DE69117387T2 - Photovervielfacher-Röhre mit gitterartigen Dynoden - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenvervielfächerröhre, wie zum Beispiel eine Fotovervielfacherröhre,eine Sekundärelektronenvervielfacherröhre oder ähnliche, welche eine Gitterdynodenstruktur aufweist.
• Eine Fotovervielfacherröhre ist normalerweise als Elektronenvervielfacherröhre bekannt und wird als eine hohe Empfindlichkeit aufweisender Fotodetektor auf verschiedenen technischen Gebieten, wie zum Beispiel auf dem Gebiete der Medizin, der Hochenergiephysik, der Fotoanalyse, der Biotechnologie usw., verwendet.
• Fig. 1 zeigt eine typische Fotovervielfacherröhre, zum Beispiel aus JP-A-55 108 254, welche eine kombinierte Box- und Gitterdynodenstruktur (Kombination aus einer Boxdynodenstruktur und einer Gitterdynodenstruktur) besitzt und eine Übertragungs-Fotokathode 1, welche als negative Elektrode zur Umwandlung von Licht in einen Fotoelektronenstrom dient, eine fokussierende Elektrode 2 zur Konvergierung des Fotoelektronenstromes, mehrere Dynoden, welche als Elektronenvervielfacher 3 zur Vervielfachung der von der Fotokathode 1 emittierten Fotoelektronen dienen, eine Anode 4 zum Einfangen der vervielfachten Elektronen sowie ein Vakuumgefäß 5 zur Aufnahme der obigen Elemente aufweist. In diesem Falle weist der Elektronenvervielfacher 3 boxartige Dynoden 6&sub1; bis 6&sub3; auf einer vorderen Stufe (von einer ersten Stufe bis zu einer dritten Stufe) sowie gitterartige Dynoden 6&sub4; bis 6&sub9; auf einer hinteren Stufe (von einer vierten Stufe bis zu einer neunten Stufe) mit einer Mehrstufenstruktur auf. Diese Art Fotovervielfacherröhre wird in der nach Prüfung veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 60-30063 offenbart.
• Bei dieser Art Fotovervielfacherröhre weist jede der boxartigen Dynoden 6&sub1; bis 6&sub3;, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Segmentform im Querschnittsprofil auf. Diese Form entspricht einem von vier Quadraten, welche sich durch in Längsrichtung erfolgendes Teilen eines Hohlzylinders in vier gleichmäßige Teile ergeben. Ferner ist eine Maschenelektrode 8, wie in Fig. 2 dargestellt, über einer Elektroneneinfallseite jeder der boxartigen Dynoden 6&sub1; bis 6&sub3; zur Herstellung eines Äquipotentials vorgesehen.
• Zum anderen weist jede der gitterartigen Dynoden 6&sub4; bis 6&sub9; (im nachfolgenden als "Dynodenanordnungen" bezeichnet) mehrere stabförmige, in einer vorgegebenen Richtung (z.B. horizontal) angeordnete Dynodenelemente 9 und eine weitere, über einer Elektroneneinfallseite angeordnete Maschenelektrode 10 zur Herstellung eines Äquipotentials auf. Wie in Fig. 3 dargestellt, handelt es sich bei dem Dynodenelement 9 um ein gleichschenkliges Dreieck im Querschnitt, wobei beide Seitenschenkel des Trapezes geringfügig nach innen gebogen sind. Mit anderen Worten, das Dynodenelement 9 weist eine konidenähnliche Form mit nach innen gebogenen (bzw. konkaven) Seitenwänden (im nachfolgen den als "modifizierte Konidenform" bezeichnet) auf. Die nach innen gebogenen Seitenflächen jedes stabförmigen Dynodenelementes 9 erlauben eine wirksame Aufnahme von Elektronen, welche auf einer oberen Stufe von einem Dynodenelement emittiert werden. Die so aufgebauten, gitterartigen Dynodenanordnungen sind geschichtet, um, wie in Fig. 3 dargestellt, eine Mehrstufenstruktur zu bilden.
• Üblicherweise sind die gitterartigen Dynodenanordnungen 6&sub4; bis 6&sub9; sich ungleichmäßig bewegend oder versetzt in Schichtrichtung der Dynodenanordnungen 6&sub4; bis 6&sub9; (im nachfolgenden als "ungleichmäßige Anordnung" bezeichnet) vorgesehen. Im einzelnen sind die Dynodenelemente 9 auf einer oberen (vorherigen) Stufe in einer zu der Schichtrichtung (bzw. horizontalen) vertikalen Richtung mit einem vorgegebenen Zwischenraum angeordnet, während die Dynodenelemente auf einer unteren (nächsten) Stufe (unmittelbar unterhalb der vorherigen Stufe angeordnet) horizontal an Stellen vorgesehen sind, welche mit Zwischenräumen zwischen den Dynoden auf der vorherigen Stufe korrespondieren. Das heißt, die Dynodenanordnung auf der nächsten Stufe ist zu der Dynodenanordnung auf der vorherigen Stufe positionell versetzt vorgesehen. Diese Anordnung wird auf die anschließenden, gitterartigen Dynoden auf den nachfolgenden Stufen angewandt. Es ist eine plattenförmige Dynode 6&sub1;&sub0; auf der letzten Stufe und eine Anode 4 zum Auffangen der auf den oberen Dynodenstufen vervielfachten Elektronen zwischen der plattenförmigen Dynode 6&sub1;&sub0; und der oberhalb der plattenförmigen Dynode 6&sub1;&sub0; angeordneten Dynodenanordnung 6&sub9; vorgesehen. Das heißt, unter der "ungleichmäßigen Anordnung" ist zu verstehen, daß die Dynodenanordnungen auf den benachbarten Stufen in Schichtrichtung wechselweise zueinander versetzt mit einem Zwischenraum (im wesentlichen einem halben Abstand von den Dynodenelementen auf jeder Stufe) angeordnet sind.
• Diese ungleichmäßige Anordnung der Mehrstufendynoden war normalerweise zur Erzielung der folgenden Aufgaben erforderlich.
• Eine erste Aufgabe ist es, eine Wirkfläche der Dynoden zu vergrößern, um Elektronen, welche von den boxartigen Dynoden 6&sub1; bis 6&sub3; emittiert wurden, aufzufangen, um zu verhindern, daß die von den boxartigen Dynoden emittierten Elektronen die gitterartigen Dynoden passieren, ohne daß sie auf die Dynodenelemente auftreffen. Eine zweite Aufgabe ist es, zu verhindern, daß sich eine Ionen-Rückkopplung ergibt. Die auf ein Dynodenelement 9 auf einer Stufe auftreffenden Elektronen erzeugen häufig Ionen, wie z.B. Sauerstoffionen, und die Ionen fliegen nach oben zu anderen, auf anderen Stufen oberhalb der Stufe vorgesehenen Dynodenelementen. Das Auftreffen der Ionen auf die Dynodenelemente bewirkt eine Emission der Sekundärelektronen. Somit erzeugen die auf ein Dynodenelement 9 auftreffenden Elektronen nicht nur ein Ausgangsmaximum, welches aus ihnen selbst resultiert, sondern auch ein weiteres Ausgangsmaximum, welches sich aus den Ionen ergibt. Letzteres wird gegenüber der Erzeugung des vorherigen Ausgangsmaximums mit zeitlicher Verzögerung erzeugt, wobei diese verzögerte Erzeugung der Elektronen ein Rauschen verursacht. Darüberhinaus ruft eine große Ionenmenge Schaden an der Fotokathode hervor. Die ungleichmäßige Anordnung der Dynodenanordnungen kann verhindern, daß die erzeugten Ionen zu den Dynodenelementen auf den oberen Stufen fliegen, da die erzeugten Ionen auf einer Stufe, auf welcher sie durch Zwischenräume zwischen den Dynodenelementen zu den oberen Stufen fliegen, durch untere Teile der Dynodenelemente, welche oberhalb der Stufe und in den Zwischenräumen angeordnet sind, abgeschirmt werden.
• Eine ausreichende Vervielfachung wurde jedoch mit der konventionellen Fotovervielfacherröhre, wie oben beschrieben, nicht erzielt, da die gitterartigen Dynoden 6&sub4; bis 6&sub9; einen niedrigen Multiplikationsfaktor (Aufnahme) bei Sekundärelektronen aufweisen. Um die Aufnahme für die Sekundärelektronen zu erhöhen, geht es bei einem ersten Vorschlag darum, zwischen benachbarten Dynodenanordnungen eine hohe Spannung anzulegen, um den Emissionsfaktor der Sekundärelektronen zu erhöhen, während es bei einem zweiten Vorschlag darum geht, die Anzahl der zu schichtenden Stufen und somit den Vervielfachungsfaktor (Aufnahme) der gitterartigen Dynoden zu erhöhen.
• Bei dem ersten Vorschlag ergeben sich die folgenden Nachteile. Der Sekundärelektronen-Emissionsfaktor wird gesättigt, wenn eine den Dynodenanordnungen zuzuführende Spannung über einer vorgegebenen Spannung liegt, wobei eine hohe Spannung außerdem die Spannungs- Widerstandsfähigkeit der Dynoden beeinträchtigt. Dagegen ergeben sich bei dem zweiten Vorschlag die folgenden Nachteile. Der Vervielfachungsteil bzw. die Vervielfachungseinrichtung muß gänzlich eine erhebliche Größe aufweisen wodurch die zuzuführende Spannung noch höher sein muß. Ferner wird der zwischen benachbarten Dynodenstufen vorgesehene Zwischenraum im voraus festgelegt, so daß die Anzahl der in dem Gefäß 5 aufzunehmenden Dynodenanordnungen auf eine bestimmte Anzahl begrenzt ist.
• Verschiedene experimentelle Vorgänge haben ergeben, daß die konventionelle Fotovervielfacherröhre, welche die ungleichmäßige, in Fig. 4 dargestellte Anordnung vorsieht, die folgenden charakteristischen Merkmale aufweist.
• Wenn Dynodenelemente 9 auf einer nächsten (unteren) Stufe so angeordnet sind, daß sie, wie in Fig. 4 dargestellt, den Zwischenräumen 11 zwischen den Dynodenelementen 9 auf einer vorherigen (oberen) Stufe jeweils gegenüberliegen, wird anscheinend erwartet, daß die meisten der von jedem Dynodenelement 9 auf der vorherigen Stufe emittierten Sekundärelektronen von den Dynodenelementen 9 auf der nächsten Stufe eingefangen (bzw. auf diese aufprallen) und auf diese Weise zur Emission der Sekundärelektronen auf der nächsten Stufe beitragen würden. Nach einem Experiment ist jedoch sicher, daß die von den Dynodenelementen 9 auf der vorherigen Stufe emittierten Sekundärelektronen häufig durch die nächste Stufe hindurchdringen, ohne auf die Dynodenelemente auf der nächsten Stufe aufzuprallen und zum Beispiel auf den weiteren, unteren Stufen, welche auf die nächste Stufe folgen, auftreffen.
• Fig, 5 ist eine grafische Darstellung, welche ein Versuchsergebnis eines Verteilungsverhältnisses von Sekundärelektronen zeigt, die von der Dynodenanordnung auf der vierten bis fünften sowie den nachfolgenden Stufen emittiert wurden.
• Eine durchgehende Linie (Kennlinie) B verkörpert ein Elektronenverteilungsverhältnis der konventionellen, gitterartigen Dynoden mit ungleichmäßiger Anordnung, bei welcher Dynodenelemente auf geraden Stufen so angeordnet sind, daß sie Zwischenräumen zwischen Dynodenelementen auf ungeraden Stufen gegenüberliegen. Wie aus der Kennlinie B zu ersehen ist, treffen die von der vierten Dynodenanordnung 6&sub4; emittierten Sekundärelektronen auf jede der Dynodenanordnungen 6&sub6; und 6&sub7; auf der sechsten und siebten Stufe in einem größeren Elektronenverteilungsverhältnis (Elektroneneinfallgeschwindigkeit) als auf der Dynodenanordnung 6&sub5; auf der fünften Stufe auf. Dieses Ergebnis zeigt, daß die meisten Sekundärelektronen nicht auf den Dynodenelementen auf der nächsten (darunterliegenden) Stufe auftreffen, sondern durch die Dynodenelemente auf den weiteren, unteren Stufen hindurchdringen, so daß der Vervielfachungsfaktor (Aufnahme) bei einer solchen, ungleichmäßigen Anordnung niedriger ist.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fotovervielfacherröhre vorzusehen, welche einen ausreichenden Vervielfächungsfaktor (Aufnahme) bei Sekundärelektronen aufweist, ohne eine höhere Spannung an Dynodenelemente anzulegen und ohne die Anzahl der Dynodenstufen zu erhöhen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Elektronenvervielfacherröhre, welche mehrere, in einem ersten Abstand in einer ersten Richtnng angeordnete Dynodenanordnungen mit einer Mehrstufenstruktur, um auftreffende Elektronen nacheinander zu vervielfachen, sowie eine Anode aufweist, um die vervielfachten Elektronen aufzufangen und ein verstärktes, elektrisches Signal abzugeben, wobei jede der Dynodenanordnungen mehrere stabförmige, in einem zweiten Abstand in einer zweiten Richtung angeordnete Dynodenelemente und eine über jeder Dynodenanordnung vorgesehene Maschenelektrode zur Herstellung eines Äquipotentials aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrstufenstruktur der Dynodenanordnungen zumindest eine Gruppe benachbarter Dynodenanordnungen vorsieht, deren Dynodenelemente in der ersten Richtung aufeinander ausgerichtet sind.
• Vorzugsweise weist jedes der Dynodenelemente einen im wesentlichen gleichschenkligen Trapezabschnitt auf, wobei beide Seitenschenkel des Trapezes geringfügig nach innen gebogen sind, um die einfallenden Elektronen, welche von einer Dynodenanordnung auf einer oberen Stufe emittiert wurden, wirksam aufzunehmen.
• Die Dynodenelemente jeder Dynodenanordnung können in der zweiten Richtung gitterartig, maschenartig oder wabenartig angeordnet sein.
• Es werden nun spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben und dem Stand der Technik gegenübergestellt. Es zeigen:
• FIG. 1 eine schematische Ansicht einer konventionellen Fotovervielfacherröhre;
• FIG. 2 eine perspektivische Ansicht einer boxartigen Dynode;
• FIG. 3 eine schematische Ansicht einer gitterartigen Dynodenanordnnng;
• FIG. 4 eine ungleichmäßige Anordnung von Dynodenanordnungen, welche in der konventionellen Fotovervielfacherröhre Verwendung findet;
• FIG. 5 eine grafische Darstellung, welche zu jeder Dynodenanordnung ein Elektronenverteilungsverhältnis zeigt;
• FIG. 6 eine erste Ausführungsform einer modifizierten ungleichmäßigen Anordnung, welche in der erfindungsgemäßen Fotovervielfacherröhre Anwendung findet;
• FIG. 7 eine zweite Ausführungsform der modifizierten, ungleichmäßigen Anordnung, welche in der erfindungsgemäßen Fotovervielfacherröhre Anwendung findet;
• FIG. 8 eine dritte Ausführungslorm der modifizierten, ungleichmäßigen Anordnung, welche in der erfindungsgemäßen Fotoverielfacherröhre Anwendung findet; und
• FIG. 9 eine schematische Ansicht einer weiteren Fotoverielfacherröhre mit lediglich gitterartigen Dynodenanordnungen gemäß der Erfindung.
• Fig. 6 zeigt eine erste Ausführungsform gitterartiger Dynoden, welche einen Teil der in einer erfindungsgemäßen Fotovervielfacherröhre verwendeten Elektronenvervielfachungseinrichtung darstellen. Diese gitterartigen Dynoden sind strukturell identisch mit den in Fig. 4 dargestellten mit Ausnahme der spezifischen Anordnung der Dynoden. Aus diesem Grunde wird von einer detaillierten Beschreibung der identischen Elemente in der nachfolgenden Beschreibung abgesehen.
• Die Fotovervielfacherröhre gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die in Fig. 1 dargestellte und weist eine Übertragungsfotokathode 1, eine fokussierende Elektrode 2, boxartige Dynoden 6&sub1; bis 6&sub3; auf der vorderen Stufe, gitterartige Dynodenanordnungen 6&sub4; bis 6&sub9; , eine Anode 4, eine plattenförmige Dynode 6&sub1;&sub0; sowie ein Vakuumgefäß 5 auf. Wie die die ungleichmäßige Anordnung aufweisenden, gitterartigen Dynoden, welche in Fig. 4 dargestellt sind, sind die Dynodenanordnungen 6&sub4; bis 6&sub9; auf der vierten bis neunten Stufe, die Anode 4 und die plattenförmige Dynode 6&sub1;&sub0; auf der letzten Stufe in vorgegebenen Abständen in Schachtrichtung der Dynodenanordnungen angeordnet. Des weiteren weist jede Dynodenanordnung ebenfalls mehrere stabartige Dynodenelemente 9, welche in einem vorgegebenen Abstand in vorgegebener Richtung (horizontal) angeordnet sind. sowie eine Maschenelektrode 10 zur Herstellung eines Äquipotentials auf. Jedes Dynodenelement 9 sieht ein gleichschenkliges Trapez im Querschnittsprofil vor, wobei beide Seitenschenkel (Linien) des Trapezes geringfügig nach innen gebogen sind, um auftreffende Elektronen, welche von einer Dynodenanordnung auf einer oberen Stufe emittiert wurden, wirksam aufzunehmen. Mit anderen Worten, das Dynodenelement 9 besitzt eine konidenähnliche Querschnittsform mit nach innen gebogenen (bzw. konkaven) Seitenlinien (eine modifizierte konidenähnliche Form).
• Im Gegensatz zu der ungleichmäßigen Anordnung der Dynodenanordnungen, wie in Fig. 4 dargestellt, weisen die gitterartigen Dynoden nach diesem Ausführungsbeispiel jedoch zumindest ein Paar benachbarter Dynodenanordnungen auf, deren Dynodenelemente aufeinander ausgerichtet, ohne Verschiebung in Schichtrichtung, angeordnet sind.
• Bei der ersten Ausführungsform der gitterartigen Dynoden sind, wie in Fig. 6 dargestellt, beide Gruppen der Dynodenelemente 9 der vierten und fünften Dynodenanordnungen 6&sub4; und 6&sub5; im wesentlichen jeweils in der gleichen Reihe (auf den gleichen Vertikallinien) vorgesehen. Ebenso sind zwei Paare benachbarter Dynodenanordnungen 6&sub6; und 6&sub7; sowie 6&sub8; und 6&sub9; so vorgesehen, daß die Dynodenelemente 9 jedes Paares im wesentlichen jeweils in der gleichen Reihe (auf den gleichen Vertikallinien) vorgesehen sind. Diese Anordnung der Dynodenelemente der benachbarten Dynodenanordnungen wird im nachfolgenden als "gerade Anordnung" bezeichnet. Auf der anderen Seite sind die Dynodenanordnungen 6&sub5; und 6&sub6; (sowie 6&sub7; und 6&sub8; ) ungleichmäßig so angeordnet, daß die Dynodenelemente 9 wie die konventionellen gitterartigen Dynoden zueinander verschoben vorgesehen sind.
• Bei Betätigung der Fotovervielfacherröhre, welche die so aufgebauten, gitterartigen Dynoden aufweist (das heißt, die gitterartigen Dynoden mit modifizierter, ungleichmäßiger Anordnung), werden der Fotokathode 1, der fokussierenden Elektrode 2, der ersten bis zehnten Dynode (bzw. Dynodenanordnungen) 6&sub1; bis 6&sub1;&sub0; sowie der Anode 4 zum Beispiel 0, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100 bzw. 1200 Volt zugeführt.
• Im nachfolgenden wird ein Fotovervielfachungsvorgang der Fotovervielfacherröhre dieses Ausführungsbeispieles beschrieben.
• Bei Einfall von Licht an einer Stelle der Fotolthode 1 werden Fotoelektronen von der Einfallposition auf der Fotokathode 12 emittiert. Die Fotoelektronen werden durch die fokussierende Elektrode 2 konvergent auf die erste Dynode 6&sub1; der boxartigen Dynoden gerichtet. Bei Auftreffen der Fotoelektronen auf die erste Dynode 6&sub1; werden Sekundärelektronen von einer Einfallposition auf der ersten Dynode 6&sub1; zu der nächsten (zweiten) Dynode 6&sub2; welche mit einem Sekundärelektronen-Emissionseffekt der Dynoden zu multiplizieren ist, emittiert. Der Sekundärelektronen-Emissions(vervielfächungs)vorgang wird bei der weiteren, nächsten (dritten) Dynode 63 wiederholt, und die so vervielfachten Elektronen werden den gitterartigen Dynoden (Dynodenanordnungen) 6&sub4; bis 6&sub1;&sub0; zugeführt und sodann von der Anode 4 abgegeben.
• Wie oben beschrieben, weisen die gitterartigen Dynoden dieses Ausführungsbeispieles drei Paare benachbarter Dynodenanordnungen auf, wobei die Dynodenelemente 9 jedes Paares in der gleichen Reile (auf den gleichen Vertikallinien) angeordnet sind. Durch diese modifizierte, ungleichmäßige Anordnung erfolgt wirksam das Auftreffen der Sekundärelektronen von der vierten Dynodenanordnung 6&sub4; auf die fünfte Dynodenanordnung 6 &sub5; , das Auftreffen der Sekundärelektionen von der sechsten Dynodenanordnung 6&sub6; auf die siebte Dynodenanordnung 6&sub7; sowie das Auftreffen der Sekundärelektronen von der achten Dynodenanordnung 6&sub8; auf die neunte Dynodenanordnung 6&sub9; , wodurch der Vervielfächungsfaktor (Aufnahme) noch ausreichender verbessert wird.
• Eine punktierte Linie A in Fig. 5 stellt ein Elektronenverteilungs(Einfall)- Verhältnis der gitterartigen Dynoden mit modifizierter, ungleichmäßiger Anordnung dar, bei welcher die Dynodenelemente 9 der vierten und fünften Dynodenanordnungen 6&sub4; und 6&sub5; so vorgesehen sind, daß sie einander gegenüberliegen (das heißt ohne Verschiebung). Gemäß Linie A treffen die meisten Sekundärelektronen, welche von der vierten Dynodenanordnung 6&sub4; emittiert wurden, auf die Dynodenelemente 9 der fünften Dynodenanordnnng 6&sub5; auf, wodurch nur eine geringe Möglichkeit besteht, daß die von der vierten Dynodenanordnung 6&sub4; emittierten Sekundärelektronen durch die fünfte Dynodenanordnung 6&sub5; hindurchgehen, ohne daß sie auf die fünfte Dynodenanordnung 6&sub5; aufprallen und auf die sechste oder siebte Dynodenanordnung auftreffen. In diesem Falle sind die Dynodenanordnungen 6&sub5; und 6&sub6; (6&sub7; und 6&sub8; ) ungleichmäßig angeordnet, so daß die Ionen- Rückkopplung verhindert wird.
• Bei der ersten Ausführungsform sind drei Paare Dynodenanordnungen, von denen jedes zwei Dynodenanordnungen mit linearer Anordnung aufweist, ungleichmäßig angeordnet (wechselweise zueinander verschoben). Das heißt, die Dynodenelemente jedes Paares sind ohne Verschiebung vorgesehen, während die Paare selbst ungleichmäßig angeordnet sind. Diese Anordnung wird im nachfolgenden als "ungleichmäßige Zwei-Zwei-Anordnung" bezeichnet.
• Die Anordnung der gitterartigen Dynoden gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die "ungleichmäßige Zwei-Zwei-Anordnung" begrenzt, sondern kann beliebig modifiziert werden.
• Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform der gitterartigen Dynoden gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Bei dieser Ausführungsform ist eine Dynodenanordnung zwischen zwei Paaren benachbarter Dynodenanordnungen vorgesehen, von denen jede zwei Dynodenanordnungen mit "linearer Anordnung" so vorsieht, daß diese gegenüber jedes Paares der Dynodenanordnungen verschoben (ungleichmäßig) angeordnet ist. Diese Anordnung wird im nachfolgenden als "ungleichmäßige Zwei-Eins-Anordnung" bezeichnet.
• Fig. 8 stellt eine dritte Ausführungsform der gitterartigen Dynoden gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
• Bei dieser Ausführungsform sind sämtliche Dynodenanordnungen 6&sub4; bis 6&sub9; ohne Verschiebung angeordnet, das heißt, die Dynodenelemente sind im wesentlichen in der gleichen Reihe (auf den gleichen Vertikallinien) vorgesehen.
• In diesem Falle tritt das Problem auf, daß die Ionen-Rückkopplung nicht verhindert werden kann. Die Sekundärelektronen werden jedoch mit größter Effizienz vervielfacht. Diese Anordnung wird im nachfolgenden als "Matrix- Anordnung" bezeichnet.
• Neben der "Zwei-Zwei-Anordnung", "Zwei-Eins-Anordnung" und "Matrix- Anordnung", wie oben beschrieben, können zum Beispiel die "ungleichmäßige Drei-Eins-Anordnung", die "ungleichmäßige Vier-Eins-Anordnung", die "ungleichmäßige Drei-Drei-Anordnung", die "ungleichmäßige Vier-Vier- Anordnung" , ..., die "ungleichmäßige n-m-Anordnung" dort übernommen werden, wo es sich bei n und m um ganze Zahlen handelt. Das heißt, zumindest ein Paar benachbarter Dynodenanordnungen ist gerade, in Schichtrichtung der Dynodenanordnungen (Elektronenvervielfachungsrichtung), so angeordnet, daß sich die Dynodenelemente dieser Dynodenanordnungen bei Betrachtung entlang der Schichtrichtung der Dynodenanordnungen zu überlappen scheinen.
• Bei den obigen Ausführungsformen dienen die erste bis dritte Dynode als boxartige Dynoden und die vierte bis neunte Dynodenanordning als gitterartige Dynoden, welche gemeinsam verwendet werden. Die Elektronenvervielfächungseinrichtung der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt. So können zum Beispiel, wie in Fig. 9 dargstellt, lediglich gitterartige Dynoden als Elektronenvervielfachungseinrichtung verwendet werden. Des weiteren kann eine Kombination aus einer gitterartigen und einer oder mehreren kreisförmigen, käfigartigen Dynoden, einer Linienfokussierungs und einer jalousieartigen Dynode übernommen werden.
• Die Anzahl der Dynodenstufen der Dynodenanordnungen ist nicht auf die der obigen Ausführungsformen begrenzt, wobei es sich um zwei oder mehr Dynodenstufen handeln kann, von denen zwei ohne Verschiebung vorgesehen sind. Außerdem kann es sich bei der Fotokathode um eine Übertragungs- oder Reflexions-Fotokathode handeln.
• Bei den obigen Ausführungsformen weist jede Dynodenanordnung mehrere stabförmige Dynodenelemente auf, welche in einem vorgegebenen Abstand parallel angeordnet sind, wobei jedoch die horizontale Änordnung der Dynodenelemente jeder Dynodenanordnung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist. Diese Dynodenelemente können in Maschen- oder Wabenform so vorgesehen sein, daß sich die als Dynodenelemente dienenden, stabförmigen Elemente kreuzen.
• Die obigen Ausführungsformen sind für den Fall beschrieben, daß die gitterartigen Dynoden mit modifizierter, ungleichmäßiger Anordnung für eine Fotovervielfacherröhre verwendet werden; es kann jedoch die gleiche Wirkung erzielt werden, wenn sie in anderen Elektronenvervielfächerröhren, wie zum Beispiel in einer Sekundärelektronen-Vervielfacherröhre, Verwendung finden.
• Wie oben beschrieben, weisen die gitterartigen Dynoden gemäß der vorliegenden Erfindung zumindest ein Paar benachbarter Dynodenanordnungen auf, deren Dynodenelemente gerade, in Vervielfachungsrichtung, ohne Verschiebung angeordnet sind, so daß der Elektronenvervielfachungsfaktor (Aufnahme) verbessert werden kann, ohne die den Dynoden zuzuführenden Spannungen und ohne die Anzahl der Dynodenanordnungen zu erhöhen.
• Bei einem Vergleichsexperiment unter Verwendung einer Fotovervielfacherröhre, für welche die, die in Fig. 4 dargestellte, ungleichmäßige Anordnung aufweisenden, gitterartigen Dynoden sowie die, die in Fig. 6 dargestellte, ungleichmäßige Zwei-Zwei-Anordnung aufweisenden, gitterartigen Dynoden vorgesehen sind, weist die erfindungsgemäße Fotovervielfacherröhre im Vergleich zu der konventionellen Fotovervielfacherröhre eine 3,18-malige Erhöhung des Vervielfachungsfaktors (Aufnahme) auf. Darüberhinaus weist bei einem anderen Vergleichsexperiment unter Verwendung einer Fotovervielfacherröhre, für welche die, die in Fig. 4 dargestellte ungleichmäßige Anordnung aufweisenden, gitterartigen Dynoden sowie die, die in Fig. 8 dargestellte Matrix-Anordnung aufweisenden, gitterartigen Dynoden vorgesehen sind, die Fotovervielfacherröhre gemäß der vorliegenden Erfindung eine 5,04-malige Erhöhung des Multiplikationsfaktors (Aufnahme) auf. Hierbei handelt es sich bei den Versuchsdaten für jede der Fotovervielfacherröhren der vorliegenden Erfindung um einen Durchschnittswert von 10 Mustern, welche unter den gleichen Bedingungen hergestellt werden. Bei diesem Experiment werden folgende Abmessungen eines konidenähnlichen Abschnittes jedes Dynodenelementes 9 zugrundegelegt: obere Breite = 0,13 bis 0, untere Breite = 0,48 bis 0,5 mm; Höhe = 0,25 mm. Außerdem beträgt ein Abstand zwischen benachbarten Dynodenelementen 0,5 mm und ein Zwischenraum zwischen benachbarten Dynodenanordnungen 1,25 mm. Die Abstände zwischen dem unteren Teil jedes Dynodenelementes 9 und einer Maschenelektrode 10 unterhalb des Dynodenelementes 9 und zwischen dem oberen Teil jedes Dynodenelementes 9 und einer Maschenelektrode 10 oberhalb des Dynodenelementes 9 betragen 0,87 mm beziehungsweise 0,25 mm.

Claims (10)

1. Elektronenvervielfacherröhre, welche mehrere, in einem ersten Abstand in einer ersten Richtung angeordnete Dynodenanordnungen (6) mit einer Mehrstufenstruktur, um auftreffende Elektronen nacheinander zu vervielfachen, sowie eine Anode (4) aufweist, um die vervielfachten Elektronen aufzufangen und ein verstärktes, elektrisches Signal abzugeben, wobei jede der Dynodenanordnungen (6) mehrere stabförmige, in einem zweiten Abstand in einer zweiten Richtung angeordnete Dynodenelemente (9) und eine über jeder Dynodenanordnung (6) vorgesehene Maschenelektrode (10) zur Herstellung eines Äquipotentials aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrstufenstruktur der Dynodenanordnungen zumindest eine Gruppe benachbarter Dynodenanordnungen vorsieht, deren Dynodenelemente (9) in der ersten Richtung aufeinander ausgerichtet sind.

2. Elektronenvervielfacherröhre nach Anspruch 1, bei welcher jedes der Dynodenelemente (9) einen im wesentlichen gleichschenkligen Trapezabschnitt aufweist, wobei beide Seitenschenkel des Trapezes geringfügig nach innen gebogen sind, um die einfallenden Elektronen, welche von einer Dynodenanordnung auf einer vorherigen Stufe emittiert wurden, wirksam aufzunehmen.

3. Elektronenvervielfacherröhre nach Anspruch 1 oder 2, welche ferner eine plattenförmige, hinter der Anode (4) vorgesehene Dynode (6&sub1;&sub0;) aufweist.

4. Elektronenvervielfacherröhre nach Anspruch 3, bei welcher den Dynodenanordnungen (6), der Anode (4) und der plattenförmigen Dynode (6&sub1;&sub0;) stufenweise erhöhte Spannungen in dieser Reihenfolge zugeführt werden.

5. Elektronenvervielfacherröhre nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welcher zumindest eine Gruppe der Dynodenanordnungen (6) auf der Vorderseite der Mehrstufenstruktur vorgesehen ist.

6. Elektronenvervielfacherröhre nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welcher sämtliche Dynodenanordnungen (6) so vorgesehen sind, daß ihre Dynodenelemente in der ersten Richtung aufeinander ausgerichtet sind.

7. Elektronenvervielfacherröhre nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welcher die Dynodenelemente jeder Dynodenanordnung (6) in der zweiten Richtung in Gitterform, Maschenform oder Wabenform vorgesehen sind.

8. Elektronenvervielfacherröhre nach einem der vorangegangenen Ansprüche, welche ferner boxartige Dynoden, kreisförmige, käfigartige Dynoden, Linienfokussierungsdynoden oder jalousieartige Dynoden aufweist, welche vor der Mehrstufenstruktur der Dynodenanordnungen vorgesehen sind.

9. Elektronenvervielfacherröhre nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welcher eine Gruppe benachbarter Dynodenanordnungen zwei Dynodenanordnungen aufweist.

10. Elektronenvervielfacherröhre nach einem der vorangegangenen Ansprüche, welche ferner eine Fotokathode (1) zur Umwandlung von Licht in Fotoelektronen, eine fokussierende Elektrode (2) zur Konvergierung der Fotoelektronen auf den Dynodenanordnungen (6), um auf diese Weise das Licht in ein verstärktes, elektrisches Signal umzuwandeln, aufweist.