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Sekundärelektronenvervielfacher mit einer Fotokathode als Primärelektronenquelle
Bei dem Bau von Sekundärelektronenvervielfachern macht die Herstellung reproduzierbarer
stark sekundäremittierender Schichten unter Umständen große Schwierigkeiten. Sie
liegen vor allem darin, daß die Sekundärelektronenemission in starkem Maße von der
Beschaffenheit der sekundäremittierenden Oberfläche abhängt. Gerade die Aufbauelemente
der stark emittierenden Schichten sind gegen Verunreinigungen äußerst empfindlich.
Daher müssen besondere Maßnahmen getroffen "erden, um eine Glühkathode in einem
Sekundärelektronenvervielfacher verwenden zu können. Bekannt ist beispielsweise
eine Röhre, bei der das Primärsystem so gegen die Prallelektroden angeordnet und
abgeschirmt ist, daß keine Metalldämpfe von der Glühkathode auf die Prallelektroden
gelangen können, während durch elektronenoptische Maßnahmen die Emission der Glühkathode
auf eine gekrümmte Bahn gezwungen wird, so daß sie die Prallelektroden erreichen
kann. Die Nachteile einer solchen Anordnung sind vor allem die, daß der Aufbau erheblich
kompliziert, aber dennoch nicht eine solche Anordnung möglich wird, bei der Material
größter sekundärer Ausbeute verwendet werden kann. Denn
die Emissionsmaterialien
für Glüh- und Sekundärkathoden müssen nach Möglichkeit so beschaffen sein, daß ihre
Herstellung parallel miteinander verlaufen kann, ohne miteinander zu kollidieren
und daß die Formierung der einen nicht jene der anderen stört. Technisch ausgeschlossen
ist es, beispielsweise eine besonders hochempfindliche sekundäremittierende Schicht,
wie Cs - Cs 02 - Cs, mit einer Bariumoxydkathode in einem Vakuumgefäß zu vereinen.
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Derartige Schwierigkeiten bestehen nicht bei Vervielfachern mit einer
Fotokathode als Primäremissionsquelle. Es sind daher auch bereits eine große Zahl
solcher Verstärkerröhren mit Fotokathoden bekanntgeworden, die eine umfangreiche
Verwendung insbesondere auf dem Gebiet des Fernsehens gefunden haben. Hierbei wird
der primäre Emissionsstrom durch eine Lichtquelle mit wechselnder Intensität gesteuert,
Da im allgemeinen höchste lichtelektrische und höchste sekundärelektrische Empfindlichkeit
parallel gehen, werden bei diesen Vervielfachern für die lichtelektrische Kathode
und die Prallelektroden gleiche Werkstoffe verwendet. Damit entfällt ein großer
Teil der oben geschilderten Schwierigkeiten.
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Diese Vorteile besitzt auch die vorliegende Erfindung. Sie ermöglicht
zugleich die Ausnutzung aller Vorzüge, die von der Technik der normalen Verstärkerröhre
mit Glühkathode her bekannt sind. Nach ihr besteht bei einem Sekundärelektronenvervielfacher
mit einer Fotokathode als Primärelektronenquelle, bei dem die chemische Zusammensetzung
der Prallschichten gleich der der Fotoschicht ist, die Fotokathode aus einer in
bekannter Weise auf der Außenseite eines kleinen Gasentladungsrohres, vorzugsweise
eines Spektralrohres, aufgebrachten Fotoschicht, die von dem Licht der Gasentladung
zur Elektronenemission angeregt wird. Infolge der gestreckten Form, die jedoch auch
beliebig anders ausgeführt sein kann, ist die Verwertung aller der Anordnungen möglich,
die sich beim Verstärkerröhrenbau als vorteilhaft erwiesen haben.
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Verstärkerröhren mit lichtempfindlichen Schichten als Kathoden mit
einer in einem Quarzrohr eingeschlossenen Quecksilberdampfentladung und durch besondere
Elektroden gesteuertem Emissionsstrom sind bereits bekanntgeworden, ohne
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doch zu einer technischen Anwendung gelangt zu sein. Der Grund dafür mag
u. a. darin zu suchen sein, daß die Glühkathode eine wesentlich ausgiebigere Emissionsquelle
ist und man die bei normalen Verstärkerröhren auftretenden Probleme mit ihnen nicht
hinreichend beherrscht. Es kommt hinzu, daß die bekanntgewordenen Röhren mit Fotokathode
ihrer Konstruktion nach nichts anderes waren als normale, mit einem Steuergitter
versehene Fotozellen. Es sind in diesem Zusammenhang auch Anordnungen vorgeschlagen
worden, nach denen eine Glimmentladung in einer gasgefüllten Röhre oder eine solche
in einer vom Hochvakuumteil getrennten Kammer der Röhre zur Belichtung der Fotokathode
verwendet werden sollte. Hierbei erfolgte jedoch die. Belichtung von außen. Die
Vorteile der erfindunsgemäßen Anordnung beständen daher bei ihnen nicht. Die konstruktive
Vereinigung solcher Röhren mit einem ein-oder mehrstufigen Sekundärelektronenvervielfacher
wurde bisher nicht vorgeschlagen. Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Abbildung
erläutert.
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Zu ihrem Verständnis genügt eine schematische Darstellung. Auf der
Außenseite eines feinen und dünnwandigen Kapillarröhrchens K befindet sich ein durchscheinender
Metallbelag I19, vorzugsweise eine Silberschicht. Auf dieser ist die lichtelektrisch
empfindliche Schicht Pla aufgetragen. Das Kapillarröhrchen ist beiderseits geschlossen
und mit einem Gas unter geeignetem Druck gefüllt. Zwischen ,- im allgemeinen an
den Enden eingeschmolzenen Elektroden geht bei Anlegen der notwendigen Spannung
eine Glimmentladung über, deren Leuchtdichte mit Hilfe aus der Spektralröhrenherstellung
bekannter Maßnahmen sehr erheblich sein kann. Durch dieses Licht wird die Emission
der Kathode hervorgerufen. Es ist zweckmäßig, den Metallbelag beiderseits des Röhrchens
zu verlängern, um hierdurch die Zuleitungen zur Entladungsstrecke ganz oder wenigstens
teilweise abzuschirmen, zumal man bestrebt sein wird, die Betriebsspannung der Röhre
zugleich für den Betrieb der Kathode zu verwenden. Grundsätzlich gelten für eine
Kathode gemäß der Erfindung alle Konstruktionsprinzipien von Spektralröhren. Darüber
hinaus ist es verständlich, daß durch ihre besondere Bestimmung auch noch weitere,
neuartige Gesichtspunkte auftreten. So ist z. B. zur Erzeugung des Glimmlichtes
eine Gasfüllung angebracht, deren Spektrum im Gebiet der höchsten lichtelektrischen
Empfindlichkeit der Fotokathode die größte Lichtmenge liefert. Unter Umständen ist
es auch zweckmäßig, Quarz als Baustoff für das Röhrchen zu verwenden. Meist ist
jedoch der Gebrauch normalen Glases möglich. Auch dieses richtet sich nach der Lage
des selektiven Maximums der lichtelektrischen Schicht. Dabei bietet sich in einfachster
Weise die Möglichkeit einer äußerst vorteilhaften und stabilen Vereinigung der Kathode
mit dem Röhrenkolben, sofern dieser aus Glas besteht. Beispielsweise kann das eine
Ende des Röhrchens bei der Herstellung des Ouetschfußes in diesen eingequetscht
werden.
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Der Kathodenbelag kann in einer weiteren Ausführungsform als eine
Außenelektrode für das Röhrchen dienen und durch dieses etwa ein gestreckter Draht
als zweite Elektrode geführt sein. Ebenso kann auch die zweite Elektrode als Außenelektrode
ausgebildet werden. "Zusammenfassend bietet eine solche lichtelektrische Kathode
die Vorteile der gleichen Schichtzusammensetzung wie die der sekundäremittierenden
Elektroden bei Verwendung in einem Sekundärelektronenvervielfacher, ferner des Fortfalls
der verschiedenen Temperatureinflüsse bei einer Glühkathode, beispielsweise des
unvermeidlichen Temlieraturabfalls, außerdem die Möglichkeit, die Betriebsspannung
der Röhre zugleich
zum Betrieb der Kathode zu verwenden, ferner
des Fortfalls der hohen Temperaturen in der Röhre und damit zugleich der Verhinderung
einer Kathodenverdampfung, schließlich aber neben dem Vorteil eines einfachen und
stabilen Aufbaus die Möglichkeit, an Verstärkerröhren bewährte KonstruktionsprInzipien,
beispielsweise die zylindrische Elektrodenformung und ihre konzentrische Anordnung,
auch bei Vervielfachern zu verwenden.