Sekundärelektronen; die auf dieser Elektrode entstehen, beschreiben
ebenfalls gekrümmte Bahnen und treffen auf die nächste sekundäremittierende Elektrode
auf usw., bis die Ausgangselektrode erreicht ist. Diese bekannte Einrichtung hat
zwei Nachteile: i. erfordert die Entladungsvorrichtung im Betrieb sehr hehe Gleichspannungen,
insbesondere wenn sie eine große Anzahl von Stufen besitzt; 2. ist durchweg eine
große Anzahl von Zuführungen durch die Gefäßwand erforderlich.The invention relates to improvements in such an electron multiplier
and seeks to make do with a minimum number of external feedings and the necessary ones
Keeping operating voltages relatively low. As an electron multiplier
electrical discharge devices are known in which a number of secondary emitting
Electrodes in one plane or practically in one plane and a number of electrostatic
Field electrodes also arranged in or approximately in another parallel plane
are. Located at one end of the row of secondary emitting electrodes
there is a primary cathode in the same plane while near the other end
an output electrode is arranged in the space between the two planes. Opposite to
the primary cathode is a field electrode, while each additional field electrode
arranged opposite one of the secondary emitting electrodes
is.
The secondary emitting and the field electrodes are progressively increasing
high DC voltages supplied. It also increases the space between the two levels
filled with a magnetic field. The whole arrangement is made so that the electrons
the primary cathode describe curved paths and the first secondary emitting
Hit the electrode. The secondary electrons; that arise on this electrode
also curved paths and meet the next secondary emitting electrode
on, etc., until the output electrode is reached. This well known facility has
two disadvantages: i. the discharge device requires very high DC voltages during operation,
especially if it has a large number of stages; 2. is consistently one
large number of feeds through the vessel wall required.
Die Erfindung sucht diese Nachteile zu beseitigen. Das wird dadurch
erreicht, daß erfindungsgemäß die Gleichspannungsfelder in der oben beschriebenenEntladungsvorrichtung
durch ein hochfrequentes Wechselfeld ersetzt werden. Die jeweils übernächsten sekundäremittierenden
Elektroden besitzen dabei die eine der in jedem Augenblick bestehenden Polarität,
während die übrigen sekundäremittierenden Elektroden die andere Momentanpolarität
besitzen. Die Momentanpolarität einer jeden Feldelektrode ist dieselbe wie die der
sekundäremittierenden Elektrode, welche der unmittelbar folgenden Feldelektrode
gegenüberliegt. Vorzugsweise sind die jeweils übernächsten sekundäremittierenden
Elektroden innerhalb des Gefäßes miteinander verbunden und besitzen eine gemeinsameDurchführung;
die restlichen sekundäremittierenden Elektroden sind ebenfalls innerhalb des Gefäßes
miteinander verbünden und besitzen eine zweite äußere Durchführung. Außerdem ist
jede Feldelektrode innerhalb des Gefäßes mit der sekundäremittierenden Elektrode
verbunden, die betriebsmäßig das gleiche Momentanpotential besitzt. Bei einer derartigen
Anordnung und bei Verwendung einer photoelektrischen Primärkathode an Stelle einer
glühelektrischen sind nur drei äußere Durchführungen notwendig. Die eine ist mit
der Ausgangselektrode verbunden, die anderen beiden sind diejenigen, an welche die
hochfrequente Wechselspannung gelegt wird.The invention seeks to overcome these disadvantages. That will be the result
achieves that, according to the invention, the DC voltage fields in the discharge device described above
be replaced by a high-frequency alternating field. The next but one secondary emitting
Electrodes have one of the polarities that exist at any given moment,
while the remaining secondary emitting electrodes have the other instantaneous polarity
own. The instantaneous polarity of each field electrode is the same as that of the
secondary emitting electrode, which is the immediately following field electrode
opposite. The next but one are preferably secondary emitters
Electrodes interconnected within the vessel and have a common leadthrough;
the remaining secondary emitting electrodes are also inside the vessel
allied with each other and have a second outer leadthrough. Also is
each field electrode within the vessel with the secondary emitting electrode
connected, which operationally has the same instantaneous potential. With such a
Arrangement and when using a photoelectric primary cathode instead of one
glow-electric only three outer bushings are necessary. One is with
connected to the output electrode, the other two are those to which the
high-frequency alternating voltage is applied.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
wiedergegeben. In der Zeichnung bedeutet E ein evakuiertes, zylindrisches oder sonstwie
geeignet geformtes Gefäß mit einer Primärkathode F1, einer Anzahl (dargestellt sind
6) vorn. sekund;ärremittierendenElektrodenP2,.. .P7
irgendeiner an sich bekannten
Art, beispielsweise mit Zäsium überzogene Elektroden, mit einer Anzahl von Feldelektroden
F; . . . P7 und mit einer Ausgangsanode A. Die sekundäremittierenden Elektroden
sind Kante an Kante nebeneinander in derselben Ebene wie die Primärkathode angeordnet.
Die Primärkathode kann auch eine Glühkathode sein; vorzugsweise wird aber eine photoelektrische
verwendet. Die Kathode P1 befindet sich an dem einen Ende der von den sekundäremittierenden
Elektroden P2 . .. P7 gebildeten Reihe. Die Feldelektroden, in dem dargestellten
Beispiel sind 7 Elektroden, Pi . . , P,*, aufgeführt, sind Kante an Kante nebeneinander
in einer zurEbene derPrimärkathode parallel laufenden Ebene angeordnet. Die eine
der Feldelektroden Pl' befindet sich gegenüber der Primärkathode P1 und jede weitere
Feldelektrode gegenüber einer der sekündäremittierenden Elektroden: Die Ausgangselektrode
besitzt die Form einer Platte, deren Ebene senkrecht zu den beiden obengenannten
Ebenen verläuft; sie ist an dem von der Kathode entfernt liegenden Ende des Elektrodensystems
angeordnet und kehrt ihre Fläche dem Raum zwischen den .beiden Ebenen, in denen
die Feldelektroden und die sekundäremittierenden Elektroden liegen, zu. Aus Gründen
der Bequemlichkeit sei die der Primärkathode P, gegenüberliegendeFeldelektrodePi
dieerste, dienächste FeldelektrodeP2 die zweite, denächsteFeldelektrode P3 die dritte
Feldelektrode usw. genannt, während die der zweiten Feldelektrode P2 gegenüberliegende
sekundäremittierende Elektrode die erste Sekundärelektrode, die nächste P3 die zweite
Sekundärelektrode usw. genannt sei. Die erste Feldelektrode P1 ist innerhalb des
Gefäßes mit der ersten Sekundärelektrode P2 verbunden. Die zweite Feldelektrode
P2 ist mit der zweiten Sekundärelektrode P3 verbunden; die dritte Feldelektroide
P3 mit der dritten Sekundärelektrode P4 usw. Die Primärkathode P" die zweite, die
vierte und die sechste Sekundärelektrode (P3, P5 und P,) sind innerhalb des Gefäßes
miteinander verbunden und besitzen eine gemeinsame äußere Zuführung L,. Die übrigen
Sekundärelektroden (P2, P4 und P,) und die siebente Feldelektrode P7 sind gleichfalls
innerhalb des Gefäßes miteinander und mit der zweiten äußeren Zuführung L2 verbunden.
Die dritte äußere Durchführung L3 ist mit der Anode A verbunden. Betriebsmäßig wird
von irgendeiner geeigneten Quelle (nicht dargestellt) den Klemmen S zwischen den
Leitungen L1, L2 eine Hochfrequenzspannung von beispielsweise 5o bis ioo MHz zugeführt.
Die Leitung L2 kann dabei geerdet sein. Der negative Pol einer Gleichspannungsquelle
HT ist mit Erde, der positive Pol der Batterie über eine Ausgangsimpedanz 0R mit
der
Ausgangselektrode A verbunden. Ein vorzugsweise regelbares Magnetfeld, das mit irgendeiner
geeigneten (nicht dargestellten) Vorrichtung erzeugt wird, wird wie bei den bekannten
Anordnungen vorgesehen.An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing. In the drawing, E denotes an evacuated, cylindrical or otherwise suitably shaped vessel with a primary cathode F1, a number (6 are shown) in front. secondary; thermal emitting electrodes P2, ... P 7 of any type known per se, for example electrodes coated with cesium, with a number of field electrodes F; . . . P7 and with an output anode A. The secondary emitting electrodes are arranged edge-to-edge next to one another in the same plane as the primary cathode. The primary cathode can also be a hot cathode; however, a photoelectric is preferably used. The cathode P1 is located at one end of the electrodes P2 emitting from the secondary. .. P7 formed series. The field electrodes, in the example shown, are 7 electrodes, Pi. . , P, *, are arranged edge to edge next to one another in a plane running parallel to the plane of the primary cathode. One of the field electrodes Pl 'is located opposite the primary cathode P1 and each further field electrode opposite one of the secondary emitting electrodes: The output electrode has the shape of a plate, the plane of which is perpendicular to the two above-mentioned planes; it is arranged at the end of the electrode system remote from the cathode and faces the space between the two planes in which the field electrodes and the secondary emitting electrodes are located. For the sake of convenience, the field electrode Pi opposite the primary cathode Pi is called the first, the next field electrode P2 is called the second, the next field electrode P3 is called the third field electrode, etc., while the secondary emitting electrode opposite the second field electrode P2 is called the first secondary electrode, the next P3 is called the second secondary electrode, etc. . The first field electrode P1 is connected to the first secondary electrode P2 within the vessel. The second field electrode P2 is connected to the second secondary electrode P3; the third field electrode P3 with the third secondary electrode P4 etc. The primary cathode P ″, the second, fourth and sixth secondary electrodes (P3, P5 and P,) are connected to one another within the vessel and have a common external lead L,. The remaining secondary electrodes (P2, P4 and P,) and the seventh field electrode P7 are also connected to each other within the vessel and to the second external lead-in L2. The third external lead-through L3 is connected to the anode A. Operationally, any suitable source (not shown) A high-frequency voltage of 50 to 100 MHz, for example, is fed to the terminals S between the lines L1, L2. The line L2 can be grounded A preferably controllable magnetic field which, with any suitable provision (not shown) Attention is generated, is provided as in the known arrangements.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Wenn auf die Primärkathode
P1 Licht auffällt, werden Photoelektronen ausgesandt. Sobald die erste Feldelektrode
P1 und die erste Sekundärelektrode P2 positiv gegenüber der Primärkathode werden,
wandern die Photoelektronen auf mehr oder weniger kreisförmig gekrümmten Bahnen
auf die erste Sekundärelektrode P2 zu und erzeugen dort Sekundäremission. Die Frequenz
und die Amplitude der bei S zugeführten Hochfrequenz ist derart gewählt, daß im
Augenblick des Aufprallens dieser Elektronen auf die erste sekundäremittierende
Elektrode P2' die Momentanpolarität sich gerade umkehrt, so daß die zweite Feldelektrode
P,' und die zweite Sekundärelektrode P3 nun gegenüber der ersten Sekundärelektrode
P2 positiv werden. Die von der ersten SekundärelektrodeP2 ausgesandten Sekundärelektronen
bewegen sich infolgedessen in angenähert gleichen kreisförmigen Bahnen auf die zweite
Sekundärelektrode P3 zu. Dieser Vorgang wiederholt sich längs der Entladungsvorrichtung,
bis die Ausgangselektrode A erreicht ist. Der Elektronenstrom wird bei jedem Aufprall
vervielfacht. Die Elektronenbahnen sind durchpunktierte Kreise mit einem Pfeil angedeutet.
Aus ,dem Vorstehenden kann man entnehmen, daß keine besonders hohen Potentiale erforderlich
sind, denn das oszillierende elektrostatische Feld kann verhältnismäßig kleine Amplituden
besitzen. Ferner sieht man, daß die Zahl der äußeren Zuführungen auf nur drei vermindert
worden ist.The operation of the device is as follows: When on the primary cathode
P1 light strikes, photoelectrons are emitted. As soon as the first field electrode
P1 and the first secondary electrode P2 become positive with respect to the primary cathode,
the photoelectrons migrate on more or less circularly curved paths
towards the first secondary electrode P2 and generate secondary emission there. The frequency
and the amplitude of the high frequency supplied at S is chosen such that im
Moment of impact of these electrons on the first secondary emitting
Electrode P2 'the instantaneous polarity just reverses, so that the second field electrode
P, 'and the second secondary electrode P3 now opposite the first secondary electrode
P2 become positive. The secondary electrons emitted from the first secondary electrode P2
consequently move in approximately equal circular orbits to the second
Secondary electrode P3 closed. This process is repeated along the discharge device,
until the output electrode A is reached. The electron flow increases with each impact
multiplied. The electron paths are indicated by dotted circles with an arrow.
From the above it can be seen that no particularly high potentials are required
because the oscillating electrostatic field can have relatively small amplitudes
own. It can also be seen that the number of external feeds has been reduced to only three
has been.