DE901088C - Pendelvervielfacher - Google Patents
PendelvervielfacherInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J25/00—Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
- H01J25/76—Dynamic electron-multiplier tubes, e.g. Farnsworth multiplier tube, multipactor
Description
(WiGBl. S. 175)
AUSGEGEBEN AM 7. JANUAR 1954
F 4620 VIIIc 12ig
Pendelvervielfacher
(Ges. v. 15. 7. 51)
Bei den Sekundärelektronenvervielfachern werden 'zwei Hauptgruppen unterschieden. Die statischen
Vervielfaciher sind durch eine Mehrzahl von Prallelektroden gekennzeichnet, die an zeitlich
konstanten und von Stufe zu Stufe zunehmenden Potentialen liegen. Jedes einfallende Elektron wird
in jeder Stufe nur einmal vervielfacht. Die dynamischen Vervielfacher haben dagegen in der
Regel nur eine oder zwei Pralletektroden. Sie werden mit einer Wechselspannung betrieben, und
zwar derart, daß an ein und derselben Prallelektrode, die längs ihrer Oberfläche in jedem
Augenblick dasselbe Potential aufweist, jedes Elektron mehrmals vervielfacht wird.
Die Erfindung betrifft in gewissem Sinne einen Zwischentyp zwischen den beiden erwähnten Arten.
Die im folgenden beschriebene Anordnung ist insofern ein Pendelvervielfacher, als sie gewissermaßen
mit nur einer Prallelektrode arbeitet, an der eine Wechselspannung liegt. Sie hat jedoch mit den
bekannten Reihenvervielfachern gemein, daß die Elektronen nach jedem Aufprall eine neue Richtung
einschlagen und die Anordnung auf einem vorgeschriebenen Weg der Länge nach durchlaufen.
Während 'bei einem normalen Pendelvervielfacher die Entladung diffus vor sich geht und praktisch
den .ganzen Entladungsraum ausfüllt, bewegen sich die Elektronen bei der Anordnung der Erfindung in
genau definierten Bahnen. Es wird1 dadurch erreicht, daß die maximal auftretende Stromdichte wie bei
einem Reihenvervielfacher nur durch die von der letzten Prallfläche herrührenden Elektronen
bestimmt wird, da eine Überlagerung mit den Elektronen, die von früheren Prallvorgängen herrühren,
nicht möglich ist. Infolgedessen können manche Schwierigkeiten, z. B. die bei normalen Pendelvervielfachern
vorhandene Schwingneigung, beseitigt werden. Ferner wird es möglich, einen gut gebündelten
Ausgangsstrom zu erhalten, der auf eine
verhältnismäßig kleine Anode gerichtet oder durch eine Blende weitergeleitet werden kann,
ίο Es sind Vervielfacher bekannt, bei denen durch
geeignete WaM des zeitlichen Spannungsverlaufs ein mehrmaliger Aufprall der Elektronen auf eine
einzige Prallelektrode bewirkt wird, neben der keine weiteren Prallelektroden vorhanden sind. Hierfür
kommt insbesondere das Verfahren der langen Periode in Frage, bei dem die Periode der angelegten
Wechselspannung lang ist gegen die zur einmaligen
Durchquerung des Entladungsraums erforderliche Laufzeit. Bei diesem Verfahren kommt eine Verao
vielfachung während des ansteigenden Teils der Wechselspannungsperiode dadurch zustande, daß
die Prallelektrode nach jeder Durchquerung ein höheres Potential angenommen hat, so daß die Elektronen
zwar wieder auf die gleiche Elektrode, aber mit zur Auslösung von mehreren Sekundärelektronen
hinreichender Geschwindigkeit auftreffen. Während des absteigenden Teils der Schwingung
findet keine Vervielfachung statt.
Der im folgenden beschriebene Vervielfacher weist zwei einander gegenüberliegende Reihen nacheinander
durchlaufener Prallelemente auf, und sämtliche Prallelernente besitzen untereinander stets
dasselbe Potential. Erfmdungsgemäß schließen die Prallelemente jeder Reihe aneinander an, und es
sind ihnen durchbrochene Beschleunigungselektroden parallel vorgelagert, die unter sich ebenfalls
dasselbe Potential führen und einen praktisch feldfreien Raum umschließen.
Die Zeichnung dient zur näheren Erläuterung der Erfindung.
Fig. ι zeigt als Ausführungsbeispiel eine Röhre,
Fig. 2 eine abgewandelte Form für die den Entladungsraum
begrenzende Prallelektrode, während Fig. 3 zur Erläuterung des Spannungsverlaufs
zwischen Prall- und Beschleunigungselektrode dient. In der Röhre 1 der Fig. 1 sind mit 2 konkav gewölbte
Prallelemente bezeichnet, die fortlaufend aneinander anschließen und gleiches Potential
führen. Sie sind in zwei einander gegenüberliegenden Reihen angeordnet, wobei auch die beiden
Reihen stets dasselbe Potential führen. Zweckmäßig sind sie durch metallische Querwände miteinander
unmittelbar verbunden, die den Entladungsraum nach den Seiten hin abschirmen. Die durch die Gesamtheit
dieser Teile gebildete Prallelektrode stellt dann einen Kasten dar, der bis auf die Ein- und
Austrittsöffnungen für das Licht bzw. die Elektronen vollständig geschlossen ist. Innerhalb dieses
Kastens parallel zu den Prallelementen ist ein weitmaschiges, z. B. eine Masche je Millimeter, dünndrähtiges,
Durchmesser z. B. V10 mm oder weniger, Beschleunigungsgitter 3 vorgesehen, welches auch
vor den beiden in der Zeichnung nicht dargestellten Seitenwänden angeordnet sein kann. Gegebenenfalls
ist ein Rost aus parallel zur Zeidhenebene verlaufenden
Drähten verwendbar, während die Querdrähte fehlen oder in -ihrer Zahl vermindert sind.
Die Primärelektronen werden durch Belichtung des am weitesten links gelegenen Prallelements der
oberen Reihe erzeugt. Zu diesem Zweck ist ein Umlenkspiegel 4 in die Röhre eingebaut. Die Ausgangsanode
ist mit 6 bezeichnet. Sie ist über den Ausgangswiderstand 9 mit einer Gleichspannungsquelle
8 verbunden, deren negativer Pol über die Wechselspannungsquelle 7 an die Prallelektrode 2
angeschlossen ist.
Die Spannungen sind so aufeinander abgestimmt, daß die Periode der Wechselspannung groß ist
gegen die zur einmaligen Durchquerung des Entladungsraumes von einem Prallelement zum
schräg gegenüberliegenden erforderliche Zeit (Verfahren der langen Periode). Die Spannung der
■Gleichspannungsquelle 8 ist größer als die Amplitude der Wechselspannung, so daß die Beschleunigungselektrode
3 stets positiv ist gegen die Prallelektrode 2. Die Anode 6 und die Beschleunigungselektrode sind getrennt herausgeführt, besitzen
jedoch das gleiche Ruhepotential. Es ist grundsätzlich möglich, beide Elektroden in der Röhre zu
einer einzigen zusammenzufassen. In diesem Fall wird sogar ein größerer Ausgangsstrom erhalten,
jedoch unter Inkaufnahme einer erheblich größeren Ausgangskapazität und Verzicht auf einzelne der
eingangs beschriebenen Vorteile.
Beim Betrieb der Röhre werden die an dem linken oberen Prallelement ausgelösten Photoelektronen
durch die positive Spannung der Beschleunigungselektrode in Richtung auf das linke untere
Prallelement abgesaugt. Durch die konkave Krümmung wird zugleich eine Bündelung der Elektronen
bewirkt, so daß sie auf dem getroffenen Prallelement
nur einen verhältnismäßig kleinen Bereich bedecken. Durch ausgezogene Pfeile sind die Bahnen
der Elektronen in der ersten Stufe angedeutet. Während des ansteigenden Teils der Wechsel-Spannungsperiode
wird dieses Element inzwischen positiver, so daß die Elektronen beim Auf treffen
eine zur Auslösung von Sekundärelektronen hinreichende Geschwindigkeit besitzen. Der beschriebene Vorgang wiederholt sich, bis die Elek-
tronen vom rechten oberen Prallelement in Richtung auf die kleinfläcliige (Größenanordnung z. B.
ι cm2 oder weniger) Anode abgesaugt und von dieser dem Ausgang zugeführt werden.
Ein besonderer Vorzug der beschriebenen An-Ordnung ist, daß die Elektronen annähernd streifend
auf die Prallelektrode auftreffen und infolgedessen eine besonders hohe Sekundäremission auslösen.
In der Praxis kann es zweckmäßig sein, das Beschleunigungsgitter in etwas größerem Abstand
vor den Prallelementen anzuordnen, um während eines größeren Teils der Laufzeit eine Beschleunigung
ausnutzen zu können. Im Raum zwischen den Gittern findet keine Beschleunigung statt.
Die beschriebene Elektrodenanordnung kann dahin abgeändert werden, daß an Stelle zweier
getrennter, sich gegenüberliegender Prallelementraihen
eine in Form einer Schraubenlinie fortlaufende Prallfläohe verwendet wird. Dieser Fall
ist in .Fig. 2 schematisch dargestellt, bei der einander
entsprechende Teile mit demselben Bezugszeichen wie in Fig. ι angegeben sind. Dieses Gebilde
entsteht durch Rotation eines Elementarabschnittes und' gleichzeitigen Vorschub in axialer Richtung.
Der Einbau des Beschleuiiigungsgitters in den
ίο Schraubenkörper kann unter Umständen dadurch
erfolgen, daß ein vorgeformtes oder ein biegsames Gitter nachträglich in diesen hineingedreht und
dann befestigt wird. Selbstverständlich ist es auch bei dieser Anordnung möglich, die sdhraubenförmige
Prallfläche konkav gegen den Entladungsraum zu wölben, um eine Konzentrierung der
Elektronen zu erreichen.
Da die Prallelektrode nach außen nahezu völlig geschlossen ist, ist es möglich, sie gleichzeitig als
so Wandung des Vakuumgefäßes auszunutzen. Es
entsteht dann eine Metallröhre von der betreffenden Form, die (lediglich an einzelnen Stellen isolierende
Außenteile aufweist, um (die übrigen Elektroden herauszuführen oder den Lichteintritt in die Röhre
zu ermöglichen.
Im vorstehenden wurde der Betrieb der Röhre an Hand des Verfahrens der langen Periode beschrieben.
Es ist jedoch möglich, die Röhre auch auf andere Weise zu betreiben, nämlich mit einer
Wechselspannung, deren Periode gleich der für eine einmalige Durchquerung erforderlichen Laufzeit
ist oder einen ganzzahligen Bruchteil dieser Zeit beträgt. Ίη Fig. 3 a sind schematisch zwei einander
gegenüberliegende, auf gleichem Potential befindliehe
Prallflächen 12 und 22 und die dazwischenliegenden Beschleunigungsgitter 13 und 23 gezeichnet.
In den Fig. 3 b bis 3 c sind Spannungsverläufe
angegeben, und zwar so, daß der Zeitmaßstab dem Fortschreiten der Elektronen im Raum zwischen den Prallflächen der Fig. 3 a angepaßt
ist. Wird die Röhre nun mit einer einfachen Sinusspannung betrieben, deren Periode gleich der
Laufzeit ist, so findet, richtige Phase vorausgesetzt, zwischen den Elektroden 12 und 13 eine Beschleunigung
statt. Es wird hierbei aber nur der in Fig. 3 b mit 10 bezeichnete Abschnitt der Spannungskurve
ausgenutzt, da die Elektronen alsdann in den feldfreien Raum zwischen 13 und 23 gelangen. Erst
hinter dem Netz 23 findet eine nochmalige Beschleunigung statt (Bereich 11), da die Phase der
Wechselspannung sich inzwischen umgekehrt hat und das Potential der Prallelektrode 12,22 jetzt
wieder zunimmt. Dieses Betriebsverfahren kann auch als Grenzfall des Verfahrens der langen
Periode aufgefaßt werden, da während des absteigenden Teils der Sinuskurve die Spannung
unausgenutzt bleibt.
Eine Verbesserung der Spannungsausnutzung kann gemäß Fig. 3 c dadurch erfolgen, daß eine
nicht sinusförmige Spannung benutzt wird, bei der sich die Halbwellen weitgehend auf den Anfang
und das Ende der Periode konzentrieren, während der Zwischenraum annähernd der Spannung Null
entspricht. Dieses Prinzip führt im Grenzfall dahin, daß die Kurve zu zwei Impulsen entartet (Fig. 3 d),
die entgegengesetzt gerichtet sind und am Anfang bzw. Ende der Periode liegen.
Abweichend hiervon arbeitet das Verfahren mit einer Spannungskurve entsprechend Fig. 3e, bei
dem die Laufzeit der Elektronen ein ganzzafaliges Vielfaches der Periode beträgt. Wie sich aus dem
Vorhergehenden ergibt, werden hierbei die positive Halbwelle am Anfang und die negative am Ende
des Schwingungszuges ausgenutzt, während die dazwischenliegenden Halbwellen unwirksam Heihen,
da das Elektron im feldfreien Raum fliegt. Dies gilt jedoch nur für die Elektronen, die gerade im
Augenblick des Beginns der gezeigten Welle die Prallfläche 12 verlassen haben. Es ist jedoch klar,
daß eine Periode später für andere Elektronen wieder gleiche Verhältnisse vorliegen wie für die
ursprünglichen Elektronen am Anfang der Kurve, so daß jetzt eine neue Schar von Elektronen beschleunigt
wird und in den feldfreien Raum eintritt. Dies wiederholt sich ein zweites Mal bei der dritten
positiven Halbperiode. Es folgt also, daß bei diesem Betriebsverfahren gleichzeitig η Elektronengruppen
im Raum zwischen zwei Prallelementen unterwegs sind, wenn die Wedhselspannungsperiode ijn der
Laufzeit beträgt. Die .Spannung wird also hierbei durchaus günstig ausgenutzt, insbesondere wenn
jeweils eine Halbwelle auf die Flugzeit im Beschleunigungsraum
entfällt. Es kann natürlich auch ■mit einer Laufzeit in diesem Raum gearbeitet werden,
die weniger oder auah mehr als einer Halbwelle entspricht, z. B. einer Viertelwelle. Jedoch ist
dann der Wirkungsgrad schlechter. In jedem Fall muß der auf positive Abschnitte der Schwingung
entfallende Teil dieser Laufzeit den oder die auf negative Halbwelten entfallenden Teile überwiegen,
damit eine Beschleunigung verbleibt.
Claims (16)
1. Pendelvervielfacher mit zwei einander gegenüberliegenden Reihen nacheinander durchlaufener
Prallelemente, bei dem sämtliche Prallelemente untereinander stets dasselbe Potential
besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallelemente jeder Reihe aneinanderschließen und
daß ihnen durchbrochene Beschleunigungselektroden parallel vorgelagert sind, die unter sich
stets dasselbe Potential führen und einen praktisch feldfreien Raum einschließen.
2. Vervielfacher nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Prallelementreihe aus einem fortlaufenden aickzackförmig gebogenen
Band besteht.
3. Vervielfacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die längeren Abschnitte der
Zickzackflächen zur Vervielfachung benutzt werden, während die kürzeren Abschnitte als
Abschirmung und leitende Verbindung dienen.
4. Vervielfacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäremittie-
renden Prallelemente gegen den Entladungsraum
konkav gewölbt sind.
5. Vervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsraum seitlieh
durch Abschirmbleche begrenzt ist, die mit den Prallelementen auf gleichem Potential
liegen.
6. Vervielfacher nach Anspruch 1 oder' 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das System der Prallelemente nind der sie verbindenden, auf gleichem
Potential liegenden Metallflächen bis auf die .gegebenenfalls notwendigen Ein- und Austrittsöffnungen ein vollständig geschlossenes Gebilde
darstellt.
7. Vervielfacher nach Anspruch'6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Prallelektrode mit den Verbindungsflächen zugleich die Wandung des
Vakuumgefäßes darstellt.
8. Vervielfacher nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die gegebenenfalls zugleich ■als Anode dienende Beschleunigungselektrode
weitmaschig und dünndrähtig ausgebildet ist.
9. Vervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungselektrode
im wesentlichen den genannten Innenraum der Röhre verkleidet.
10. Vervielfacher nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß eine gesonderte, kleinflächige Anode oder eine Atistrittsblende für die
Elektronen vorgesehen ist.
11. Abänderung der Röhre nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Prallelektrode in Form eines schraubenförmigen Körpers ausgebildet
ist, wie er durch Drohung eines Prallelements und gleichzeitigen Vorschub in Riehtung
der Achse entsteht.
12. Verfahren zum Betrieb einer Röhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen Prall- und Beschleunigungselektrode außer einer Gleichspannung
eine Wechselspannung liegt, deren Periode lang ist gegen die Laufzeit der Elektronen
zwischen zwei Prallvorgängen.
13. Verfahren zum Betrieb einer Röhre nach einem 'der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen Prall- und Be-■schleunigungselektrode
außer einer Gleichspannung eine Wechselspannung liegt, deren Periode gleich der Laufzeit der Elektronen zwischen
zwei Praillvorgängen ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet
durch die Verwendung einer nicht sinusförmigen Spannung, die im wesentlichen aus einem positiven Impuls am Anfang und
einem negativen am Ende der Periode besteht.
15. Verfahren z«m Betrieb einer Röhre nach
einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Prall- und Beschleunigungselektrode
außer einer Gleichspannung eine Wechselspannung liegt, deren Periode
einen ganzzahligen Bruchteil der Laufzeit der Elektronen zwischen zwei Prallvorgängen
beträgt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Laufzeit der Elektronen zwischen Prall- und Beschleunigungselektrode
etwa einer halben Periode der angelegten Wechselspannung entspricht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 5660 12.53
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEF4620D DE901088C (de) | 1940-09-17 | 1940-09-18 | Pendelvervielfacher |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2396554X | 1940-09-17 | ||
DEF4620D DE901088C (de) | 1940-09-17 | 1940-09-18 | Pendelvervielfacher |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE901088C true DE901088C (de) | 1954-01-07 |
Family
ID=25973750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEF4620D Expired DE901088C (de) | 1940-09-17 | 1940-09-18 | Pendelvervielfacher |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE901088C (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3244922A (en) * | 1962-11-05 | 1966-04-05 | Itt | Electron multiplier having undulated passage with semiconductive secondary emissive coating |
-
1940
- 1940-09-18 DE DEF4620D patent/DE901088C/de not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3244922A (en) * | 1962-11-05 | 1966-04-05 | Itt | Electron multiplier having undulated passage with semiconductive secondary emissive coating |
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