DE751034C - Sekundaerelektronenvervielfacher mit Fotokathode und netzfoermigen Prallelektroden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sekundärelektronenvervielfacher mit Fotokathode und netzförmigen Prallelektroden.

Beim Betrieb derartiger Vervielfacher hat sich eine Reihe von Fehlern gezeigt, die an Hand der in Abb. 1 dargestellten bekannten Anordnung näher erläutert werden mögen. In Abb. ι bedeutet 1 die Fotokathode, die von der Lichtquelle L belichtet wird, und 2 die netzförmigen Prallelektroden, zwischen denen zylinderförmige Konzentratiooselektroden 3 angeordnet sind; die Abnahmeelektrode ist mit 5 bezeichnet.

Betreibt man einen solchen Netzvervielfacher und mißt man in den Galvanometern g_t und g₂ die in die Fotokathode bzw. in das erste Netz hineinfließenden Ströme, so muß man- feststellen, daß bei einer derartigen Anordnung der Strom g₂ im allgemeinen nicht nur keine Vergrößerung gegen den Strom Jf₁ aufweist, sondern oft sogar wesentlich schwächer ist als ^₁. Andererseits beobachtet man im Dunkeln am Aufleuchten der zu diesem Zweck mit Leuchtmasse bestrichenen Glaswand an der Stelle 4 starke Ströme. Diese Erscheinung wird dadurch hervorgerufen, daß die an der Fotokathode ausgelösten Elektronen nicht sämtlich auf das erste Prallnetz 3 fallen, sondern zum Teil an diesem vorbei in den unteren Teil der Röhre

fliegen, weil sie durch die hohen Potentiale der letzten Prallelektr.oden und der Abnahmeelektrode angezogen werden. Diese Elektronen gehen aber für die Vervielfachung verloren. Schließlich beobachtet man auch, daß von der Abnahmeelektrode S Büschelentladungen ausgehen, die von Sekundärelektronen herrühren, deren Austritt durch die benachbarten Konzentrationselektroden 3 nicht verhindert werden kann.

Bei Sekundärelektronenvervielfachern mit Fotokathode werden die oben geschilderten Nachteile der bekannten Anordnung erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß zur elektronenoptischen Konzentration der Elektronen zwischen der Fotokathode und dem ersten Prallnetz die Fotokathode auf einer Hohlkugelfläche angeordnet ist, in oder in unmittelbarer Nähe von deren Mittelpunkt sich der Mittelpunkt des ersten Prallnetzes befindet, und daß zum Schutz des ersten Entladungsraumes gegen den Durchgriff positiver Spannungen von den folgenden Teilen des Vervielfachers her ein Abschirmnetz vorgesehen ist.

Eine Hohlfotokathode in einer Fotozelle mit Vervielfacher ist zwar an sich bereits bekannt, jedoch ist die hohle Form der Fotokathode bei der bekannten Anordnung lediglieh dadurch bedingt, daß die Fotokathode auf dem aus vakuumtechnischen Gründen gewölbten Boden eines Glasgefäßes aufgebracht ist. Besondere Mittel, die Fotoelektronen auf die erste Prallelektrode zu konzentrieren und den ersten Entladungsraum gegen den Durchgriff positiver Spannungen abzuschirmen, sind bei der bekannten Anordnung nicht vorhanden. Der erfindungsgemäße Vervielfacher ist beispielsweise und schematisch in Abb. 2 dargestellt. Hie* bedeutet wieder 1 die hohlkugelförmige Fotokathode, 2 die Prallelektroden, 3 die Konzentrationsringe und 5 die Abnahmeelektrode. Die letzte als Reflektor ausgebildete Prallelektrode ist mit 6 bezeichnet. Das Abschirmungsnetz, das sich zwischen der Röhrenwand und der ersten Konzentrationselektrode erstreckt, ist mit 7 angedeutet und befindet sich auf Kathodenpotential. Es ist auch möglich, an der mit 8 bezeichneten Stelle ein ringscheibenförmiges Abschirmnetz anzubringen, das sich ebenfalls auf dem Potential der Kathode oder dem einer benachbarten Elektrode befinden kann.

Mit 9 ist ein Wandbelag bezeichnet, der ebenfalls auf Kathodenpotential liegt und gleichfalls der Abschirmung des ersten Entladungsraumes sowie der Zurückdrängung von aus dem Vervielfachersystem heraustretenden Streuelektronen dient. Zur Vermeldung von Spitzenentladungen gegenüber den hohen Spannungen der letzten Prall- und Konzentrationselektroden befindet sich am Ende des Belages 9 ein wulstartiger, mit dem Belag leitend verbundener Ring 10. Auch die scharfen Kanten anderer Elektroden können durch Abrundungen gegen Spitzenentladungen geschützt sein. Aus chemischen Gründen ist es zweckmäßig, die Wandbelegung nicht aus Graphit, sondern aus einem zur Sekundärelektronenemission ungeeigneten Metall, beispielsweise aus Gold oder Platin oder einem anderen schwer oxydierbaren Metall, herzustellen.

Eine weitere Verbesserung der in Abb. 2 dargestellten Anordnung gegenüber der in Abb. ι dargestellten liegt darin, daß die Abnahmeelektrode S von dem Konzentrationszylinder 11 vollkommen umgeben ist. Dadurch wird der Austritt schneller Sekundärelektronen in den Röhrenraum verhindert.

Beim Betrieb eines so konstruierten Netzvervielfachers treten noch zwei Störungen auf: erstens die Hochspannungsstörung, zweitens die Geräuschstörung. Die Hochspannungsstörungen bestehen in winzigen Überschlagen innerhalb des Rohres, die bei der Kleinheit der zu erwartenden Signalamplituden bereits ins Gewicht fallen. Da das Rohr einige tausend Volt Betriebsspannung aushalten muß, muß jede Form von Sprüh- oder Über-Schlagserscheinung sorgfältig vermieden werden. Im normalen Röhrenbau verwendet man im allgemeinen Bariumkarbonat zum Bestreichen von Glasoberflächen. Dieses an sich nichtleitende Material bewirkt eine Aufrauhung der Oberfläche. Es vergrößert dadurch den Kriechweg, Wie jedoch gefunden wurde, eignet sich Bariumkarbonat aus chemischen Gründen bei derartigen mit Caesium aktivierten Entladungsröhren nicht. An den hochspannungsbeanspruchten Glasoberflächen wird daher kein blankes Glas, sondern ein mit Ätzmitteln vorher angerauhtes Glas verwendet. Beispielsweise wird das Glas des Fußes und der das System halternden Stäbe vorher im Fluorwasserstoffstrom rauh geätzt. Bei nachträglicher Reinigung und Trocknung ist die Oberflächenisolation solcher rauher Gläser erheblich besser als die von glatten Oberflächen, und chemische Nachteile bestehen in keiner Weise.

Was nach Beseitigung des störenden Knisterns noch verbleibt, ist das Stromgrundgeräusch, das besonders bei einem Verstärkungsgrad von io⁵ und höher eintritt. Bei diesem Grundgeräusch handelt es sich um die an der Kathode bei Zimmertemperatur thermisch ausgelösten Elektronen, die durch den Vervielfacher ebenfalls verstärkt werden. Dieses Geräusch kann dadurch vermieden werden, daß die Fotokathode, wie auch die erste Prallelektrode, durch Anwendung von

Kühlmitteln, beispielsweise durch Kohlensäureschnee oder flüssige Luft, gekühlt wird. Zu diesem Zwecke ist die Fotokathode in der in Abb. 2 dargestellten Anordnung auf der Außenwand des Bodens 12 eines nach Art eines Dewar-Gefäßes ausgebildeten Teiles angebracht, dessen Seitenwand 13 mit einem fotoelektrisch inaktiven Metall, etwa Platinstichfarbe oder Kupfer, belegt ist. Das gesamte Dewar-Gefäß ist mit dem Röhrenfuß 14 verschmolzen.

Zur Verbesserung der Wärmestrahlungsisolation kann auch die Röhrenwand in der Umgebung des Dewar-Gefäßes noch verkupfert oder versilbert sein. Alle diese Metallbelegungen können auf dem Potential der Kathode oder einem etwas höheren positiven Potential liegen. In letzterem Fall wird ihre Eigenemission) unschädlich, weil die aus ihnen gegebenenfalls austretenden Elektronen keine Anode vorfinden. Die Füllung des Dewar-Gefäßes, beispielsweise mit flüssiger Luft, ist mit 15 bezeichnet.

Hat man die Kathode auf diese Weise gekühlt, so beobachtet man sofort, daß ein großer Teil der Grundgeräusche aufhört. Ein kleiner verbleibender Rest rührt unmittelbar von der thermischen Eigenemission der ersten Netze 2 her. Man kann nun auch diese Netze noch kühlen, indem man gut wärmeleitende Stützen 16 aus Kupfer, Nickel od. dgl., die einen genügend großen Querschnitt haben, zur Befestigung des ersten Konzentrationszylinders 3 verwendet und diese Stützen gleichzeitig durch einen Ring 17 in enge Berührung mit der Seitenwand 13 des Dewar-Gefäßes bzw. mit deren metallischer Belegung bringt. Diese wärmeleitende Verbindung zwischen dem Dewar-Gefäß und der ersten Konzentrationselektrode 3 ist deswegen ohne weiteres herzustellen, weil beide Elektroden auf gleichem Potential liegen. Durch den gekühlten Konzentrationsring 3 werden dann auch die in seiner Umgebung befindlichen Prallelektroden 2 mitgekühlt.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Sekundärelektronenvervielfacher mit Fotokathode und netzförmigen Prallelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß zur elektronenoptischen Konzentration der Elektronen zwischen der Fotokathode und dem ersten Prallnetz die Fotokathode auf einer Hohlkugelfläche angeordnet ist, in oder in unmittelbarer Nähe von deren Mittelpunkt sich der Mittelpunkt des ersten Prallnetzes (2) befindet, und daß zum Schutz des ersten Entladungsraumes gegen den Durchgriff positiver Spannungen von den folgenden Teilen des Vervielfachers her ein Abschirmungsnetz (7) vorgesehen ist.
2. 2. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mit der Kathode verbundenen Wandbelag (9).
3. 3. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche scharfen Kanten sowohl vom Wandbelag wie auch von anderen Elektroden mit leitenden, abgerundeten Abschlußringen versehen sind.
4. 4. Sekundärelektroneiwervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotokathode auf der Außenwand des Bodens (12) eines Dewar-Gefäßes angebracht ist, dessen Wände zweckmäßig mit Metallüberzügen von großem Reflexionsvermögen überzogen sind.
5. 5. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Systemteile, welche elektrisch ohnehin auf gleichem Potential wie die Fotokathode liegen, mit dem Dewar-Gefäß, zweckmäßig durch Metallstützen (16) von großer Wärmeleitfähigkeit, wärmeleitend verbunden sind.
6. 6. Sekundärelektronenvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abnahmeelektrode (s) von einem gegebenenfalls als Netz ausgebildeten Metallzylinder (11) umschlossen ist, welcher sich auf niedrigerem Potential befindet als die Abnahmeelektrode und beide benachbarten Prallelektroden.
7. 7. Sekundärelektronenvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der aus Glas oder keramischen Stoffen hergestellten Innenteile als rauhe Flächen ausgebildet sind, die z. B. durch Ätzen oder Bearbeiten mit dem Sandstrahlgebläse aufgerauht sind.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

   Französische Patentschriften Nr. 792 080, 800 440, 807 669;

   britische Patentschrift Nr. 460356;
   Fernsehen und Tonfilm, 1936, S. 41 ff, insbesondere S. 44 und Abb. 12; Zeitschrift für' technische Physik, 1936, Heft 12, S. 623 fr, insbesondere S. 627 und Abb. 12.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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