DE764272C

DE764272C - Sekundaerelektronenvervielfacher

Info

Publication number: DE764272C
Application number: DEW95703D
Authority: DE
Original assignee: Fernseh GmbH
Current assignee: Robert Bosch Fernsehanlagen GmbH
Priority date: 1935-01-08
Filing date: 1935-01-08
Publication date: 1954-09-27
Also published as: US2243178A; NL49747C; BE413168A; NL56644C; FR800440A; GB471800A

Description

AUSGEGEBEN AM 27. SEPTEMBER 1954

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21g GRUPPE 13i9

W 95703 VIIIc/2ig

Fernseh G. m. b, H., Berlin

Sekundärelektronenvervielfacher

Patentiert im Deutschen Reich vom 9. Januar 1935 an Patenterteilung bekanntgemacht am 11. Januar 1945

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sekundärelektronenvervielfacher zur Verstärkung veränderlicher Ströme in Elektronenröhren, Photozellen und ähnlichen Einrichtungen, bei denen der Strom durch frei fliegende Elektronen gebildet wird.

Es ist bekannt, daß auf eine Prallelektrode auffallende Primärelektronen Sekundärelektronen frei machen können. Bei größerer Geschwindigkeit kann so jedes Primärelektron mehrere Sekundär elektronen auslösen, die durch eine Hilfselektrode aufgefangen werden können. Bei schrägem Einfall der Primärelektronen ist die Sekundärelektronenausbeute besonders groß. Außerdem haben das Material und die Oberfläche der Prallelektrode einen Einfluß auf die Zahl der Sekundärelektronen.

Die an einer einzelnen Elektrode auftretende Sekundäremission ist bereits ausgenutzt worden, um die Kennlinie einer Verstärkerröhre zu verbessern, um mit Hilfe einer negativen Charakteristik Schwingungen zu erzeugen, oder um den auf ein Schirmgitter fallenden Elektronenstrom zu kompensieren. Ferner ist eine Kathode für Entladungsröhren bekannt, bei der ein ungesteuerter Strom an einer sekundäremittierenden Metallfolie oder

mehreren auf gleichem Potential liegenden Folien verstärkt wird.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung ist die Primärkathode von einer oder mehreren von innen heraus aufgeheizten thermischen Hilfskathoden umgeben. Diese Anordnung besitzt aber eine viel zu große Trägheit, als daß sie in der Fernmeldetechnik an Stelle der gebräuchlichen Verstärkerröhren verwendet ίο werden könnte. Sie kann nur als Kathode für den eigentlichen zu steuernden Strom oder zur Verstärkung äußerst langsamer Schwankungen benutzt werden.

Es sind auch Vervielfacher mit mehrmaliger Vervielfachung an auf von Stufe zu Stufe zunehmendem Potential liegenden Prallelektroden bekannt, bei denen sekundäremittierende Prallplatten benutzt werden. Bei derartigen mit undurchlässigen Elektroden arbeitenden Anordnungen ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, da die Sekundärelektronen nach derselben Seite abgesaugt werden müssen, von der die Primärelektronen herkommen, so daß ein verhältnismäßig großer Abstand zwischen den Platten eingehalten werden muß. Um die Elektronen zwischen den Prallplatten in den gewünschten Bahnen zu führen, bedarf es besonderer Konzentrationsmittel. Praktisch brauchbare Ergebnisse werden mit solchen Verstärkern erst erzielt, wenn jede Prallelektrode auf die nächstfolgende elektronenoptisch abgebildet wird. Es bestehen aber auch dann noch die Nachteile, daß entweder Zwischengitter oder hohe Stufenspannungen erforderlich sind, um die zwischen den Prallplatten entstehende Raumladung abzusaugen, und daß die Elektrodenanordnung verwickelt und platzraubend ist.

Diese Schwierigkeiten bestehen auch bei einer bekannten Anordnung, die mit gleichachsigen, in Richtung der Achse hintereinanderliegenden Zylindern oder Hohlkegelstümpfen arbeitet. Da die Elektronen bei dieser Anordnung ohne weiteres in der Richtung der Achse hindurchfliegen können, ohne auf die Prallelektroden aufzutreffen, ist der Wirkungsgrad dieser Anordnung schlecht.

Bei einer anderen Anordnung mit Prallplatten wird die elektronenoptische Abbildung durch ein Magnetfeld ersetzt, welches senkrecht zur Ebene der Elektronenbahn verläuft. Der Aufbau kann dann zwar einfacher gehalten werden, doch stellt das Magnetfeld einen Mehraufwand dar, wenn sich nicht, wie in vielen Fällen, die Anwendung eines solchen Feldes mit Rücksicht auf die Umgebung des Vervielfachers überhaupt verbietet. Dies gilt auch für eine von Hull angegebene Abwandlung dieses magnetischen Vervielfachers, bei der die Sekundäremission an einem oder zwei Systemen aus flachen Stegen stattfindet, die insgesamt ein zylindrisches Gebilde darstellen, aber in radialer Richtung eine verhältnismäßig große Ausdehnung besitzen. Bei dieser Anordnung ist das Magnetfeld notwendig, um die Elektronen auf eine Fläche zu führen, von der die Sekundärelektronen wieder abgesaugt werden können. Ohne Magnetfeld wäre sie nicht arbeitsfähig, da dann je nach der Lage der Stege praktisch alle Elektronen entweder ohne aufzutreffen hindurchfliegen oder auf eine Fläche gelangen würden, von der die Sekundärelektronen nicht abgesaugt werden können. Dagegen kann die weiter unten beschriebene erfindungsgemäße Anordnung ohne magnetisches Querfeld, ja sogar ohne besondere Führungsfelder überhaupt, also lediglich mit dem Beschleunigungsfeld zwischen den Prallelektroden arbeiten. Außerdem liegen bei ihr unabhängig von der Frage der Führung der Elektronen wesentlich günstigere Absaugverhältnisse für die Sekundärelektronen vor.

Schließlich ist es bei einer Braunschen Röhre bekannt, im Wege des abgelenkten Kathodenstrahls vor dem Leuchtschirm ein Zwischennetz anzuordnen, an dem eine Sekundäremission auftritt. Durch dieses Xetz sollen jedoch die meisten Primärelektronen hindurchfliegen. Es ist in die Röhre eingebaut, um zur Durchführung einer Nachbeschleunigung der Elektronen eine den Kolben quer durchsetzende, dem Leuchtschirm parallele Potentialfläche zu erzeugen. Da die auf das Netz zufliegenden Elektronen ihrerseits eine Geschwindigkeit von mehreren tausend Volt besitzen sollen, ferner keine Mittel vorgesehen sind, um die Sekundäremission an dem Netz zu begünstigen, ist die Anordnung für eine Vervielfachung ungeeignet. Bei der gleichen Anordnung ist es bekannt, eine Mehrzahl von Netzen zu verwenden, die zum Zwecke der Nachbeschleunigung an steigendem Potential liegen. Hierbei wirkt sogar eine Sekundäremission an den Netzen schädlich, da entweder bei einer elektronenoptischen Abbildung dieser Netze auf den Leuchtschirm infolge der verschiedenen Geschwindigkeiten der an den verschiedenen Netzen ausgelösten Sekundärelektronen und der Primärelektronen auf dem Leuchtschirm mehrere überlagerte Elektronenbilder auftreten, die sich nicht decken. Beim Fehlen einer solchen Abbildungsoptik hingegen wirken die an den Netzen ausgelösten Sekundärelektronen nur wie ein über das Bildfeld ausgebreiteter Nebel bzw. sie verschmieren das Bild.

Bei dem im folgenden beschriebenen Vervielfacher sind die vorhin beschriebenen Nachteile vermieden. Er zeichnet sich durch einfachen Aufbau und geringen Raumbedarf aus. erfordert weder ein zusätzliches Magnetfeld

noch hohe Stufenspannungen und ergibt auch dann eine wirksame Vervielfachung, wenn keine besondere Konzentration zwischen den Prallelektroden angewendet wird. S Zu diesem Zweck wird ein Sekundärelektronenvervielfacher, bestehend aus einer Röhre mit einer Kathode, einer zur Abnahme des Nutzstromes dienenden Anode und mehreren sekundäremittierenden Prallelektroden, die an

ίο steigenden Potentialen liegen, gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß die die Entladungsbahn durchsetzenden Prallelektroden entweder als metallenes Maschengitter mit geringer Ausdehnung in Richtung der Ent-

¹S ladung oder als undurchbrochene Metallfolien, die nach Art eines Lenard-Fensters elektronendurchlässig sind, ausgebildet und mit einer leicht Sekundärelektronen abgebenden Oberfläche versehen werden. Die durch

ao die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem dadurch bedingt, daß das elektrische Feld zwischen den aufeinanderfolgenden Prallelektroden im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen stets dieselbe, normalerweise im wesentlichen senkrecht zu den Elektrodenflächen verlaufende Hauptrichtung besitzt. Ein besonderer Vorteil besteht außerdem darin, daß die Sekundärelektronenausbeute wegen des annähernd streifenden Einfalles der Primärelektronen auf die Gitteroberfläche groß ist.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Als Prallelektroden g_x bis g_i dienen ebene und einander parallele engmaschige Gitter oder sehr dünne Metallplättchen (Lenard-Fenster), auf die die von der Kathode k, z. B. Glüh- oder Photokathode, kommenden Primärelektronen auffallen. Die auf dem letzten Prallgitter erzeugten Sekundärelektronen werden durch die auf hoher positiver Spannung liegende Anode α abgesaugt An jedem Gitter findet eine Vervielfachung des Primärstromes statt, so daß sich durch Hintereinanderschaltung vieler Gitter eine theoretisch beliebig hohe Vervielfachung erzielen läßt. Die Verstärkung der von irgendwelchen Steuerwirkungen herrührenden primären Stromschwankungen erfolgt dabei völlig linear. Im Ausgangskreis liegt ein Meßinstrument, an dessen Stelle selbstverständlich der übliche Ausgangswiderstand treten kann. Die Prallgitter erhalten ihre Spannung von einer unterteilten Spannungsquelle, also etwa von einem üblichen Spannungsteiler. Zur Erleichterung des Elektronenaustritts sind die Gitter oder Lenard-Fenster aus Silber hergestellt und mit einem sehr dünnen Überzug eines Alkalimetalls, z. B. Cäsium oder Kalium, versehen.

Claims

Patentansprüche:

1. Sekundärelektronenvervielfacher, bestehend aus einer Röhre mit einer Kathode, einer zur Abnahme des Nutzstromes dienenden Anode und mehreren sekundäremittierenden Prallelektroden, die an steigenden Potentialen liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die die Entladungsbahn durchsetzenden Prallelektroden entweder als metallenes Maschengitter mit geringer Ausdehnung in Richtung der Entladung oder als undurchbrochene Metallfolien, die nach Art eines Lenard-Fensters elektronendurchlässig sind, ausgebildet sind und mit einer leicht Sekundärelektronen abgebenden Oberfläche versehen sind.

2. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallelektroden aus Silber bestehen und mit einem Alkalimetall-, insbesondere Cäsiumüberzug versehen sind.

3. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallelektroden eben ausgebildet und parallel zueinander angeordnet sind.

4. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweckmäßig engmaschigen Prallelektroden an eine unterteilte Spannungsquelle angeschlossen sind.

5. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Anode ein Arbeitswiderstand angeschlossen ist.

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

Deutsche Patentschriften Nr. 437 793,

569873, 587 113;

schweizerische Patentschrift Nr. 158 401; französische Patentschriften Nr. 552 185, 560421, 582428;

britische Patentschriften Nr. 180 655,

19¹ °38, 381 306;
USA.-Patentschriften Nr. 1 210 678,

ι 419 547. ι 450 265, ι 721 395,

1748386, 1903569, 1920863;

Journal of the Franklin Institute Bd. 218,

1934, S. 419;
Espe und Knoll, Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik, S. 34 und 57.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 9557 9.54