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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
einer speziellen Ausführungsform
der Erfindung weist die Dynodenebene in Bezug auf die Röhrenachse
einen Winkel von annähernd
90° auf.
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Eine
solche Konfiguration ermöglicht
eine maximale Reduzierung des Einflusses der Aufeinanderfolge von
Rajkman-Dynoden
auf die Gesamtlänge der
Röhre.
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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.
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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.
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EP-A-0671757
beschreibt einen Photovervielfacher mit einer Dynodeneinheit mit
Kästen
und Gittern, einer Dynodeneinheit in Reihe und, zwischen diesen
Einheiten, einer Verbindungsdynode.
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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.
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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.
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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.