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Die Erfindung betrifft eine segmentierte Photovervielfacherröhre mit einer
Anzahl von Elementarphotovervielfachern, mit einer Photokathode, einer Anzahl
elementarer Elektronenvervielfacher vom Typ "mit Lochblättern", und mit einer Anzahl
von Fokussierelektroden, die die Konvergenz der von der Photokathode ausgesandten
Photoelektronen nach den Elementarvervielfachern verwirklicht, wobei die
entsprechenden Blätter der Elementarvervielfacher auf einer selben segmentierten Leiterplatte
verwirklicht werden. In EP-A-0 264 992 und FR-A-2 599 557 sind derartige
segmentierte Photovervielfacherröhren beschrieben.
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Die Erfindung findet eine besonders vorteilhafte Anwendung im Bereich
der Physik mit hohen Energien und insbesondere in dem Bereich der Detektion durch
photoelektrische Wirkung der Elementarteilchen, um beispieisweise darin die Strecke zu
bestimmen. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, Detektoreinrichtungen zu
verwirklichen, die eine Vielzahl unterschiedlicher Photovervielfacherelemente enthalten, die
möglichst miteinander verknüpft sind, um Verluste in der Nutzfläche dieser
Einrichtungen zu beschränken. Eine Lösung dieses allgemeinen technischen Problems, die
außerdem den Vorteil der Senkung der Selbstkosten der erwähnten
Detektoreinrichtungen bietet, ist durch die Segmentierung einer Photovervielfacherröhre in eine Anzahl
von Elementarphotovervielfachern gegeben. Die europäische Patentanmeldung Nr. 0
264 992 gibt eine Beschreibung einer segmentierten Photovervielfacherröhre, in der die
Elementarvervielfacher durch die Unterteilung eines einzigen Vervielfachers mit
Lochblättern erhalten wird, deren Eintrittsraum sich zwischen der Photokathode und
dem Elektronenvervielfacher befindet und gleichfalls derart in einer Anzahl elementarer
Eintrittsräume unterteiit ist, daß er für Elektronen aus der Photokathode geschlossen ist.
Diese Unterteilung des Eintrittsraums bewirkt, daß die Diaphotie der Elektronen
vermieden wird, die zwischen den verschiedenen Wegen einerseits dadurch entstehen
könnte, daß der Abstand zwischen der Photokathode und dem Vervielfacher
verhältnismäßig groß ist, um die Antimongeneratoren anordnen zu können, beispielsweise weit
genug vom Eintrittsfenster der Röhre entfernt zum Verwirklichen einer möglichst
homogenen Antimonbeschichtung bei der Anfertigung der Photokathode, und
andererseits dadurch, daß die Fokussierelektroden ein höheres elektrisches Potential führen, das
in der Größenordnung von dem des ersten Blatts des Elektronenvervielfachers liegt.
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Außerdem sei bemerkt, daß der unterteilte Vervielfacher der aus EP-A-0
264 992 bekannten segmentierten Photovervielfacher nicht diaphotiefrei ist. Unter
Bezugnahme beispielsweise auf die europäische Patentanmeldung Nr. 0 350 111, in der
ein Blättervervielfacher vom selben Typ beschrieben wird, wie der in der segmentierten
Röhre nach dem Stand der Technik benutzte Vervielfacher, sei bemerkt, daß die
Unterteilung zwischen den Extraktor-Halbdynoden und Vervielfächerhalbdynoden einer
selben Dynode mit Hilfe eines elektronendichten Zwischenträgers verwirklicht wird. Im
Gegensatz dazu ist der Raum zwischen einer Vervielfacherhalbdynode und der
Extraktor-Halbdynode der folgenden Dynode derart frei, daß elastisch retrodiffundierte
Elektronen auf der Oberfläche der Extraktor-Halbdynode nahe bei der Begrenzung
zwischen zwei Elementarvervielfachern einen Elementarvervielfacher auf dem Weg zum
benachbarten Elementarvervielfacher passieren können, um dort erneut vervielfacht zu
werden und auf diese Weise Diaphotie auszulösen.
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Weiter besteht das als Aufgabe der Erfindung zu lösende technische
Problem in der Verwirklichung einer segmentierten Photovervielfacherröhre eingangs
erwähnter Art, wodurch jede Diaphotie auf dem Pegel der Elementarvervielfacher
beseitigt wird, bei der die Eintrittsstufe einfacher herstellbar ist und gleichzeitig eine
sehr hohe eiektronische Einfangwirkung und eine minimale Diaphotie der
Photoelektronen gewährleistet.
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Die Lösung des technischen Problems liegt erfindungsgemäß darin, daß
die segmentierten Leiterplatten je eine Totzone enthalten, die die aktiven Zonen mit
Löchern entsprechend den verschiedenen Vervielfachern voneinander trennen.
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Da die aktiven Zonen der Blätter durch eine Totzone mit einer bestimmten
Breite getrennt sind, wird auf diese Weise verhindert, daß die retrodiffundierten
elastischen Elektronen diese Totzone zum Fortsetzen ihres Weges von einem
Sekundärvervielfacher zum anderen die Totzone überqueren, da dies bewirken kann, daß die
Elektronen mehrere aufeinanderfolgende Sprünge mit elastischer Retrodiffusion bei
jedem Sprung auflösen können, wodurch eine sehr unvorteilhafte Möglichkeit
geschaffen wird. Die Diaphotie auf dem Pegel der Elementarvervielfacher für die
erfindungsgemäße Röhre ist daher nahezu unterdrückt.
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Wie weiter unten näher erläutert wird, wird andererseits beim Anlegen
eines elektrischen in der Nähe des Potentials der Photokathode liegenden Potentials an
die Fokussierelektroden der ideale Koppelzustand zwischen der Kathode und den
Elementarvervielfachern, und daher der vollendete Sammelwirkungsgrad verwirklicht,
da im Raum zwischen der Photokathode und den Elementarvervielfachern das
elektronische Beschleunigungsfeld im wesentlichen aus dem ersten Blatt der
Elementarvervielfacher herrührt. Ohne daß materielle Unterteilung notwendig ist, aber auch ohne
Diaphotie können so Elementarphotokathoden, die den
Elementarphotovervielfacherröhren als zugeordneter Oberfläche zur Photokathode der Elementarvervielfacher quer zur
elektronischen Eintrittsoptik definiert werden, die durch jede Fokussierelektrode und
durch das erste Blatt des entsprechenden Elementarvervielfachers gebildet wird.
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Die Unterdrückung der materiellen Unterteilung im Eintrittsraum der
erfindungsgemäßen segmentierten Photovervielfacherröhre bietet bereits an sich einen
wesentlichen Vorteil im Vergleich zu den Röhren nach dem Stand der Technik.
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Auf vorteilhafte Weise werden die Fokussierelektroden mit einem selben
Leiterblatt mit Durchgangslöchern, und nicht auf individuelle Weise wie in der
bekannten Röhre, mit der größten Einfachheit im Röhrenaufbau verwirklicht, die dies
mit sich bringt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen
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Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße segmentierte
Photovervielfacherröhre,
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Fig. 2 eine Draufsicht auf eine segmentierte Leiterplatte der Röhre nach
Fig. 1,
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Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Leiterblatt, mit dem die
Fokussierelektroden der Röhre nach Fig. 1 verwirklicht werden.
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In Fig. 1 ist im Querschnitt eine segmentierte Photovervielfacherröhre 10
mit zwei Elementarphotovervielfachern 11 dargestellt, die eine Photokathode 12, zwei
Elementarvervielfacher 13 vom Lochblättertyp und zwei Fokussierelektroden 14 enthält,
die die Konvergenz der von der Photokathode 12 nach den Elementarvervielfachern 13
ausgesandten Photoelektroden verwirklichen.
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Die Photovervielfacherröhre 10 endet bei einer Anode 23 beispielsweise
bei einer Einfangplatte, die als Extraktorelektrode verwendet werden kann.
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Die Elementarvervielfacher 13 mit Lochblättern können gleich denen
nach der Beschreibung in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0 131 339 oder in der
europäischen Patentanmeldung Nr. 0 350 111 sein.
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Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, werden die entsprechenden Blätter 15 der
Elementarvervielfacher 13 auf einer und derselben segmentierten Leiterplatte 16
verwirklicht, die eine Totzone 17 enthält, die die aktiven Zonen 18 mit Löchern
entsprechend den zwei Vervielfachern 13 voneinander trennt. Die zwei Extraktor- und
Vervielfacher-Halbdynoden einer und derselben Dynode werden auf dem Pegel der
Totzone 17 durch eine leitende Trennwand 22 voneinander getrennt, die für Elektronen
abgeschlossen ist und die Diaphotie zwischen den beiden Elementarvervielfachern 13
vermeidet. Zwischen einer Vervielfacher-Halbdynode und der folgenden Extraktor-
Halbdynode, für die es keine derartige Unterteilung gibt, wird die Diaphotie zwischen
Elementarvervieldfachern durch die Totzone 17 verhindert, die sogar für die elastisch
auf der Extraktor-Halbdynode retrodiffundierten Elektronen nahezu undurchdringbar ist.
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Im Betrieb führt die Photokathode 12 das elektrische Potential V&sub1;, was
gleich 0 Volt angenommen wird, das erste Blatt 21 der Vervielfacher 13 führt ein
Potential V&sub3; von einigen hundert Volt, beispielsweise 300 V, während die
Fokussierelektroden 14 ein Potential V&sub2; gleich Null oder schwach positiv führen und allgemein
genommen unter 20% des Potentials V&sub3; bleiben, beispielsweise von 10% von V&sub3;. Wenn
die Fokussierelektroden 14 auf V&sub2; = 0V liegen, werden alle von der Photokathode
ausgesandten Elektroden entweder vom einen oder vom anderen der
Elementarvervielfacher 13 selektiv eingefangen. Das Einfangen erfolgt also vollständig und die
Kopplung zwischen Photokathode und Elementarvervielfachern ist derart, daß die
Photokathode 12 auf immaterielle Weise ganz in zwei Halbphotokathoden verteilt wird,
die jeweils den einzelnen Elementarvervielfachern zugeordnet sind, während gleichzeitig
damit die Elektronenstrecke 24 nach Fig. 1 angegeben wird.
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Es sei jedoch bemerkt, daß mit den Potentialen V&sub1; und V&sub2; mit gleichem
Wert die zeitliche Beantwortung der Röhre nicht sehr gut ist, da die Durchgangszeit der
Photoelektronen abhängig von der Stelle der Photokathode 12, an der sie ausgesandt
werden, stark schwanken kann. Um diesen Nachteil zu beseitigen wird gleichfalls ein
Potential V&sub2; von einigen zehn Volt, im Beispiel 25 bis 50 V, auf den
Fokussierelektroden 14 beabsichtigt, wodurch die Beantwortungszeit der am Umkreis der
Photokathode ausgesandten Photoelektronen ohne wesentliche Beeinträchtigung der
Einfangwirkungsgrad verbessert wird.
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Es entsteht eine leichte optische Ursprungsdiaphotie (Reflexion), die durch
Anordnen einer Trennelektrode 25 auf demselben Potential V&sub2; wie das der
Fokussierelektroden zwischen den Fokussierelektroden 14 zum Reduzieren der Lichtreflexionen
von einem Weg zum anderen beseitigt werden kann.
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In Fig. 3 ist dargestellt, daß die Fokussierelektroden auf einem und
demselben Leiterblatt 19, möglicherweise an den Enden zurückgefaltet, und mit
Durchgangslöcher 20 für die Photoelektronen nach den Elementarvervielfachern
verwirklicht werden, was aus Fig. 1 ersichtlich ist.
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Die Erfindung wurde anhand einer viereckigen und in 2
Elementarvervielfacher segmentierten Photovervielfacherröhre beschrieben. Es wird klar sein, daß sie
sich ebenfalls auf Röhren mit einem anderen Querschnitt bezieht, beispielsweise
kreisförmig, und mit 3, 4 oder mehr Elementarphotovervielfachern segmentiert, wobei
die Segmentierung bevorzugt eine Symmetrieachse entsprechend der Längsachse der
Röhre hat.