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Vielstufiger Sekundärelektronenvervielfacher Man war bisher bemüht,
bei den Elektronenvervielfachern Elektroden mit möglichst großer Sekundäremissionsfähigkeit
zu verwenden. Bevorzugt wurden Elektroden mit einer Oberfläche aus Cäsium auf einerSilberoxyd-Silber-Grundlage.
Mit derartigen Oberflächen kann man maximal io bis ii Sekundärelektronen pro einfallendes
Primärellektron erhalten.
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Diese hochempfindlichen Elektroden mit komplexer Oberflächehaben aber
den großen Nachteil, daß sie auch in anderer Hinsicht sehr empfindlich sind. Es
ist außerordentlich schwierig, die einzelnen EleIztroden unter sich gleichförmig
herzustellen. Die Sek-undäremissionsf ähigkeit hängt nämlich sehr stark von der
Vorbehandlung, vor allem von der Oxydierung und,der Schichtdiche des Cäsiums ab.
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Ein weiterer und entscheidender Nachteil dieser ,chichten besteht
darin, daß sie sehr temperatureinpfiiidlich sind. Das ist nicht so zu verstehen,
daß ihre Sekundäremission an sich durch die Temperatur geändert wird. Vielmehr ändert
sieh schon bei verhältnismäßig geringen Temperaturen (i5o biS 200' C) die
Zusammensetzung der Schicht, und auf diesem Wege kommt eine Temperaturabhängigkeit
zustande. Cäsium verdampft nämlich bei diesen Temperaturen schon in nennenswertem
Maße, so daß eine Elektrode, die betriebsmäßig auf solche Temperaturen kommt, nach
und nach ihre Cäsiumschicht einbüßt und dadurch außerordentlich unempfindlicher
wird. Derartige zusammen-,gesetzte Oberflächen sind demnach nur für geringe Leistungen
zulässig. Die an sich mit solchen k'
Elektronenvervielfachern erzielbarenVerstärkungen
ZD lassen sich also nicht voll ausnutzen.
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Zur Vermeidung unzulässiger Erwärmun- hat man bereits den letzten
Prallelektroden eine größere Oberfläche gegeben. Auf diesem Wege gelangt man jedoch
bald zu unerträglich großen Elektrodenoberflächen,
die nicht nur
unbe . quem in einer Röhre unterzubringen sind, sondern auch die Ausbildung
der elektrostatischen Beschleunigungs- bzw. magnetischen# Ablenkfelder erschweren.
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Uni die Endstufen des Vervielfachers thermisch stabil zu gestalten,
bestehen bei einem vielstufigen Sekundärelektronenvervielfacher, dessen erste Prallelektrode
eine größere spezifische Sekundäreinissionsfähigkeit aufweist, als folgende Stufen
gemäß der Erfindung die Anfangsstufen aus nach Art eines Reihenvervielfachers hintereinandergestellten
netz- oder gitterförmigen Prallelektroden von hoher Sekundäreinissionsfähigkeit
und geringer thermischer Belastbarkeit und ist die letzte dieser Prallelektroden
umgeben von den ringscheibenförinig ausgebildeten, um eine die Prallgitterflächen
durchsetzende und parallel zur Entladungsrichtung der Anfangsstufen verlaufenden
Achse angeordneten, nach'wachsenden Durchmessern aufeinanderfolgenden, undurchbrochenen
Pralleleiktroden geringer Sekundäremissionsfähigkeit, jedoch hoher thermischer Belastbatikeit
eines die Endstufen bildenden 1#eihenvervielfachers. An Stelle eines Prallgittervervielfachers
für die Anfangsstufen kann auch ein Pendelverviellfacher mit zwei einander gegenüberstehenden
hochsekundärernissionsfähigen und thermisch wenig belastbaren Prallelektroden' verwendet
werden, deren eine vielfach durchbrochen ausgebildet und von ringscheibenförmigen
Prallelektroden des die Endstufen darstellenden Reihenvervielfachers umgeben ist.
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Dieb Ausgestaltung eines Sekundärelektronenvervielfachers nach der Erfindung
hat folgende Vorteile: Zunächst ist dieAktivierung derAnfangsstufen leicht durchzuführen,
weildiePrallelektroden der Anfangsstufen in einem verhältnismäßig -kleinen räumlichen
Gebiet innerhalb des Elektrodenaufbaus hintereinander angeordnet und daher für einen
die Aktivierung bewirkenden Dampfstrom leicht zugänglich sind. Ein weiterer Vorteil
besteht darin, daß die höher belasteten Elektroden das v'erhältnismäßig große äußere
Raumgebiet des Vervielfachers besetzen und infolgedessen eine größere Oberfläche
und eine bessere Möglichkeit zur Ab-
strahlung der Verlustv#,ärme bieten.
Die bessere Albs-trahlfähigkeit ist um so wichtiger"als idie Prallelektroden der
Endstufen ja thermisch hoch belastbar sind.
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Zur Verbesserung des Verhältnisses von Signalamplitude zu Störamplittide
ist es bereits bekannt, der Oberfläche, an derder erste Elektroneniaufprall. erfolgt,
einen größeren Sekundäremissionsfaktor zu geben als allen darauffolgenden Oberflächen.
Hierbei besteht die erste Oberfläche, aus der üblichen Cäsium-Silber-Schicht, während
sämtliche folgenden Elektroden aus reinem Metall bestehen.
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Bei Verwendung von 112 bis 14 Stufen erreicht man ohne Schwierigkeiten
eine j(07fache Vertärkung. Eine solche Verstärkung genügt einereits für fast alle
Zwecke und kann andererseits uegen des Störpegels nicht sehr viel weiter geteigert
werden. Bei einem 14stufigen Vervielfaoher kann man nun gemäß der Erfindung die
ersten 7 oder 8 Stufen mit den hochempfindlichen komplexen Elektroden
ausrüsten, während die restlichen Stufen keinmetallelektroden erhalten.
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In der Abbildung ist das Elektrodensystem eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung im Querschnitt dargestellt. In einem Rohr2, aus isolierendem Material,
am besten aus Glas, sind hintereinander netz- oder gitterartige Prallelektroden
il, 1, bis i. angeordnet. Diese Elektroden stellen die Anfangsstufen dar und sind
mit Cäsium od. dgl. aktiviert. Sie. erhalten geeignete Spannungen, so daß die bei
der Elektrode il eintretenden oder an ihr durch auffallendes Licht erzeugten Primärelektronen
zur nächsten Elektrode-12 befördert werden, hier Sekundärelektronen auslösen, die
zum nächsten Gitter beschleunigt werden usf., bis am letzten .Gitter i, eine stark
vervielfachte Menge.Elektronen gebildet. wird. Es können elektromagnetische oder
elektrostatische Mittel in bekannter Weise vorgesehen werden, die die Elektronen
jeweils auf die richtige Elektrode fokussieren.
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Die an der Elektrode i" gebildeten Sekundärelektronen werden nun in
Richtung der eingezeichnetenPfeile einerElektrode3, aus einemreinen Metall zugeführt,
die dort ausgelösten #ekundärelektronen gehen zu einer weiteren ringförmigen Elektrode
32 usf., bis schließlich die Endelektrode3, erreicht ist. Damit die Elektronen jeweils
nur die richtige Elektrode erreichen können, sind ferner in bekannter Weise Schirmelektroden
4, bis 4, vorgesehen, die auf gleichem oder fortschreitend ansteigendem, aber jeweils
festem Potential gehalten werden, welches niedriger ist als das Potential der benachbarten
Prallelektroden. Diese Reinmetallelektroden können hohe Temperaturen aushalten,
so daß mit einer derartigen Anordnung sehr große Endströme verarbeitet werden können,
ohne daß eine Schädigung der Elektroden mit der Zeit eintritt.
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Bei den Elektroden 3 handelt es sich um flache Ringe, bei den
Elektroden 4 um hochkant stehende Ringe. Lediglich die Elektrode 4, ist als fache
Scheibe ausgebildet.
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Um die in den Endstufen des Vervielfachers erzeugte Wärme von dem
Anfangssystem fernzuhalten, kann man Wärmeschutzschirme od. dgl. vorsehen.
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Die Schaltung und die Betriebsspannung der einzelnen Elektroden können
wie üblich gewählt werden. Da sie allgemein bekamit sind, erübrigt sich hier eine
nähere Beschreibung.
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Die beschriebene Anordnung stellt, wie schon erwähnt, nur eine bevorzugte
Ausführungsform dar. Der Erfindungsgedanke läßt sich in mehrfacher anderer Weise
verwirklichen. Beispielsweise 1:.ann man in einem normalen Reihenvervielfacher,
der in irgendeiner bekannten Weise ausgebildet ist, die Anfangsstufen mit hochempfindlichen,
Elektroden ausrüsten, währenddie tndelektroden, die im übrigen in ihrer Form und
ihrer Anordnung sich in nichts von den üblichen Ausführungsformen zu unterscheiden
brauchen, aus Reinmetall hergestellt werden.
Eine weitere vorteilhafte
Kombination sei besonders erwähnt. Statt des in der Abbildung dargestellten Reihenvervielfachers
als Anfangsstufenteil kann man auch einen sogenannten Pendelvervielfacher benutzen.
Das ist ein Vervielfacher mit zwei sich -gegenüberstehenden Prallelektroden, zwischen
denen dieElektronen mit Hilfe einesWechselfeldes hin und her beschletini-t werden
und jeweils z5
beim Aufprallen auf eine Prallelektrode Sekundärelektronen
auslösen.
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In der normalen Ausführungsform ist bei einem solchen Pendelvervielfacher
eine ringförmige Anode zwischen den beiden Platten angeordnet. Diese Anode kann
man nun durchbrochen ausbilden und die hier austretenden Elektronen dem nach der
Erfindung ausgeführten Endstufenteil, der Prallelektroden aus reinen Metallen aufweist,
zuführen. Diese Endstufen bestehen aus einzelnen Ringscheiben, die den Pendelvervielfacher
lcoaxial umgeben.
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Man kann aber auch eine bereits vorgeschlagene Pendelvervielfacheranor#dnung
benutzen, bei der eine Prallelektrode gleichzeitig die Anode darstellt. Diese gleichzeiti
' - alsAnode dienendePrallelektrode wird durchbrochen ausgebildet, so daß
Elektronen hindurcht#reten können. Ein solcher Pendelvervielfacher kann mit Vorteil
an Stelle des in der Ab-
bildung dargestellten Prallnetzvervielfachers als
Anfangsstufe benutzt werden. Die räumliche Anordnung kann ganz ähnlich sein, und
die zugleich als Anode wirken-de Prallelektrode würde sich in der Lage der inder
Abbildung dargestellten Elektrode T" befinden.
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Durch das Zusammenwirken von hochempfindlichen, aber gering belastbaren
Elektroden als Anfaligsistufen mit weniger empfindlichen, dafür aber thermisch hoch
belastbaren Endstufen erhält man nach der Erfindung einen Vervielfacher, der eine
große Gesamtverstärkting bei verhältnismäßig olünstigen Spannungen mit einer großen
Ausgangsleistung vereinigt. Bisher mußte man dagegen entweder auf hohe Empfindlichkeit
oder auf große Ausgangsleistungen verzichten.
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