DE902056C

DE902056C - Arrangement for dynamic secondary electron multiplication

Info

Publication number: DE902056C
Application number: DEA10741D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ludwig Mayer
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1938-11-03
Filing date: 1938-11-03
Publication date: 1954-01-18

Description

Anordnung zur dynamischen Sekundärelektronenvervielfachung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur dynamischen Sekundärelektronenvervielfachung. Es ist bekannt, eine derartige Vervielfachung dadurch vorzunehmen, daß man. zwischen zwei sekundäremimis-sions,fähige, einander gegenüberstehende Platten eine hochfrequente Wechselspannung anlegt, die die Elektronen in etwa einer halben Phase ihres zeitlichen Ablaufs, von einer Platte auf die andere beschleunigt, derart, daß die Elektronen beim Auf-.treffen auf .diese Platte Sekundärelektronen auslösen, die in der nächstens halben Phase derWechsel'-spannung auf die andere Platte zurück beschleunigt werden, an der sich der gleiche Vorgang wiederholt. Es ist ferner bekannt, zur Vervielfachung nur die eine Platte ausizu:nutzen und die Elektronen am, Auftreffen auf .die andere Platte dadurch zu verhindern, daß man dieser Platte einnegatives Potential etwa dadurch gibt, daß man der Wechselspannung eine Gleichspannung überlagert. Eine derartige Anordnung 'hat gegenüber dem Zweiplatten, vervielfache, den Vorteil, daß nur eine sekundäremissionsfähige Platte benötigt wird. Die Erfindung geht von der geschilderten dynamischen Sdkundärelektronenvervielfach.ung nach dem Einp@lattenp;rinzip aus. Nach der Erfindung ist eine s-dlche Anordnung gekennzeichnet durch eine an ihrer inneren Oberfläche sekundäremissionsfähige, vorzugsweise ,auch lichtelektrisch empfindliche, zylindrische Kathode, eine dazu koaxiale dünne .drahtfärmnige Hilfselektrode, eine zwischen den 'beiden Elektroden, liegende hochfrequente Wechselspannung, der eine mit dem negativenPol anderHiilfselektrode liegende Gleichspannung überlagert ist und durch. eine oder mehrere, vorzugsweise außerhalb der Zylinderkathode liegende Auffanganoden;.Arrangement for dynamic secondary electron multiplication The invention relates to an arrangement for dynamic secondary electron multiplication. It is known to make such a multiplication that one. between two secondary emimis-sions, capable, opposing plates a high frequency AC voltage applies, which the electrons in about half a phase of their temporal Sequence, accelerated from one plate to the other, in such a way that the electrons when they hit this plate, secondary electrons are released, which in the next half phase of the alternating voltage can be accelerated back to the other plate, on which the same process is repeated. It is also known to multiply only to use the one plate and to use the electrons on, hitting the other Prevent plate by giving this plate a negative potential by superimposing a direct voltage on the alternating voltage. Such a one Arrangement 'has the advantage over the two-plate, multiply, that only one secondary emissive plate is required. The invention is based on the described dynamic secondary electron multiplication according to the single plate principle. According to the invention, an arrangement is characterized by one on its inner surface secondary emissive, preferably also photoelectrically sensitive, cylindrical cathode, a coaxial thin .wrahtfärmnige auxiliary electrode, a high-frequency alternating voltage lying between the two electrodes, the one with the negative pole on the auxiliary electrode DC voltage is superimposed and through. one or more, preferably outside the cylinder cathode horizontal collecting anodes ;.

Die Anordnung nach der Erfindung sei an Hand der Abbildungen, in -denen Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind, näher erläutert;.The arrangement according to the invention is based on the figures, in -denen Embodiments are shown schematically, explained in more detail ;.

In Abb. i bedeutet i die zy'linderförmigeKathode, zuderkoaxial der al:s Hilfselektrode 2.dienendedünne Draht angebracht ist. Dieser Draht ist durch zwei Auffanganoden 3 und 4 hindurchgeführt, die plattenförmig ausgebildet sind und vorteilhaft so, angeordnet sind, daß sie wirklich alle .aus dem. inneren Raum der Zylinderkathode austretenden Elektronen auffangen. Es -kann zu diesem Zweck erforderlich sein, den Durchmesser der Platten größer zu machen als den des Kathodenzylinders. Es kann ferner zweckmäßig sein, die Auffanganoden mit Umbördelungen, die nach der Kathode weisen, zu versehen, -damit auch seitlich keine Elektronen entweichen können. Die Anordnung der bisher erwähnten Elektroden :hat natürlich in einem Hochvakuumgefäß zu erfolgen. Zwischen der Hillfsele'ktrode 2 und der Kathode i liegt eine Wechselspannung, die einer Wechselspannungsquelle 5, z. B. einem abgestimmten Schwingkreis, entnommen wird. Dieser Wechselspannung ist eine so hohe, der Spannungsquelle 6 entnommene Gleichspannung überlagert, daß von der Kathode i austretende Elektronen die Hilfselektrode 2 nicht erreichen können. Schließlich sind die vorteilhaft miteinander elektrisch kurzgeschlossenen Auffan@g:anoden. 3 und q. gegenüber Kathode und Hilfselektrolde mit Hilfe der Spannungsquelle 7 auf ein so hohes positives Potential gelegt, daß sie die durch Sekundäremission verstärkten Elektronenströme ,schließlich auffangen, so daß im Anodenkreis, z. B. an der Stelle 8, ein Verbraucher angeschlossen werden kann.In Fig. I i means the cylindrical cathode to which the coaxially al: s auxiliary electrode 2. serves with thin wire attached. This wire is through two collecting anodes 3 and 4 passed through, which are plate-shaped and are advantageously arranged in such a way that they really all .from the. inner space of the Catch electrons emerging from the cylinder cathode. It -may be necessary for this purpose be to make the diameter of the plates larger than that of the cathode cylinder. It can also be useful to have the collecting anodes with flanges, which after the Cathode have to be provided so that no electrons can escape from the side either. The arrangement of the electrodes mentioned so far: has of course in a high vacuum vessel to be done. There is an alternating voltage between the auxiliary electrode 2 and the cathode i, that of an AC voltage source 5, e.g. B. taken from a tuned resonant circuit will. This alternating voltage is so high that it is taken from the voltage source 6 DC voltage superimposed on that electrons emerging from the cathode i the auxiliary electrode 2 can not achieve. Finally, they are advantageously electrical to one another short-circuited Auffan @ g: anodes. 3 and q. opposite cathode and auxiliary electrolde with the help of the voltage source 7 placed on such a high positive potential that they finally intercept the electron currents amplified by secondary emission, so that in the anode circuit, z. B. at point 8, a consumer can be connected can.

Die Wirkungsweise einer derartigen Anordnung ist die folgende: Elektronen, die von -der Zylinderkathode ausgehen, wenn ein nach; innen zu beschleunigendes Feld an dieser Kathode liegt, werden von der Kathode fort beschleunigt, kehren, da sie die Hihfselektrode nicht erreichen können, um, werden, wenn Frequenz und: Amplitude der Wechselspannung der Höhe der überlagerten Gleichspannung geeignet .aufeinander abgestimmt sind, auf die Kathode zurück beschleunigt, wo sie Sekundärelektronen auslösen, die nun, falls sie ein beschleunigendes Feld vorfinden, den gleichen Vorgang wiederholen können. Man erkennt, daß die Bestimmungsgrößen der Gleich- und der Wechselspannung zwei Bedingungen zu erfüllen haben, die aber ebenso wie beim ebenen Fall miteinander verträglich sind. Gegenüber dem. bekannten Einplattenvervielfacher hat der Vervielfache, nach der Erfindung den Vorteil, daß der Hilfselektrode eine ihrer untergeordneten Bedeutung entsprechende Größe gegeben und der Hauptraum von der tatsächlich' aktiven Kathode eingenommen wird, während beim Einplattenvervielfacher mit ebenen Elektroden die Hilfselektrode im Prinzip genau so groß. sein. muß und es bei den bekannter, Ausführungsformen auch ist wie die Kathode. Eine Weiterbildung der Anordnung nach der Erfindung isst gekennzeichnet :durch eine an ihrer inneren Oberfläche sekundäremissionsfähige, vorzugsweise auch lichtelektrisch empfindliche zylindrische Kathode, eine dazu koaxiale dünne drahtförmige Anode und eine zwischen Kathode und Anode liegende hochfrequente Wechselspannung, .der eine mit dem positiven Poil an -der Anode liegende Gleichspannung überlagert ist.The mode of operation of such an arrangement is as follows: electrons, which emanate from -the cylinder cathode, if one after; inside to be accelerated Field on this cathode are accelerated away from the cathode, sweep, since they cannot reach the auxiliary electrode, if frequency and: The amplitude of the alternating voltage is suitable for the level of the superimposed direct voltage . are matched to each other, accelerated back to the cathode, where they have secondary electrons which now, if they find an accelerating field, trigger the same process can repeat. It can be seen that the determinants of direct and alternating voltage have to meet two conditions, but just as in the flat case they are with one another are compatible. Compared to the. known single-plate multiplier has the multiplier, according to the invention the advantage that the auxiliary electrode is one of its subordinate Importance given appropriate size and the main room from the actually 'active Cathode is taken, while the single-plate multiplier with flat electrodes the auxiliary electrode is just as big in principle. be. must and it with the known, Embodiments also is like the cathode. A further development according to the arrangement of the invention eats characterized by a secondary emissive on its inner surface, preferably also a photoelectrically sensitive cylindrical cathode, one coaxial therewith thin wire-shaped anode and a high-frequency one between the cathode and anode AC voltage, the one DC voltage with the positive pole at the anode is superimposed.

In Ahb. 2 ist eine derartige Anordnung dargestellt, :die, wie man erkennt, äußerlich ähnlich aussehen kann wie die Anordnung nach Abb. i. Es bedeutet hier wieder i die zylinderförmige Kathode, 2 :den dazu koaxialen dünnen Draht, der jetzt aber gleichzeitig als Anode .dient, so daß (besondere Auffanganoden überflüssig werden. Zwischen Kathode und Anode liegt eine hochfrequente Wechselspannung, die der Spannungsquelle 5 entnommen wird. Ihr ist, jetzt aber eine der Gleiehspannungsquelle 7 entnommene Spannung überlagert, die dem Draht eine positive Vorspannung gibt. 7 hat also hier .die Bedeutung der Anodenspannungsquelle, und in den Anodenkreis kann wieder, beispielsweise bei 8, ein Verbraucher eingeschaltet werden. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist nun :die, daß die aus der Kathode bei beschleunigenudiem Feld ausgelösten Elektronen nach innen zu beschleunigt werden, zum größten Teil :an :der Anode vorbeifliegen und suf die gegenüberliegende Seite der Kathode auftreffen. Sind jetzt die Betrieibsdaten (Höhe der Gleich spannung, Frequenz und Amplitude der Wechselspannung) so gewählt, daß .gerade eine Periode der Wechselspannung verstrichen ist, wenn das Elektron auf der ;gegenüberliegenden Seite ankommt, so finden offenbar die von -ihm ausgelösten Sekundärelektronen die gleichen Bedingungen vor wie das zuerst betrachtete Elektron, und der Vorgang kann sich in gleicher Weise wiederholen. Der Vorteil dieser Anordnung gegenüber dem 'bekannten Ein:-plattenvervielfacher mit ebenen Elektroden eist der gleiche, wie er bereits oben für die Anordnung nach Abb. i beschrieben wurde.In Ahb. Figure 2 shows such an arrangement: the how to recognizes, can look outwardly similar to the arrangement according to Fig. i. It means here again i the cylindrical cathode, 2: the coaxial thin wire, the but now also serves as an anode, so that (special collecting anodes are superfluous will. There is a high-frequency alternating voltage between the cathode and anode, the the voltage source 5 is taken. Your is, but now one of the DC voltage source 7 superimposed voltage taken, which gives the wire a positive bias. 7 has here .the meaning of the anode voltage source, and in the anode circuit a consumer can be switched on again, for example at 8. The mode of action Now this arrangement is: the one that the cathode accelerates in the field released electrons are accelerated inwards, for the most part: an: der Fly past the anode and hit the opposite side of the cathode. Are now the operating data (level of DC voltage, frequency and amplitude the alternating voltage) selected so that .just one period of the alternating voltage has elapsed is, when the electron arrives on the opposite side, so obviously find the secondary electrons released by it meet the same conditions as that electron considered first, and the process can repeat itself in the same way. The advantage of this arrangement over the 'known one: plate multiplier with flat electrodes is the same as described above for the arrangement Fig.i has been described.

Es kann zweckmäßig sein, bei: dem zuletzt beschriebenen Vervizlfacher mit positiv vorgespannter Innenelektrode der Zylinderkathode nicht den Querschnitt eines Kreiszylinders zu geben, sondern vielmehr die innere Oberfläche mit parallel, zur Achse verlaufenden Ein@kerbun:gen oder Einschnitten zu versehen. Es wird dadurch erreicht, daß.die wirksame Oberfläche der Kathode nicht mehr tangential zu einem um die Zylinderachse beschriebenen Zylinder verläuft, die Hauptaustrittsrichtung der Elektronen also nicht =mehr radial zu der Zylinderachse liegt, sondern in einem bestimmten Winkel zu dieser Richtung. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit; daß die positiv vorgespannte Mittelelektrode vorzeitig von den Elektronen getroffen wird, verringert und somit der Wirkungsgrad, der Anordnung erhöht.It can be useful for: the last-described doubler with a positively biased inner electrode of the cylinder cathode does not have the cross-section of a circular cylinder, but rather the inner surface with parallel, notches or incisions running towards the axis. It becomes through it achieved that the effective surface of the cathode is no longer tangential to one The cylinder described runs around the cylinder axis, the main exit direction of the electrons is no longer radial to the cylinder axis, but in one certain angle to that direction. This increases the probability; that the positively biased center electrode is hit prematurely by the electrons, reduced and thus the efficiency of the arrangement increased.

Es: ist natürlich darauf zu achten, daß die Betriebsdaten des Vervielfachers, wie dies; ja auch von anderen dynamischen Verviellfachern .her bekannt und selbstverständlich ist, so gewählt werden:, daß die Elektronen nicht nur in einer günstigen Phase auf der Sekundäremisionselek trode ankommen, sondern auch noch mit einer für die Sekundäremission günstigen Geschwindigkeit.It: Of course, it is important to ensure that the operating data of the multiplier, like this; yes, also known from other dynamic multipliers is to be chosen as follows :, that the electrons are not only in a favorable Phase on the secondary emission electrode, but also with a for the secondary emission favorable speed.

Claims

PATENT APPROVAL: CFIE: i. Arrangement for dynamic secondary electron multiplication according to (the single-plate principle, characterized by a on its inner surface secondary emissive, preferably also photoelectric, sensitive cylindrical Cathode, a coaxial thin wire-shaped auxiliary electrode, one between the , high-frequency alternating voltage lying on both electrodes, one with the negative Pole on the auxiliary electrode is superimposed on the DC calibration voltage, and by a or several collecting points, preferably located outside the cylinder cathode.

2. Arrangement for dynamic secondary electron multiplication: multiplication according to the, single-plate, Principle, characterized by a secondary emissivity on its inner surface, preferably also photoelectrically sensitive cylindrical cathode, one in addition coaxial thin wire-shaped anode and a high-frequency one between cathode and anode AC voltage, the DC voltage with the positive pole at the anode is superimposed.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the cathode on their inner surface with notches running parallel to the axis or Incisions is provided.