DE69518703T2

DE69518703T2 - Elektronenröhre

Info

Publication number: DE69518703T2
Application number: DE69518703T
Authority: DE
Inventors: Atushi Ishikawa; Kimitsugu Nakamura; Chiyoshi Okuyama; Masayoshi Sahara; Junichi Takeuchi
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1995-06-20
Publication date: 2001-01-04
Anticipated expiration: 2015-06-21
Also published as: EP0690476A1; US5619099A; JP3054032B2; EP0690476B1; JPH0817388A; DE69518703D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Elektronenröhren, wie beispielsweise Sekundärelektronenvervielfacher, Bildverstärker und insbesondere Elektronenröhren, die eine Fotokathode besitzen, auf deren Oberfläche sich Alkalimetalldampf von in der Röhre eingeschlossenem Alkalimetalldampf abgesetzt hat.
Keramiken werden allgemein bei Sekundärelektronenvervielfachern eingesetzt, um eine Fotokathode, Dynoden und eine Anode zu isolieren. Die japanische Offenlegungsschrift Nr. SHO-62-150644 schlägt vor, die Keramik zu färben, beispielsweise schwarz, um Dunkelströme des Sekundärelektronenvervielfachers zu reduzieren.
Die Keramik kann entweder ausgehend von Mangan (Mn), das ein rötlicher Farbstoff ist, oder mit Kobalt (Co), das ein bläulicher Farbstoff ist, gefärbt werden. Kobalt ist um das Mehrfache teurer als Mangan und erzeugt zusätzlich einen bläulichen Farbstich in der schwarz gefärbten Keramik. Deshalb werden mit Mangan schwarz gefärbte Keramiken bevorzugt in LSI-Paketen und Vakuumröhren eingesetzt.
Eine Keramik besteht üblicherweise aus Al&sub2;O&sub3;, Si, Ti, Mn, Fe, Cr und ähnlichen Elementen. Allgemein werden Fe, Cr, Co, Mn, Ni, Cu und ähnliche Elemente zum Färben der Keramik verwendet.
Die Oberfläche der Fotokathode in einem Sekundärelektronenvervielfacher wird durch Einführen eines Alkalimetalldampfs in eine Elektronenröhre gebildet. Die Erfinder haben erkannt, daß eine große Menge an Alkalimetalldampf erforderlich war, damit der Alkalimetalldampf sich auf der Oberfläche der Fotokathode ablagert.
Die Erfinder haben herausgefunden, daß die Notwendigkeit für eine große Menge von Alkalimetalldampf von der Aufnahme des Metalldampfs durch gefärbte Keramiken herrührt, die die verschiedenen Elektroden isolieren und halten. Es ist wünschenswert, diese Art von Elektrodenröhre so zu gestalten, daß nur ein minimaler Betrag von Alkalimetall verwendet wird, denn, je niedriger der Alkalimetallanteil ist, um so besser sind die Eigenschaften im Hinblick auf die Sekundärelektronenumwandlungsempfindlichkeit und den Dunkelstrom. Die Wartungsabstände der Sekundärelektronenvervielfacher werden ebenfalls verlängert, wenn die in der Keramik enthaltene Menge an Alkalimetall vermindert wird.
Erfindungsgemäß weist eine Elektronenröhre folgendes auf:
Einen Behälter mit einem Innenraum,
eine Fotokathode mit einer Oberfläche, auf welcher Alkalimetalldampf abgelagert ist,
mehrere Elektroden und
ein gefärbtes Isolierungselement, das in dem Innenraum des Behälters angeordnet ist und das die Fotokathode sowie die mehreren Elektroden elektrisch isoliert,
dadurch gekennzeichnet, daß das gefärbte Isolierungselement einen Manganoxidanteil von 3 Gew.-% oder weniger enthält.
Die Menge an Alkalimetall, das durch das Isolierungsmaterial absorbiert wird, kann ausreichend durch Färben des Isolierungsmaterials unterdrückt werden, indem der MnO-Gehalt ungefähr 3 Gew.-% oder weniger beträgt. Als ein Ergebnis kann die Menge an Alkalimetall, die in die Elektronenröhre eingeführt wird, auf eine minimale Menge beschränkt werden und ein hervorragendes Signal zu Rauschen-Verhältnis für die Elektronenröhre erzielt werden.
Ausführungsbeispiele von Elektronenröhren in Übereinstimmung mit dieser Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die schematisch den inneren Aufbau eines Sekundärelektronenvervielfachers als ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Elektronenröhre zeigt,
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt einer Sekundärelektronenröhre nach Fig. 1 zeigt,
Fig. 3 zeigt ein Erklärungsdiagramm, das während der Messung verwendete Proben zeigt,
Fig. 4 zeigt eine Tabelle mit den Meßergebnissen,
Fig. 5 zeigt ein Diagramm mit den Meßergebnissen,
Fig. 6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die einen Bildverstärker als eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 7A zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die einen Sekundärelektronenvervielfacher mit einem Isolator zeigt, und
Fig. 7B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die einen Abschnitt eines Sekundärelektronenvervielfachers aus Fig. 7A zeigt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Sekundärelektronenvervielfacher, der eine Elektronenröhre ist. Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung eines üblichen Sekundärelektronenvervielfachers. Der Sekundärelektronenvervielfacher 10 weist eine Fotokathode 13, einen Elektronenvervielfacherabschnitt 14 und eine Anode 15 auf, die innerhalb einer Vakuumhülle 11 angeordnet ist. Die Fotokathode 13 ist eine Elektrode, die verwendet wird, um eine fotoelektrische Emission zu erhalten, wenn sie bestrahlt wird. Die Fotokathode 13 erzeugt Sekundärelektronen durch den Empfang von Strahlungsenergie in dem ultravioletten, sichtbaren oder nahen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums durch das Einlaßfenster 12. Der Elektronenvervielfacherabschnitt 14 ist aus mehrstufigen "boxen-artigen" Dynoden 14a aufgebaut, die zu einer "Sekundäremissionsverstärkung" fähig sind. Besonders Fotoelektronen, die in der Fotokathode 13 erzeugt werden, werden emittiert und durch ein geeignetes elektrisches Feld zu einer Dynode erster Stufe gelenkt. Eine Anzahl von Sekundärelektronen wird an dieser Dynode emittiert, um auf ein erstes Fotoelektron aufzutreffen. Die sekundären Elektronen werden nachfolgend zu einer Dynode zweiter Stufe usw. gelenkt, bis eine endgültige Verstärkung erreicht ist. Die Elektronen von der letzten Dynode werden an einer Anode 15 gesammelt, die den Signalstrom, der ausgelesen wird, bereitstellt.
Plattenförmige Trägerelektroden 16 sind vorgesehen, um jede Dynode 14a zu halten. Jede Dynode 14a und die Trägerelektroden 16, die die Dynode 14a tragen, sind elektrisch miteinander verbunden.
Ein schwarz gefärbter Abstandshalter 17, der aus einem keramischen Isolationsmaterial hergestellt ist, ist zwischen benachbarten Trägerelektroden 16 angeordnet. Die Trägerelektroden 16 und die Anode 15 werden auf der Vakuumhülle 11 durch mehrere Abstandshalter 17 (siehe Fig. 2) gehalten und sind an dieser befestigt. Die Zusammensetzung des Keramikmaterials, aus dem die Abstandshalter 17 bestehen, wurde basierend auf den nachfolgenden Tests bestimmt.
Proben 1 bis 5 aus gefärbter Keramik, die den gefärbten Abstandshaltern entsprechen, werden innerhalb eines Glasbehälters so wie in Fig. 3 dargestellt, angeordnet. Ein Zusammensetzungsverhältnis von jeder der Proben 1 bis 5 ist in Fig. 4 wiedergegeben. Die Elemente in jeder Probe werden den Proben zum Zeitpunkt der Herstellung der Keramik zugesetzt.
Nachfolgend wird ein Metalldampf aus Kalium (K), Rubidium (Rb) und Cäsium (Cs), welches Alkalimetalle sind, die zur Ablagerung auf den Oberflächen der Fotokathoden 13 verwendet werden, in den Glasbehälter 100 eingeführt. Anschließend wird der Glasbehälter 100 zu einem Vakuum von ungefähr 133,3 · 10&supmin;&sup7; Pa (10&supmin;&sup7; torr) evakuiert und anschließend abgedichtet.
Anschließend werden die Proben 1 bis 5 aus dem Glasbehälter 100 genommen und die Menge an absorbiertem Alkalimetall nahe der Oberfläche von jeder Probe unter Verwendung eines Röntgenstrahlfluoreszenzspektrometers untersucht. Dieses Gerät bestrahlt zunächst jede Probe mit Röntgenstrahlen und untersucht die Energieverteilung der erzeugten Röntgenstrahlung. Die Zusammensetzung der Elemente in der Probe kann aus den detektierten Energiewerten bestimmt werden. Auch die Menge in jeder Zusammensetzung kann aus der Intensität der Fluoreszenzröntgenstrahlung bestimmt werden.
Die Ergebnisse von diesen Messungen sind auf der rechten Seite von Tabelle 4 dargestellt. Die Tabelle zeigt die elementweise Zusammensetzung der Proben 1 bis 5 und ebenfalls die entsprechende Menge von absorbiertem Alkalimetall, wie es durch die Fluoreszenzröntgenanalyse und die charakteristische Röntgenintensität bestimmt wurde. Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den Ergebnissen dieser Messung und der Menge an MnO, die in jedem gefärbten keramischen Material enthalten ist, zeigt. Es ist ersichtlich, daß die Menge an absorbiertem Alkalimetall im Fall von K, Rb und Cs deutlich ansteigt, wenn der MnO-Gehalt 3 Gew.-% übersteigt.
Sekundärelektronenvervielfacher mit gefärbten Abstandshaltern, die einen MnO- Gehalt von 3 Gew.-% oder weniger besitzen, zeigen weniger Dunkelströme, als Sekundärelektronenvervielfacher mit gefärbten Abstandshaltern, die einen MnO-Gehalt von mehr als 3 Gew.-% aufweisen. Ein Dunkelstrom ist ein Strom, der in dem Kathodenkreis oder dem Anodenkreis in Abwesenheit von Licht oder Strahlung aus dem Spektrum, in welchem der Sekundärelektronenvervielfacher sensitiv ist, fließt. Ein Grund für die Reduzierung des Dunkelstroms besteht darin, daß das MnO, welches hochreaktiv mit Alkalimetallen ist, reduziert oder vollständig während der Herstellung von Sekundärelektronenvervielfachern entfernt wird. Während der Messungen wurde die Menge an Alkalimetall, d. h. K, Cs, Rb und ähnlichen Elementen, die in der Vakuumumhüllung eingeschlossen sind, auf die Hälfte reduziert.
Leckströme oder ungewöhnliches Aufleuchten, das die Ursache für Dunkelströme ist, wurden auf ein Viertel oder ein Sechstel während der Sekundärelektronenvervielfachung reduziert. Dunkeltreffer waren ebenfalls reduziert.
Die Fig. 7A und 7B zeigen ebenfalls, daß dieselben Ergebnisse gewonnen werden können, wenn das Isolationsmaterial zum Halten der Dynoden 24a in dem Sekundärelektronenvervielfacher ein schwarz gefärbter, plattenförmiger Isolator 24a ist, solange der MnO-Gehalt des schwarz gefärbten Isolators 24a 3 Gew.-% oder weniger beträgt.
Obwohl die oben erwähnte Ausführungsform eines Sekundärelektronenvervielfachers an einer Elektronenröhre verdeutlicht wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern kann ebenfalls auf einen Bildverstärker wie in Fig. 6 gezeigt, angewendet werden. In diesem Fall sind die Elektrodenplatten 61 einzeln durch schwarz gefärbte Keramiken 60 gehalten, die an der äußeren Wand des Verstärkergehäuses befestigt sind. Dieser Aufbau erlaubt die Anwendung von Hochspannung. Die Bezugszeichen 62, 63 und 64 stehen für ein Eingangsfenster, eine Fotokathode bzw. eine Mikrokanalplatte (MCP). Der an der MCP 64 multiplizierte Elektronenstrom wird in ein sichtbares Bild auf dem Phosphorschirm 65 umgeformt und über eine faseroptische Platte (FOP) 66 ausgegeben.
Die vorliegende Erfindung ist auf andere Elektronenröhren anwendbar insoweit, als das Alkalimetall eingeführt und in der Hülle gehalten ist.
Wie oben beschrieben, zeigt eine erfindungsgemäße Elektronenröhre, die ein Isolierungsmaterial mit einem MnO-Gehalt von 3 Gew.-% oder weniger aufweist, weniger Kriechströme, die Dunkelströme und ungewöhnliches Aufleuchten von Licht während der Sekundärelektronenvervielfachung bewirken. Die vorliegende Erfin dung stellt eine Elektronenröhre mit einem exzellenten Signal zu Rauschen-Verhältnis bereit.

Claims

1. Elektronenröhre (10) folgendes aufweisend:

einen Behälter (11), mit einem Innenraum,

eine Fotokathode (13), die eine mit Alkalimetalldampfablagerungen versehene Oberfläche aufweist,

mehrere Elektroden (15, 16) und

ein gefärbtes Isolationselement (17), das in dem Innenraum des Behälters angeordnet und die Fotokathode (13) und die mehreren Elektroden (15, 16) isoliert, dadurch gekennzeichnet, daß das gefärbte Isolationselement (17) einen Manganoxidgehalt von 3 Gew.-% oder weniger aufweist.

2. Elektronenröhre nach Anspruch 1, die ebenfalls folgendes aufweist: Vervielfachungseinrichtungen (14) zur Vervielfachung der von der Fotokathode (13) emittierten Elektronen und zur Erzeugung von sekundären Elektronen, eine Anode (15), die die sekundären Elektronen von der Vervielfachungseinrichtung (14) empfängt und ein Ausgangssignal ausgibt.

3. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gefärbte Isolationselement (17) aus Keramik besteht.

4. Elektronenröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gefärbte Isolationselement Manganoxid als Färbemittel aufweist.

5. Elektronenröhre nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (11) eine mit der Atmosphäre verbundene Leitung aufweist, ein Alkalimetalldampf durch die Leitung in den Innenraum des Behälters (11) zur Ablagerung des Alkalimetalldampfs auf der Oberfläche der Fotokathode (13) eingeführt ist, wobei die Leitung nachdem eine vorbestimmte Menge an Alkalimetalldampf in den Innenraum des Behälters (11) eingeführt wurde, anschließend verschlossen wird.

6. Elektronenröhre nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkalimetalldampf aus Kalium, Rubidium oder Cäsium besteht.