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Reihenvervielfacher Die Erfindung ;betrifft eine Röhre zur Verstärkung
von Elektronenströmen unter Ausnutzung des Effektes !der Sekundäremission. Im besonderen
handelt es sich dabei um einen sogenannten Reihenvervielfacher. Bei derartigen Vervielfachern
wird der vom einer Kathode, z. B. Photokathode, ausgehende Strom gegen eine Verstärkerelektrode
gelenkt, an der er durch den Aufprall .der Elektironen eine verhältnismäßig große
Anzahl von Se!kun.därelektronen auslöst. Der so verstärkte Elektronenstrom wird
einer weiteren Pra;llelektrode zugeführt und so,der Strom stufenweise vtrstärikt.
.Die Anzahl der Stufen richtet sich nach dem gewünschten Verstärkungsgradi. Die
Führung des Elektronenstrahles zwischen den einzelnen Verstärkerelektroden geschieht
entweder durch Einwirkung eines elektrischen oder eines magnetischen Feldes. Es
sind z. B. Verstärker mit elektrostatischer Strahlführung bekannt, bei welchen die
Prallelektroden einerseits und die Führungse,le'ktrode@n andererseits in! je einer
Ebene angeordnet sind. Bei derartigen Verstärkern besteht eine Schwierigkeit darin,
düß der von einer Prallelektrode ausgehende Elektronenstrom einerseits so geleitet
werden muß, daß er auf die nächste Prällelektrode auftrifft, während andererseits
der verstärkte Elektronenstrom von dieser PrafleIcktrode wieder zur nächsten abgeführt
werden muß. Bei. den .beschriebenen Vervielfa.chern erreicht mann daher nicht die
Stromausbeute, welche an sich durch die Sekundüremissionsfähigkeib der Prall--elektrod!e:n
gegeben wäre. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß von Stufe zu Stufe die
Stroirn,diöhte wächst und so jede folgende Pra(llelektrode immer mehr belastet wird
als die vorhergehende.
Diesen Übelstand sucht man: hei einer bekannten
Anordnung dadurch zu beseitigen, d@aß man von Stufe zu Stufe die Fläche Bier Pralfie'lektroden
zunehmen läßt. Man: erreicht damit wohl eine gleichmäßigere Belastung der Prallelektrodie.n,
doch ist die Abfuhr der an den Elektroden erzeugten Wärme vielfach, ins-b'esondere
für höhere Belastungen, unzulänglich. Auch wird die Kathode nicht im vollen Ausmaß
ausgenutzt, oder man sieht sich gezwungen:, .besondere Mittel vorzusehen, durch
welche der von der Kathode ausgehende Elektronenstrom auf die erste Verstärkerelektrode
konzentriert wird.
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Die Erfindung betrifft nun eine Anordnung, durch die es: gelingt,
die Kathode, insbesondere eine gestreckte Glühkathode, nach allen Richtungen bezüglich
dies Emissionsstromes gleichmäßig auszunutzen, eine relativ hohe Stromausbieute
zu erzielen und durch e-ine@ gute Abfuhr 'der Wärme die Belastbarkeit cLes Bleiktrodiensystems
zu erhöhen. Gleichzeitig bietet die .Anordnung nach der Erfindung auch denn Vortei'1,
daß die Herstellung der Rölhre einfach wird und,die B@emes,sung dler Abstände und
Justierung der Elektroeden in einfachster Weise erfofigen kann. Gemäß dier Erfindung
sind bei einem Reihenivervielfacher eine Anzahl plattenförmiger, zur Durchgangsrichtung
des Stromes hochkant gestellter Sekundäremissionselektroden sowie zwischen, ihnen
liegende, ebenfalls plattenförmige Führungselektroden derart angebracht, daß -die
.einzelnen Verstärkerstufen aus auf konzentrischen Kreisen angeordneten Reihen von
elektronenoptischen Ablernkprismen bestehen. Durch die Anordnung der Elektroden-
nach elelitronenioptisehen Gesichtspunkten gewinnt man eine erhöhte Ausbeute, also
eine besonders gute Verstärkung -des Primärstromes. Ferner wird auch die Kathode
nach allen Richtungen 'hin gleichmäßig und gut ausgenutzt; auch indirekt geheizte
Kathoden lassen sich bei einer :solchen Anordnung mit Vorteil verwenden. Die offene
Anordnung des Elektrodensysterns verbessert zudem die Wärmeabfuhr. Insbesondere
:dann, wenn die Elektroden parallel zur Kathode stehen, wird von innen nach außen
dler Querschnitt für den Durchtritt der an den EQektrGden gebildeten. Wärme größer,
so daß eine besonders gute Wärmeabfuhr :möglich ist. Werden @dde 'Elektroden nicht
als parallel zur Kathode verlaufende Platten, sondern vielmehr als senkrecht zur
Kauhode stehende Ringe aus.geb-il&t, dann- vergrößert sich von innen nach außen
asutomatisch die Fläche .dem Elektroden, und die Dichte des Emissioms-stromes in
den einlze-lnen Stufen ist nicht :sehr verschieden. Die Röhre nach der Erfindung
besitzt somit eine große Belastbarkeit. Mit einer Röhre .nach der Erfindung ]lassen
sich also auch sehr kleine Anfangsströme in 'hähem Maße verstärken. Um das Elektrodensysüem
möglichst offen zu halten und, damit,die zu verbessern, kann man die Anode aus einzelnen
Drähten ;bilden; es ist dann sozusagen eine ganze Reihe von einzelnen nach elektronenoptischen
'Gesichtspunkten aufgebauten Reihenvervielfachern vorhanden und. damit eine intensive
Verstärkung.. des Primärstromes bei, bester Raumausnutzung gewonnen. Die Anordnung
von sekundäremissionsfähigen: Elektroden in. Form eines die Kathode umschließenden
Kranzes wurde bei einer bekannten Röhre 'bereits durchgeführt, jedoch handielt es
sich dabei um 'keinen Reihenvervielfacher, sondern um eine einzige Sekundäremisisionselektrode.
Die Gesichtspunlcte, welche beim Reihenvervielfacher zu berücksichtigen sind, sowie
die Schwierigkeiten der Wärmeabfuhr, welche gerade bei der Anordnung zahlreicher
hintereinanderliegender Sekundäremissionselektroden auftreten, spielen bei dieser
bekannten Röhre keine Rolle. Für die mit stufenweiser Stromverstärkung arbeitende
Röhre nach ,der Erfindung sind jedoch von größter Bedeutung.
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Bei :der erfindungsgemäßen Bauart hat man die Möglichkeit, die Elektroden
in sehr einfacherWeise zu haltern. Man kann beispielsweise die Platten an ihren
beiden Enden direkt in Glasscheiben ein, schmelzen, welche dann als Träger des ganzen
Systems diienen. Befinden sich innerhalb, der Platten: auch noch Drähte, durch,
deren Potentsal das Feld in seiner Gestalt beeinflußt werden soll, können diese
zunächst an Bfiechringen etwa durch Schweißen .befestigt und, die Blechringe wiederum
in Glasscheiben, welche den Abschluß .des Systems an den beiden Enden bilden, eingeschmolzen
werden. Man erkennt, d]aß gerade die konzentrische Elektrodenanordnung ins 'konstruktiver
Hinsicht gegenüber den geradlinigen Anordnungen wesentliche Vorteile 'bietet, da
.man ein sehr leistungsfähiges, System auf einen engen Raum konzentrieren kann und
sich :d-abei trotzdem die Schwieri-gkeiten erspart, welche sonst mit der Halterung
und: genauen Distanzierung einer so großen. Anzahl von Elektroden verbunden sind.
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Wenn das System eine große Baulänge besitzt, ist es von Vorteil, die
Elektrodenplatten nicht nur an den Enden zu haltern, sondern auch an einer oder
,mehreren Stellen Isolierteile zu ihrer Ver steifurng vorzusehen. Dies kann etwa
in der Weise geschehen, d:aß man um die Elektroden einer Gruppe einen schmalen Ring
aus Isoliermaterial legt, der mit Schlitzen versehen ist, in welche die Elektrodenpl.atten
mit den Rändern eingreifen. Ein. solcher Ring kann ebensogut auch innerhalb jedes
Plattenkranzes angeordnet werden. Selbstverständlich ergeben sich noch eine Reihe
weiterer Möglichkeiten, auf die hier nicht näher eingegangen zu werden braucht.
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Die konzentrische Anordnung der. Elektrodenplatten erleichtert auch
sehr dlie Aktivierung, welche vom Zentrum .des Systems aus erfolgen kann. Die Aktivierung
machte bei langgestreckten ,Systemen stete gewisse Schwierigkeiten, die man sich
bei der erfindungsgemäßen Anordnung erspart.
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In. manchen Fällen empfiehlt es sich, das. Anwachsen des Stromes von
Stufe zu Stufe dadurch zu berücksichtigen:, daß man die Ele'ktrodenpl@ateen von
innen nach außen von Gruppe .zu Gruppe breiter macht, so daß die Stromndichte stets
konstant bleibt.
Für eine entsprechende Wärmeabfuhr ist bei der
erfindiungsgemäßen Bauart von selbst schon gesorgt, da die Querschnitte, durch welche
die Wärme abgeführt werden kann, von innen nach außen zunehmen. Es ergibt sich also
keine unlliebsame Stauung der an den Elektrodenplatten entstandenen Wärme; diese
wird vielmehr ohne Sch@wieriglcleit nach außen abgestrahlt.
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Den grund-sätzl@ichen Aufbau zeigt Fig. i. Mit i ist eine Elektronenquelle,
z. B. eine direkt oder ind@irelzt geheizte Glühkathode, mit, 2 ein Ra#umladegitter
und! mit 3 ein Steuergitter bezeichnet. Um diese Elektroden herum liegt konzentrisch
die erste Plattengruppe, welche zur Verstärkung des Elektronenstromes durch Sekund-äreilektro-nenemission
dient. Diese Plattengruppe besteht aus einer Anzahl von Platten 4, an welchen die
Sekundärelektronen ausgelöst werden, und einer Anzahl von Plattem 5 und. Drähten
6, welche die Elektronen auf den richtigen Bahnen len'lzen. Auf diesle innere Plattengruppe
folgt nach außen zu eine weitere ebenso oder ähnlich au,fgehaute -Gruppe, welche
sich von der vorhergehenden im allgemeinen nur dadurch unterscheidet, daß an die
Platten entsprechend höhere positive Potentiale gelegt sind. Die Folge kon=zentrischer
Plattensysteme kann nach außen hin beliebig fortgesetzt werden. Die Anode besteht
aus einer Anzahl ebenfalls konzentrisch angeordneter, die Erzeugenden eines Zylinders
bildender Drähte 7.
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Fig. 2 zeigt als Ansicht de.n konstruktiven Aufbau der Röhre genauer.
Das gesamte Elektrodensystem wird. von den Quetschfüßen 8 und g aus gehaltert. Die
Haltestäbe dienen zugleich als Stromzuführung für die einzelnen Plattensysteme.
Die Anodendrähte io sind :zwischen den Ringen ii und 12 ausgespannt. Auf die Anodendrähte
folgt nach innen zu ein Kranz von Platten 13, welche die Sekund:äremiss-ionselektroden
bilden; sie sind mit Ringen 14 und 15 verschweißt und werden: auf diese Weise gehaltert.
Zwischen den Sekundäremissionselektroden befinden sich in gleicher Weise gehalterte,
der Übersichtlichkeit halber nicht gezeichnete Führungselektroden. Die dünndrähti.gen
Elektrodenteile 16 sind zwischen zwei weiteren Ringen 17 und 18 ausgespannt. In
ähnlicher Weise setzt sich der Aufbau des Elektrodensystems nach innen zu fort;
es folgen noch me=hrere konzentrische Plattensysteme, schließlich ein Steuergitter
und ein Raum-ladegitter.
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Von dem Prinzip der Anordnung ausgehend, kann natürlich die Halterung
der Elektroden in verschiedenster Weise erfolgen, und die in Fig. 2 .dargestellte
.Anordnung stellt nur ein Beispiel dar. Mit besonderem Vorteil kann auch die bereits
erwähnte Halterung der Elektroden zwischen zwei parallelen Glasplatten zur Anwend@u:ng
kommen, wobei die Glasplatten .gleichzeitig -den Abschluß des Gefäßes bilden können.
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Eine weitere Elelktrodenanordnung, die durch die konzentrische Elektrodenanordnung
ermöglicht ist, zeigt Fig. 3., und. zwar die eine Hälfte des Systems. Die plattenförmigen
Elektroden sind. hier als Ringe ausgebildet. Die in der Systemachse angeordnete
Glühkathode i9 ,ist von .aine.m Steuergitter 20 umgeben, dieses wieder von den ringförmigen
Elektroden der ersten Verstärkerstufe, und zwar den Sekundäremiss,ionselektroden
2i und ,den Führungselektroden:22. Diese Ringe werden beispielsweise durch Isolierstäbe
23 gehaltert, auf welche isolierende Di.stanzstückie 24 aufgeschoben sind. Die Anodendrähte
sind .mit 25 bezeichnet. Auch bei dieser Anordnung können außer den plattenförmigen
Führungselektroden dünndrähtige SHilfselektroden vorgesehen werden. Die dünnen Drahtringe
werden dann am besten ,durch einige längs verlaufende Isolierstäbe gehalten, welche
mit Rillen oder Bohrungen versehen: sind. Bei gleicher Plattenbreite nimmt die Fläche
der Sekundäremissionselektroden nach außen hin zu, so daß dadurch ein Ausgleich
bezüglich der Dichte des Emiss=ionsstromes und der thermischen Belastung der Elektroden
stattfindet. Gegebenenfalls kann man: auch hier die Platten nach außen .zu von Stufe
zu Stufe .breiter werden lassen.