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Elektrische Entladungsvorrichtung Zum Konzentrieren eines Kathodenstrahlenbündels
wird öfter :ein magnetisches Feld benutzt. Im Gegensatz zu den magnetischen Feldern,
die zur Ablenkung eines Kathodenstrahlenbündels dienen und die quer zu der Hauptrichtung
des Bündels gerichtet sind, wird das. magnetische Feld, dessen Kraftlinien in der
Hauptrichtung des Kathodenstrahlenbündels verlaufen, als Längsfeld benannt.
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Der die Kathodenstrahlen beeinflussende Teil des magnetischen Längsfeldes
braucht nicht geradlinig zu verlaufen; bei einer Entladungsvorrichtung, in der ein
von Elektronen geformtes Bild auf eine Bildfläche projiziert wird und die Elektronenbahnen
mittels eines magnetischen Längsfeldes ,gerichtet werden, kann die Achse der Bildfläche
einen Winkel mit der Achse des photoelektrischen Bilderzeugers einschließen. Die
Achse des magnetischen Feldes ist dabei entsprechend der gewünschten Biegung des
Strahlenbündels gekrümmt. Dies stört die konzentrierende Wirkung des Längsfeldes
nicht.
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Es wurde aber gefunden, daß das gekrümmte magnetische Längsfeld neben
der konzentrierenden Wirkuaig noch eine andere Wirkung .auf das Strahlenbündel ausübt.
Dieses wird nämlich in einer Richtung senkrecht zur Krümmungsfl,äche des magnetischen
Feldes abgelenkt, und zwar in der Richtung, zu der die Krümmung des magnetischen
Feldes den linke. Umlaufsinn hat, gleichviel, ob die Elektronen im Gleichlauf oder
im Gegenlauf mit dem magnetischen Feld sind.
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Von dieser Erscheinung macht die Erfindung Gebrauch, indem sie dieselbe
zur Elektronenvervielfachung benutzt. Erfindungsgemäß wird ein Kathodenstrahlenbündel
(Primärbündel) mittels eines gekrümmte magnetischen Längsfeldes in gebogener Bahn
auf eine sekundärelektronenemissionsfähige Auftreffrläche gebracht. Diese Fläche
sendet zufolge des Auftreffens des Primärbündels in vergrößertem Maße Sekundärelektronen
aus, die durch ein elektrisches Feld beschleunigt werden, so daß ein neues Kathodenstrahlenbündel
(Sekundärbündel) .erzeugt wird, das unter dem Einfluß - desselben magnetischen Feldes
gekrümmt und in derselben Richtung wie das Primärbündel senkrecht zur Krümmungsfläche
des magnetischen Feldes abgelenkt wird.
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Infolge der ablenkenden Wirkung des gekrümmten magnetischen Längsfeldes
weicht das Sekundärbündel dem Primärbündel .aus
und kann somit aufgefangen
werden. Dazu wird .eine Auffangfläche vorgesehen, die sich außerhalb des Primärbündels
erstreckt. Die,,
| neue Vorrichtung eignet sich sehr gut zur V W2 |
| stärkung von photoelektrisch ausgelös##zi'', "zi''," |
| Strömen. In diesem Falle wird das Primf' |
bündel von einer photoelektrischen Kathode ausgesandt. Wird auf diese Kathode ein
optisches Bild geworfen, so läßt sich auf einer fluoreszierenden Auffangfläche ein
sichtbares Bild erzeugen, das eine größere Helligkeit oder eine andere Farbe als
das ursprüngliche Bild hat und nicht mit diesem zusammenfällt.
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Es sind elektronenoptische Einrichtungen bekannt, bei denen ein Kathodenstrahlenbündel
durch ein quer zu den Elektronenbahnen gerichtetes Magnetfeld abgelenkt wird. Es
ist bereits vorgeschlagen worden, meinem Elektronenmikrosk op, das mit einem derartigen
magnetischen Querfeld arbeitet, ein das Objekt belichtendes Kathodenstrahlenbündel
und das. von dem Objekt emittierte abbildende Kathodenstrahlenbündel durch dasselbe
Magnetfeld auseinanderzubiegen, was möglich ist, weil die beiden Kathodenstrahlenbündel
entgegengesetzte Richtungen haben. Eine Verstärkung durch Sekundäremission erfolgt
bei der. bekannten Vorrichtung nicht. Das Querfeld, welches auch nur für das Ablenken
von schmalen Bündeln, um die ;es sich bei dem bekannten Elektronenmikroskop handelte,
eignet, erfaßt das Bündel nur an einer Stelle und trägt nicht zu der Fokussierung
des Bündels bei. Das gemäß der Erfindung verwendete gekrümmte magnetische Längsfeld
bewirkt sowohl die Ablenkung in zwei Ebenen wie auch die Fokussierung der Bündel.
Die Form der Entladungsröhre kann dabei ganz einfach bleiben, wie aus der nachfolgenden
Beschreibung vön Ausführungsbeispielen hervorgeht.
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Die erfindungsgemäß erhaltene Elektronenvervielfachung kann auch weiter
fortgesetzt werden. Es können",eine oder mehrere weitere Stufen vorhanden sein,
derart, daß die Auffangfläche auch sekundärelektronenemissionsfähig ist und zufolge
des Auftreffens des Sekundärbündels zu der Quelle eines tertiären Bündels wird.
Dieses kann von ,einem elektrischen Feld beschleunigt werden und entweder endgültig
aufgefangen werden oder an seiner Auffangfläche wieder Siekundärelektronen auslösen
usw.
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Die Zeichnung veranschaulicht schematisch zwei Ausführungsbeispiele
von Entladungsvorrichtungen nach der Erfindung.
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Fig. i stellt eine Vorrichtung mit einem Primärbündel und einem Sekundärbündel
dar. Fig. z ist' eine Draufsicht auf einen Teil dieser Vorrichtung. Fig.3 zeigt
beispielsweise.ein Gerät, bei dem die Verstärkung in mehreren Stufen .stattfindet,
und `":.°s@ig.4 ist ein Querschnitt hierzu gemäß
`,'.,Das Gerät nach Fig. i besitzt ein hochevakuiertes Glasgefäß 8, das aus einem
kugelförmigen Tei17 mit Ansätzen3 und 14 besteht. Im Ansatz 3, der von einem Quetschfuß
z abgeschlossen ist, befindet sich die Kathode 5 in Form eines Metallschirmes, der
mit einem leicht emittierenden Stoff bedeckt ist. Z. B. kann sich auf einer Silberoberfläche
ein Gemisch von Silberteilchen, Cäsiumoxydteilchen und Cäsium befinden, von der
eine dünne Cäsiumhaut adsorbiert ist. Ein Draht i dient für die Stromzufuhr zu der
Kathode. Vor der Kathode liegt lein Metallring 6, dem über einen Draht 1
6
(Fig. z) ein bestimmtes Potential aufgedrückt werden kann. Der Ring ist z. B. 5ooo
Volt positiv mit Bezug auf die Kathode.
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In dem Ansatz 1q. befindet sich eine Prallfläche i o, vor der :ein
Metallring 9 liegt. Durch Drähte 1z und 13, welche durch den Quetschfuß 15
geführt sind, wird den Teilen 9 und io ein bestimmtes Potential aufgedrückt. Z.
B. ist das Potential des Ringes 9 gleich dem Potential des Ringes 6 und das Potential
der Fläche io um 450o Volt niedriger als dieses.
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Der Ansatz 3 ist von einer Magnetspule 4, der Ansatz 14 von einer
Magnetspule i i umgeben. Beide Spulen werden von konstantem Gleichstrom gespeist
und sind so verbunden, daß die magnetischen Kraftlinien die Spule 4 von links nach
rechts durchlaufen und dann, sich nach oben biegend, die Spule i i von der Mitte
des Glasgefäßes nach dem Quetschfuß 15 hin durchlaufen.
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Werden von der Kathode 5 Elaktronen emittiert, z. B. zufolge einer
Bestrahlung mit Licht, so werden diese in dem elektrischen Felde zwischen der Platte
5 und dem Ring 6 beschleunigt und gelangen mit einer bestimmten, von der Höhe des
Spannungsunterschiedes zwischen dem Ring 6 -Lund der Platte 5 abhängenden Geschwindigkeit
in den kugelfÖrmigen Raum 7.
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Infolge der Kraftwirkung des gekrümmten magnetischen Feldes der Spulen
4 und i i wird das Kathodenstrahlenbündel (das im folgenden Primärbündel genannt
wird) abgelenkt, und zwar so, daß die Elektronen durch den Ring 9 hindurchtreten.
Sie werden in dem elektrischen Feld zwischen dem Ring 9 und der Platte i o verzögert
und treffen mit einer Geschwindigkeit, die. dem @ Spannungsunterschied zwischen
den Platten 5 und io entspricht (beim obergenannten Zahlenbeispiel also
500 Volt), auf die Platte io auf.
Da die Kathodenstrahlen.nicht
nur -eine Ablenkung in der Zeichenebene, sondern auch eine kleine Ablenkung senkrecht
hierzu erhalten, und zwar nach hinten, ist die Kathode 5 etwas vor der Symmetrieebene
der Röhre ,angeordnet, wie aus Fig.2 ersichtlich ist, während die Platte io asymmetrisch
liegt.
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Die Metallplatte io ist mit einem leicht Sekundärelektronen emittierenden
Stoff be-' deckt, so daß zufolge des Auftreffens der Elektronen des Primärbündels
von ihr Elektronen ausgesandt werden, und zwar in einer größeren Anzahl, als aus
dem Primärbündel auf ihr auftreffen.
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Für die Platte i o kommt ebenfalls das Silber-Cäsiumoxyd-Gemisch mit
adsorbierter Cäsiumhaut in Betracht. Es können auch andere Stoffe Verwendung finden,
wie z. B. Willemit (ein Mineral mit der chemischen Zusammensetzung Zn2Si04), von
der Cäsium adsorbiert ist, oder eine Kohlensto-Goberfläche, von der rin Metall,
wie Magnesium, adsorbiert ist.
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Die aus der Platte i osekundär ausgelösten Elektronen werden in dem
elektrischen Felde zwischen dem Ring 9 und der Auftrefffläche io beschleunigt, so
daß ein neues Kathodenstrahlenbündel, ein Sekundärbündel, entsteht, das eine größere
Intensität als das Primärbündel hat. Das Sekundärbündel wird von dem durch die Spulen
4 und i i :erzeugten magnetischen Längsfeld in für den Beob= achter der Fig. i rechtem
Drehsinne abgelenkt, aber weil es außerdem eine Ablenkung nach hinten erhält, fällt
es nicht mit dem Primärbündel zusammen, sondern- trifft auf die hinter der Kathode
5 liegende Auffangplatte 18 (Fig. 2), die durch den mit dem Ring 6 verbundenen Ring
i9 abgeschirmt wird. Durch den mit der Platte 18 verbundenen Draht 17 wird der Strom
abgeleitet und der Platte 18 ein bestimmtes Potential aufgedrückt. Die Auffangplatte
18 kann das gleiche Potential wie die Ringe 6 und i9 haben, so daß die Elektronen
mit einer Gleschwindigkeit, welche einer Spannung von 450o Volt entspricht, auf
sie auftreffen.
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Die Kathode 5 kann auch durch andere Mittel zum Emittieren gebracht
werden, sie kann 7.B. als Glühkathode ausgeführt sein. In diesem Falle kann
die beschriebene Vorrichtung als Vrrstärkerröhre dienen. Ist sie mit einer photoelektrischen
Kathode versehen, so kann sie als Lichttransformator wirken. Auf die Kathodenplatte
5 wird z. B. ein Lichtbild geworfen. Gegebenenfalls kann dies ein für das. Auge
nicht wahrnehmbares Bild sein, welches von ultravioletten oder infrarote, Strahlen
erzeugt wird. Auf der Platte 18 wird dann durch das Sekundärbündel ein Bild ,erzeugt,
das dem optischen Bilde genau entspricht und durch Bedeckung dieser Platte mit einer
fluoreszierenden Schicht sichtbar g@em.acht werden kann. Auf diese Weise kann die
Vorrichtung dazu geeignet gemacht werden, GegenstÄnde wahrzunehmen, die durch ein
das sichtbare Licht absorbierendes, jedoch die infraroten Strahlen mehr oder weniger
' durchlassendes Medium, z. B. Nebel, dem menschlichen Auge verborgen sind. Auch
kann eine photographische Schicht für das Walirnehmbarmachen des Bildes in an sich
bekannter Weise benutzt werden. -Die Vorrichtung nach Abb.3 und 4 arbeitet ebenso
wie die oben beschriebene, nur wird dabei dieselbe Wirkung noch einige Male wiederholt
und dadurch eine viel größere Elektronenvervielfachung erhalten.
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In einem hochevakuierten Glasgefäß 40 befinden sich zwei senkrecht
zueinander stehende durchlochte Platten 26 und 38. Die erste ist mit vier, die zweite
mit drei öffnun gen versehen, derart, daß die öffnungen der Platte 38 sich der Höhe
nach zwischen den öffnungen in der Platte 26 befinden. Die beiden Platten sind durch
Metallbügel25 und 39 miteinander verbunden. Am oberen Ende des Entladungsgefäßes
wird ein an dem Bügel 25 befestigtes Stützstäbchen 22 in der Abs@chmelzspitze 2
i gehalten, und ,am unteren Ende ist der an dem Bügel 39 befestigt-c Draht 42 in
dem Quetschfuß 41 eingeschmolzen.
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Hinter den öffnungen in der Platte 26 befinden sich die plattenförmigen
Elektroden 37, 34, 31 und 28, von denen die erste als Kathode, die letzte .als endgültiger
Auffangschirm dient. Hinter den öffnungen in der Platte 38 befinden sich die als
Prellfläche dienenden, mit sekundärelektronenemittierendem Material überzogenen
Metallplatten 35, 32 und 29. Die Platten 37, 34 31 tmd 28 besitzen Stromzuführungsdrä,hte
36, 33, 30 und 27, welche in der Glaswand 40 einge: schmolzen sind. Auch die Platten35,
32 und 29 besitzen einen solchen Stromzuführungsdraht, von denen der ran der Platte
29 befestigte Draht 43 in Fig. 4 sichtbar ist.
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Außerhalb der Röhre sind zwei Magnetspulen 24 und 23 angeordnet, die
so verbunden sind, daß das magnetische Feld in der Röhre verläuft, wie in Fig.4
durch Pfeile angegeben ist.
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An die Platten37, 35, 34, 32, 31 und 29 werden negative Spannungen
mit Bezug auf die Platten 26 und 38 angelegt, wobei aber die Spannungsunterschiede
von der Platte 37 nach der Platte 29 abnehmen. Die Platte 28 kann das gleiche Potential
wie die Platter. 26 und 38, gegebenenfalls ,aber auch ein niedrigeres Potential
haben. Das von der Ka; thodenplatte 37 ausgehende Primärbündel, das
durch
das magnetische Feld auf die Pral1-fläche 35 gerichtet wird, erzeugt dort Sekundärelektronen,
die in Form eines Sekundärbündels auf die Platte 34 geworfen werden. Diese hat,
ebenso wie die Platte 35,einen leicht elektronenemittierenden. Überzug, so daß,ein
tertiäres Kathodenstrahlenbündel entsteht, das nicht mit dem Sekundärbündel zusammenfällt,
sondern auf die sekundänelektronenemissionsfähige Platte 32 auftrifft. Auch die
Platten 31 und 29 sind sekundärelektronenemissionsfähig. So entstehen immer stärkere
Elektronenströme, bis endlich nach fünfmaliger Verstärkung das zwischen der Auftnefffläche
29 und der Platte 38 erzeugte Kathodenstrahlenbündel auf die Auffangfläche 28 auftrifft
und gegebenenfalls hier sein sichtbares oder photographisches Bild erzeugt.
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Es sind im Rahmen der Erfindung mancherlei Änderungen zulässig. So
können, um ein Beispiel zu geben, die Spulen durch permanente Magnete -ersetzt werden.
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Ferner können die Elektrodensysteme beliebig anders ausgebildet werden
und weitere Schirme zur richtigen Bildung des elektrischen Feldes oder zur Feldbefreiung
des Ablenkarmes benutzt werden.