DE69820228T2 - Photovervielfacherröhre reduzierter länge - Google Patents

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J43/00Secondary-emission tubes; Electron-multiplier tubes
    • H01J43/04Electron multipliers
    • H01J43/06Electrode arrangements

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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Photovervielfacherröhre mit:
    einer Photokathode, die auf ein erstes elektrisches Potential eingestellt werden kann und eine photoempfindliche, halb lichtdurchlässige Schicht aufweist, die von außerhalb der Röhre eine Beleuchtung aufnehmen kann und ins Innere der Röhre einen Elektronenfluß abgeben kann, dessen Dichte von der Intensität der durch die Photokathode aufgenommenen Beleuchtung abhängt,
    einer Fokussierungsoptik, die eine erste Dynode umfaßt, die auf ein zweites elektrisches Potential gebracht werden kann, dessen Wert über dem des ersten liegt, und die eine sog. rückstrahlende Oberfläche aufweist, die aus einem Material gebildet ist, welches die Sekundär-Emissionserscheinungen begünstigt, wobei die Oberfläche auf der Seite der Photokathode konkav ist, und
    mehreren Rajkman-Dynoden, die auf beiden Seiten einer Dynodenebene genannten Ebene angeordnet sind, wobei die erste der Dynoden dem Ausgang der Fokussierungsoptik am nächsten gelegen ist und auf ein drittes elektrisches Potential gebracht werden kann, dessen Wert über dem des zweiten liegt, wobei jede der nachfolgenden Dynoden auf ein elektrisches Potential gebracht werden kann, dessen Wert über dem des Potentials der vorhergehenden Dynode liegt, wobei die mehreren Dynoden den aus der Fokussierungsoptik kommenden Elektronenfluß aufnehmen und verstärken können.
  • Bei den meisten Photovervielfacherröhren, welche Rajkman-Dynoden gemäß dem oben beschriebenen Prinzip einsetzen, liegt die Ebene der Dynoden parallel zur Röhrenachse. Die Dimension der Röhre entlang dieser Achse, die als Röhrenlänge bezeichnet wird, ist also wichtig. Dies kann bei zahlreichen Anwendungen hinderlich sein, beispielsweise wenn die Röhre bei einer Gamma-Kamera für die Erfassung von Strahlungen eingesetzt wird, wobei man über Röhren reduzierter Länge verfügen will, um den Platzbedarf der Vorrichtung, in die sie integriert sind, zu verringern.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen, indem eine Photovervielfacherröhre vorgeschlagen wird, bei der die Ebene der Dynoden nicht parallel zur Röhrenachse ist.
  • Eine Photovervielfacherröhre, wie sie im einleitenden Abschnitt beschrieben wurde, ist gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierungsoptik außerdem eine zweite Dynode umfaßt, die auf ein Potential gebracht werden kann, dessen Wert zwischen demjenigen der zweiten und dritten Potentiale liegt, und die zweite Dynode eine konkave rückstrahlende Oberfläche auf der Seite der rückstrahlenden Oberfläche der ersten Dynode aufweist, wobei die Ebene der Dynoden im Verhältnis zur Röhrenachse, die als eine zur Mitte der Photokathode senkrechte Achse definiert ist, einen Winkel von über 45° aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Konkavität der ersten Rajkman-Dynode zur rückstrahlenden Oberfläche der zweiten Dynode hin gerichtet ist.
  • Bei einer solchen Photovervielfacherröhre ist der Platzbedarf, in der Längenrichtung betrachtet, infolge der Aufeinanderfolge der Rajkman-Dynoden umso reduzierter, als der Winkel zwischen der Dynodenebene und der Röhrenachse groß ist. Die zweite Dynode ermöglicht eine Umrichtung des aus der ersten Dynode austretenden Elektronenflusses zur ersten Rajkman-Dynode. Die zweite Dynode kann vorteilhafterweise mit einem leitenden Gitter versehen sein, das über der von dem Elektronenfluss zwischen der ersten und der zweiten Dynode zurückgelegten Wegstrecke angeordnet sein kann, wobei das Gitter auf ein Potential gebracht wird, das in Nähe desjenigen der zweiten Dynode liegt.
  • In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung weist die Dynodenebene in Bezug auf die Röhrenachse einen Winkel von annähernd 90° auf.
  • Eine solche Konfiguration ermöglicht eine maximale Reduzierung des Einflusses der Aufeinanderfolge von Rajkman-Dynoden auf die Gesamtlänge der Röhre.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Photovervielfacherröhre, wie sie oben beschrieben wurde, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gitter umfasst, das zwischen der zweiten Dynode und der ersten Rajkman-Dynode angeordnet ist und auf ein elektrisches Potential gebracht werden kann, das im Bereich von demjenigen liegt, auf das die zweite Rajkman-Dynode gebracht wird.
  • Das Vorhandensein des Gitters ermöglicht es, die Wirksamkeit der (Elektronen-)Sammlung der Ebene der ersten Rajkman-Dynode zu erhöhen, d. h. das Verhältnis zwischen der Anzahl von von der Dynode empfangenen Elektronen und der Anzahl von von der zweiten Dynode emittierten Elektronen. Das Gitter erzeugt nämlich lokal ein elektrisches Feld, das im wesentlichen parallel zur Wegstrecke zwischen der zweiten Dynode und der ersten Rajkman-Dynode ist, und das die Elektronen in deren Umgebung beschleunigt und sie zur ersten Rajkman-Dynode hin richtet.
  • EP-A-0671757 beschreibt einen Photovervielfacher mit einer Dynodeneinheit mit Kästen und Gittern, einer Dynodeneinheit in Reihe und, zwischen diesen Einheiten, einer Verbindungsdynode.
  • Die Erfindung ist anhand der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform besser verständlich, die als nichteinschränkendes Beispiel und in Bezug auf die 1 vorgenommen wurde, welche eine schematische Schnittansicht einer Photovervielfacherröhre gemäß der Erfindung darstellt. Die Schnittebene ist parallel zu einer Achse TAX, die als Röhrenachse bezeichnet wird, und senkrecht zu einer als Dynodenebene bezeichneten Ebene, deren Schnittstelle mit der Schnittebene hier durch eine Achse DP dargestellt ist. Die Photovervielfacherröhre weist eine äußere Glasumhüllung TU auf, die beispielsweise drehsymmetrisch in Bezug auf die Röhrenachse TU sein kann und von der eine Fläche, die senkrecht zur Röhrenachse TAX ist, eine Photokathode PK trägt, die auf ein erstes elektrisches Potential gebracht werden kann und eine halb-lichtdurchlässige, lichtempfindliche Schicht aufweist. Diese Photovervielfacherröhre umfasst außerdem eine Fokalisierungsoptik, welche eine erste Dynode D1 aufweist, die auf ein zweites elektrisches Potential gebracht werden kann, dessen Wert über dem des ersten liegt, und die eine sogenannte re-emittierende Oberfläche aufweist, die aus einem Material besteht, das die Sekundär-Emissionserscheinungen begünstigt, wobei die Oberfläche auf der Seite der Photokathode PK konkav ist. Die Fokalisierungsoptik umfasst außerdem eine zweite Dynode D2, die auf ein Potential gebracht werden kann, dessen Wert über demjenigen des zweiten Potentials liegt, und die eine re-emittierende, konkave Oberfläche auf der Seite der re-emittierenden Oberfläche der ersten Dynode D1 aufweist. Die Photovervielfacherröhre umfasst ferner mehrere Rajkman-Dynoden D3, ..., D8, die dazu bestimmt sind, den von der Fokalisierungsoptik kommenden Elektronenfluss zu empfangen und zu verstärken, und die auf beiden Seiten der Dynodenebene angeordnet sind, wobei die erste der Dynoden, D3, dabei der zweiten Dynode D2 am nächsten liegt und dazu vorgesehen ist, auf ein drittes elektrisches Potential gebracht zu werden, dessen Wert über demjenigen des Potentials der zweiten Dynode D2 liegt. Die Konkavität der ersten Rajkman-Dynode D3 ist auf die re-emittierende Oberfläche der zweiten Dynode D2 gerichtet. Jede der folgenden Dynoden D4, ..., D8 ist dazu bestimmt, auf ein elektrisches Potential gebracht zu werden, dessen Wert über demjenigen des Potentials der Dynode, die ihr vorausgeht, liegt. Die Achse DP weist in Bezug auf die Röhrenachse TAX einen Winkel β von annähernd 90° auf. Die Photovervielfacherröhre umfasst schließlich ein Gitter Gd, das beispielsweise aus leitenden Stäben gebildet ist und zwischen der zweiten Dynode D2 und der ersten Rajkman-Dynode D3 angeordnet ist und dazu vorgesehen ist, auf ein elektrisches Potential gebracht zu werden, das in der Nähe von demjenigen liegt, auf das die zweite Rajkman-Dynode D4 gebracht wird.
  • Wenn die Photokathode PK einer Beleuchtung ausgesetzt wird, und die empfangenen Photonen mit ausreichender Energie ausgestattet sind, emittiert die lichtempfindliche Schicht ins Innere der Röhre einen Elektronenfluss, dessen Dichte somit von der Beleuchtungsstärke abhängt. Diese Elektronen werden von der ersten Dynode D1 infolge der zwischen der ersten Dynode D1 und der Photokathode PK bestehenden Potentialdifferenz gesammelt, was ein elektrisches Feld erzeugt, das von der ersten Dynode D1 zur Photokathode PK gerichtet ist. Die erste Dynode D1 re-emittiert infolge von dem Fachmann bekannten Sekundär-Emissionserscheinungen eine größere Anzahl von Elektronen als die Anzahl gesammelter Elektronen und realisiert dabei eine erste Verstärkung der Dichte des Elektronenflusses. Die von der ersten Dynode D1 re-emittierten Elektronen werden von der zweiten Dynode D2 infolge der zwischen der zweiten Dynode D2 und der ersten Dynode D1 bestehenden Potentialdifferenz gesammelt, was ein elektrisches Feld erzeugt, das von der zweiten Dynode D2 zur ersten Dynode D1 hin gerichtet ist. Die von der zweiten Dynode D2 re-emittierten Elektronen werden von dem lokal um das Gitter Gd herum herrschenden elektrischen Feld beschleunigt, was es ermöglicht, sie zur ersten Rajkman-Dynode D3 hin zu richten, die somit eine hohe Sammeleffizienz aufweist. Schließlich wird der Elektronenfluss sukzessiven Verstärkungen unterzogen, die von den Rajkman-Dynoden gemäß einem dem Fachmann bekannten Prozess ausgeführt werden, der hier nicht weiter behandelt wird, bevor sie zu einer Anode AN gelangen, welche den Ausgang der Röhre bildet und eine elektronische Information bereitstellt, die repräsentativ für die von der Photokathode PK empfangene Beleuchtung ist.
  • Die Struktur der Fokalisierungsoptik D1, D2 ermöglicht also die Umrichtung des Elektronenflusses zur ersten Rajkman-Dynode, wenn die Dynodenebene in Bezug auf die Röhrenachse TAX einen großen Winkel aufweist. Die Nützlichkeit dieser Anordnung ist in diesem Beispiel klar erkennbar, bei dem der Winkel β annähernd 90° beträgt, was eine maximale Reduzierung des Platzbedarfs aufgrund der Aufeinanderfolge der Rajkman- Dynoden D3, ..., D8 und damit der Gesamtlänge der Röhre ermöglicht.

Claims (4)

  1. Photovervielfacherröhre mit: einer Photokathode (PK), die auf ein erstes elektrisches Potential eingestellt werden kann und eine photoempfindliche, halb lichtdurchlässige Schicht aufweist, die von außerhalb der Röhre eine Beleuchtung aufnehmen kann und ins Innere der Röhre einen Elektronenfluß abgeben kann, dessen Dichte von der Intensität der durch die Photokathode aufgenommenen Beleuchtung abhängt, einer Fokussierungsoptik, die eine erste Dynode (D1) umfaßt, die auf ein zweites elektrisches Potential gebracht werden kann, dessen Wert über dem des ersten liegt, und die eine sogenannte rückstrahlende Oberfläche aufweist, die aus einem Material gebildet ist, welches die Sekundär-Emissionserscheinungen begünstigt, wobei die Oberfläche auf der Seite der Photokathode konkav ist, und mehreren Rajkman-Dynoden (D3 bis D8), die auf beiden Seiten einer Dynodenebene genannten Ebene (DP) angeordnet sind, wobei die erste (D3) der Dynoden dem Ausgang der Fokussierungsoptik am nächsten gelegen ist und auf ein drittes elektrisches Potential gebracht werden kann, dessen Wert über dem des zweiten liegt, wobei jede der nachfolgenden Dynoden auf ein elektrisches Potential gebracht werden kann, dessen Wert über dem des Potentials der vorhergehenden Dynode liegt, wobei die mehreren Dynoden den aus der Fokussierungsoptik kommenden Elektronenfluß aufnehmen und verstärken können, wobei die Fokussierungsoptik außerdem eine zweite Dynode (D2) umfaßt, die auf ein Potential gebracht werden kann, dessen wert zwischen demjenigen der zweiten und dritten Potentiale liegt, und die zweite Dynode eine konkave rückstrahlende Oberfläche auf der Seite der rückstrahlenden Oberfläche der ersten Dynode (D1) aufweist, wobei die Ebene (DP) der Dynoden im Verhältnis zur Röhrenachse (TAX), die als eine zur Mitte der Photokathode senkrechte Achse definiert ist, einen Winkel von über 45° aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Konkavität der ersten Rajkman-Dynode (D3) zur rückstrahlenden Oberfläche der zweiten Dynode (D2) hin gerichtet ist.
  2. Photovervielfacherröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene (DP) der Dynoden im Verhältnis zur Röhrenachse (TAX) einen Winkel von annähernd 90° aufweist.
  3. Photovervielfacherröhre nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gitter (Gd) umfaßt, das zwischen der zweiten Dynode (D2) und der ersten Rajkman-Dynode (D3) angeordnet ist und auf ein elektrisches Potential gebracht werden kann, das im Bereich von dem liegt, auf das die zweite Rajkman-Dynode (D4) gebracht wird.
  4. Photovervielfacherröhre nach Anspruch 3, wobei das Gitter (Gd) aus leitenden Stäben gebildet ist.
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