DE757172C

DE757172C - Secondary electron multiplier with impact electrodes at continuously higher potential

Info

Publication number: DE757172C
Application number: DEM141353D
Authority: DE
Inventors: George Baldwin Banks
Original assignee: Marconis Wireless Telegraph Co Ltd
Current assignee: Marconis Wireless Telegraph Co Ltd
Priority date: 1937-04-15
Filing date: 1938-04-15
Publication date: 1952-06-05
Also published as: GB493861A

Description

Die Erfindung betrifft einen Sekundärelektronenvervielfacher, dessen aufeinanderfolgende Prallelektroden an fortschreitend höheneni Potential liegen.The invention relates to a secondary electron multiplier, its successive Impact electrodes are at progressively higher potential.

Ein Teil einer bekannten Ausführungsform eines Sekundärelektronenvervielfachers ist in Abb. ι schematisch dargestellt. Dieser enthält eine Reihe von sekundäremittietrenden Platten (Prallelektroden) S₁, S₂, S₃, die praktisch in einer Ebene angeordnet sind und jeweils einer Beschleunigungselektrodte F₁, F₂, F₃ gegenüberstehen. Die Beschleunigungs-Part of a known embodiment of a secondary electron multiplier is shown schematically in Fig. Ι. This contains a number of secondary emitting plates (impact electrodes) S ₁ , S ₂ , S ₃ , which are practically arranged in one plane and each face an acceleration electrode F ₁ , F ₂ , F _3. The acceleration

elektroden liegen praktisch in. einer zur Ebene der Prallplatten parallelen Ebene. Die aufeinanderfolgenden sekundäremittierenden Elektroden S₁, S₂, S₃ liegen fortschreitend an höherem Potential, das so gewählt ist, daß die Sekundärelektronen unter der Wirkung eines parallel zu den Elefctrodenebenen und senkrecht zur Entladungsrichtung verlaufenden Magnetfeldes in zykloidenförmigen Bahnen (angedeutet durch die punktierten Linien) von einer Prallelektrode zur nächsten wandern. Die an der letzten PrallelektrodeElectrodes are practically in a plane parallel to the plane of the baffle plates. The successive secondary emitting electrodes S ₁ , S ₂ , S ₃ are progressively at a higher potential, which is chosen so that the secondary electrons under the effect of a magnetic field running parallel to the electrode planes and perpendicular to the discharge direction in cycloid-shaped paths (indicated by the dotted lines) migrate from one impact electrode to the next. The one on the last impact electrode

ausgelösten Sekundärelektronen gehen zu einer Auffangelektrode O₁ die im allgemeinen zwischen den Ebenen der Prallelektroden und der Beschleunigungselektroden, und zwar senkrecht zu diesen Ebenen angeordnet ist. Gewöhnlich verbindet man jede Prallelektrode und oft auch eine Beschleunigungselektrode mit je einem Abgriff P₁, P₂, P₃ eines Spannungsteilers, der mit Gleichspannung gespeist ίο wird. Die für jede Vervielfacherstufe erforderlichen Spannungen liegen zwischen jo und 350 Volt.Released secondary electrons go to a collecting electrode O ₁ which is generally arranged between the planes of the impact electrodes and the acceleration electrodes, namely perpendicular to these planes. Usually, each impact electrode and often also an acceleration electrode are connected to a tap P ₁ , P ₂ , P _{3 of} a voltage divider that is fed with direct voltage. The voltages required for each multiplier are between 3 and 350 volts.

Ein Xaehteil des oben beschriebenen Spannungsteilers besteht darin, daß die Potentiale der einzelnen Prallelektroden S₁, S₂, S_ä nicht auf ihren vorbestimmten Werten stehenbleiben, da jede Prallelektrode Strom aufnimmt und dadurch zwangsläufig auch ihr Potential ändert. Diese Erscheinung macht sich besonders stark in den letzten Stufen eines Vervielfachers, wo die Spitzenströme sehr groß werden können, bemerkbar.A Xaehteil of the voltage divider described above is that the potentials of the individual electrodes baffle S _1, S _2, S _etc. are not remain at their predetermined values, because each baffle electrode receives current and thereby inevitably also alters their potential. This phenomenon is particularly noticeable in the last stages of a multiplier, where the peak currents can be very large.

Dieser Xachteil soll an Hand der letzten Vervk'lfacherstufen in Abb. 1 näher betrachtet werden. Der Widerstand zwischen den beiden Abgriffen P₂, P₃ habe den Wert R. Es sei ferner der Strom im Spannungsteiler infolge der an den' Enden angelegten Spannung gleich / und der Elektronenstrahl zwischen der vorletzten Prallelektrode JT₂ und der letzten S_s gleich /'. Dieser Elektronenstrom rlieiät durch den Widerstand R dem Strom / entgegen, und infolgedessen ist der tatsächliche Potentialunterschied zwischen der letzten und der vorletzten Prallelektrode gleich R (J-I'). Offenbar rufen also Schwankungen von /' auch Schwankungen des tatsächlichen Potentials hervor. Man kann zwar den Einfluß dieser Schwankungen dadurch herabsetzen, daß man / sehr viel größer als den Spitzenwert von Γ wählt, doch -ist dieses Hilfsmittel sowohl hinsichtlich des Leistungsverbrauches wie hinsichtlich der Kosten des Spannungsteilers unwirtschaftlich. Bei einem Sekundärelektronenvervielfacher, dessen aufeinanderfolgende Prallelektroden an fortschreitend höherem Potential liegen und dieses Potential von einem Spannungsteiler erhalten, besteht erfindungsgemäß jeder zu zwei aufeinanderfolgenden Prallelekroden gehörende Abschnitt des Spannungsteilers, zumindest aber der zur letzten und vorletzten Prallelektrode gehörende Abschnitt aus einem spannungskonstanten Widerstand, z. B. einer dampf- oder gasgefüllten Entladungsröhre. ' Die in Reihe geschalteten Entladungsröhren bilden mit einem als Schutzwiderstand die- ' nenden gewöhnlichen Widerstand den Span- '' nungsteiler. Bekanntlich ist der Spannungsfio abfall in einer Niederdruckgasentladungs- j röhre praktisch konstant, also über einen j großen Bereich von dem durch die Röhre fließenden Strom unabhängig. Der Spannungsabfall ist durch die Art und den Druck des Gases und durch die Austrittsarbeit des Kathodenmaterials der Entladungsröhre bestimmt. This disadvantage is to be examined in more detail using the last stages of reduction in Fig. 1. The resistance between the two taps P ₂ , P ₃ have the value R. Let the current in the voltage divider due to the voltage applied to the ends be equal to / and the electron beam between the penultimate impact electrode JT ₂ and the last S _s equal / ' . This electron current flows through the resistance R against the current /, and consequently the actual potential difference between the last and the penultimate impact electrode is equal to R (J-I '). Apparently, fluctuations in / 'also cause fluctuations in the actual potential. You can reduce the influence of these fluctuations by choosing / much larger than the peak value of Γ , but this aid is uneconomical both in terms of power consumption and in terms of the cost of the voltage divider. In the case of a secondary electron multiplier whose successive impact electrodes are at progressively higher potential and receive this potential from a voltage divider, according to the invention, each section of the voltage divider belonging to two successive impact electrodes, but at least the section belonging to the last and penultimate impact electrode, consists of a voltage-constant resistor, e.g. B. a vapor or gas-filled discharge tube. The discharge tubes connected in series form the voltage divider with an ordinary resistor that serves as a protective resistor. It is known that the voltage drop in a low-pressure gas discharge tube is practically constant, that is to say independent of the current flowing through the tube over a large range. The voltage drop is determined by the type and pressure of the gas and by the work function of the cathode material of the discharge tube.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in Abb. 2 dargestellt. Dort besteht der Spannungsteiler aus einer Reihenschaltung von Gasentladungsröhren. Er liefert die Betriebsspannungen für einen Sekundärelektronen- \-ervielfacher, bei dem in an sich bekannter Weise jede Beschleunigungselektrode mit der Prallelektrode der nächstfolgenden Stufe verbunden ist. Zwischen der Primärkathode K und der ersten Prallelektrode S₁, zwischen je einem Paar von benachbarten Prallelektroden und zwischen der letzten Prallelektrode S- und der Auffangelektrode 0, im letzten Fall in Reihe mit einem Widerstand R₂. ist eine gasgefüllte Entladungsröhre geschaltet. Der dargestellte Vervielfacher weist fünf Prallelektroden S₁, S₂, S_s, S₁, S-, sechs Beschleunigungselektroden P₁, P₂, P₃, P₄, Pfcj P₆, eine Primärkathode K und eine Auffangelektrode 0 auf. Die den Spannungsteiler bildendien Entladungsröhren sind mit DT₁, DT₂ ... DT₆ bezeichnet. Iu Reihe mit diesen Entladungsröhren liegt ein gewöhnlicher, vorzugsweise regelbarer Widerstand R₁, der als Schutzwiderstand dient. Die Anode des Elektronenvervielfachers ist über einen Ausgangswiderstand R₂ mit einem Punkt zwischen dem Schutzwiderstand R₁ und der Entladungsröhre DT₆ verbunden; die letzte Beschleunigungselektrode P,. ist mit dem gleichen Punkt verbunden.One embodiment of the invention is shown in FIG. There the voltage divider consists of a series connection of gas discharge tubes. It supplies the operating voltages for a secondary electron multiplier in which each acceleration electrode is connected in a known manner to the impact electrode of the next stage. Between the primary cathode K and the first impact electrode S ₁ , between each pair of adjacent impact electrodes and between the last impact electrode S and the collecting electrode 0, in the latter case in series with a resistor R ₂ . a gas-filled discharge tube is connected. The illustrated multiplier has five impact electrodes S ₁ , S ₂ , S _s , S ₁ , S-, six acceleration _{electrodes P 1} , P ₂ , P ₃ , P ₄ , Pfcj P ₆ , a primary cathode K and a collecting electrode 0 . The discharge tubes that form the voltage divider are labeled DT ₁ , DT ₂ ... DT _6. In the series with these discharge tubes there is an ordinary, preferably adjustable resistor R ₁ , which serves as a protective resistor. The anode of the electron multiplier is connected via an output resistor R ₂ to a point between the protective resistor R ₁ and the discharge tube DT ₆ ; the last acceleration electrode P ,. is connected to the same point.

Die verwendeten Gasentladungsröhren, die nicht Gegenstand der Erfindung sind, können beispielsweise, wie an sich bekannt, je zwei Elektroden P₁, P₂ enthalten (Abb. 3), die ineinandergeschachtelt und in ein Glasgefäß V eingeschmolzen sind. Statt dessen können sie aber auch, wie aus Abb. 4 hervorgeht, ausgebildet sein. Die Elektrode P₁ entspricht derjenigen nach Abb. 3, die andere Elektrode P₂F ist als Metallgefäß ausgebildet und stellt zusammen mit einem Glasteil SM die Gefäßwand dar. Wenn die Spannungen zwischen no zwei aufeinanderfolgenden Prallelektroden des Vervielfachers klein sein können, verwendet man zweckmäßig Entladungsröhren, deren Kathode aus einem Metall mit kleiner Austrittsarbeit besteht, oder Röhren, in die ein Metall mit geringer Austrittsarbeit bei der Herstellung eingefüllt wurde. Wenn man Gasdruck und Gasart geeignet wählt, kann man Röhren erhalten, die einen Spannungsabfall innerhalb eines ziemlich weiten Bereiches, etwa zwischen 70 und 350 Volt, aufweisen. The gas discharge tubes used, which are not the subject of the invention, can, for example, as is known per se, each _{contain two electrodes P 1} , P ₂ (FIG. 3), which are nested and fused in a glass vessel V. Instead, however, as shown in Fig. 4, they can also be designed. The electrode P ₁ corresponds to that of Fig. 3, the other electrode P ₂ F is designed as a metal vessel and, together with a glass part SM, represents the vessel wall. If the voltages between two successive impact electrodes of the multiplier can be small, discharge tubes are expediently used whose cathode is made of a metal with a small work function, or tubes in which a metal with a low work function was filled during manufacture. If one appropriately selects gas pressure and gas type, tubes can be obtained which have a voltage drop within a fairly wide range, say between 70 and 350 volts.

Man hat festgestellt, daß man praktisch konstante Betriebsspannungen an den Prallelektroden erhält, wenn der Strom durch jede der im Spannungsteiler angeordneten Entladungsröhren nicht unter 0,5 mÄ/cm² Kathodenfläche fällt und nicht über 5 mA/cm² Kathodenfläche steigt. Unter diesen Umständen braucht der durch den Spannungsteiler fließende Strom den Sprtzenstrom im Vervielfacher nur um einige Milliampere zu übersteigen. It has been found that practically constant operating voltages are obtained at the impact electrodes if the current through each of the discharge tubes arranged in the voltage divider does not fall below 0.5 mA / cm ² cathode area and does not ^{rise above 5 mA / cm 2} cathode area. Under these circumstances, the current flowing through the voltage divider only needs to exceed the burst current in the multiplier by a few milliamperes.

Claims

Patent claims.

ι. Secondary electron multiplier, its successive impact electrodes are at progressively higher potential and receive this potential from a voltage divider, characterized in that that each section of the voltage divider belonging to two consecutive impact electrodes, at least but the one to the last and. section belonging to the penultimate impact electrode a voltage constant resistor, e.g. B. a gas or vapor filled discharge tube, consists.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the entire Voltage divider made up of gas or vapor-filled discharge tubes connected in series and one that is preferably adjustable and serves as a protective resistor There is resistance.

3. Arrangement according to claim 2, characterized by the use of discharge tubes with a current load of not less than 0.5 and not more than 5 mA / cm ² cathode area.

To differentiate the subject matter of the invention from the state of the art, the granting procedure the following publications have been considered:

German patent specification No. 561 4S9,

574924, 600 128, 601 316;

British Patent No. 478 153;
U.S. Patent No. 1,973,082;
Magazine for techn. Physics, 1936,

17th year, pp. 170 to 183;

Magazine for high frequency technology ti. Elektroakustik, 1932, vol. 40, p. 185 to 187;

"Helios" magazine, 1936, 42nd year, No. 34, pp. 1041 and 1042.

1 sheet of drawings