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Sekundärelektronenvervielfacher mit kompakten Prallelektroden Es sind
statische Sekundärelektronenvervielfacher beleanntn bei denen die von einer Glüh-
oder Photokathode emittierten Primärelektronen auf kompakte sekundäremissionsfähige
Prellelektroden fallen, hier Sekundärelektronen ausläsen, die ihrerseits auf weitere
Elektroden,, dieser Art gelenkt werden. Es sind auch Vervielfacher bekannt, bei
denen die sekundäremissionsfähigen Elektroden als Gitter ausgebildet. sind. Beide
Typen des Vervielfachers unterscheiden sich technisch folgendermaßen: Ein Vervielf
acher mit Gitterelektroden hat den Vorteil, daß man die Elektroden hintereinander
zu einer Reihe anordnen kann. Die von einer Elektrode ausgelösten Sekundärelektronen
können dann, wenn die Elektroden mit wachsendem Potential aufeinanderfolgen, durch
das Gitter auf dne nächste Elektrode gelangen und den Vervielfachungsprozeß fortsetzen.
Hierbei ist jedoch zu bedenken:, daß nicht alle auf eine Gitterelektrode gerichteten
Elektronen; Sekundärelektronen erzeugen, da. ein Teil von ihnen durch das Gitter
auf die nächste Elektrode fliegt, so daß der Primärelektronenstrom für die Vervielfachung
nicht voll ausgenutzt wird: Beim Vervielfacher mit kompakten Prellelektroden lösen
hingegen alle auf eine Elektrode gerichteten Elektronen auch Sekundärelektronen
aus, jedoch bereitet in diesem Fall die Anordnung der Elektroden Schwierigkeiten,
da man sie nicht wie beim
Verv ielfache:r mit Gitterelektroden hintereinander
in einer Reihe anordnen kann, sondern sie so- anordnen muß, daß die von einer Elektrode
ausgelösten Elektronen auf die nächste gelangen können. Darüber hinaus hat man bisher
noch besondere Mittel, beispielsweise elektrische oder magnetische Felder mit besonderem
Fokussierungseigenächaften, anwenden müssen, um eine Fokussierung der von einer
Elektrode ausgelösten Elektronen auf die nächste Elektrode mit höherem Potential
zu erreichen.
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Die- Erfindung betrifft einen statischen Vervielfache:r mit kompakten
Prallelektrode@n, bei dem besondere Hilfsmittel zur Lenkung und Fokussierung der
von einer Elektrode ausgelösten Sekundärelektronen auf die weiteren Elektronen nicht
erforderlich sind. Gemäß der Erfindung ist der Vervieifacher so beschaffen, daß
die Prallelektroden als Zylindersegmente ausgebildet sind und auf gedachten konvexen,
ineinandergestellten Zylinder liegen, welche die die Primärelektronen emittierende
Kathode umgeben, daß die Pralltlektroden auf der zur Kathode weisenden Seite sekundäremissionsfähig
sind, daß hinter der Lücke zwischen je zwei auf demselben gedachten: Zylinder benachbart
liegenden Prallelektroden eine Pralielektröde des nächstgrößeren gedachten Zylinders
angeordnet ist, daß die auf demselben Zylinder gelegenen Prallelektroden gleiches
Potential - haben und daß dieses Potential mit der Größe der Zylinder wächst.
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Die Erfindung sei an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Die Abbildungen zeigen Querschnitte von Vervielfachern nach der
Erfindung.
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In Abb. i zeigt i eine aus zwei Zylindersegmenten bestehende Photokathode.
Die Auslösung der Photoelektronen erfolgt auf den Seiten der Segmente, mit denen
sie sich gegenüberstehen. Rings um die Kathode sind Prallelektroden 2, 3, q. bzw.
5, 6, 7 usw. angeordnet. Diese Prallelektroden sind als Zylindersegmente ausgebildet,
die auf ihrer der Kathode zugewandten Seite sekundäremissionsfähig sind, z. B. eine
Sekundäremissionsschicht tragen. Die Prallelektroden liegen auf gedachten konvexen
Zylindern; die ineinandergestellt isind und die alle die Kathode umgeben. Diese
Zylinder sind in der Abbildung durch gestrichelte Linien dargestellt. Hierbei ist
unter einem konvexen -Zylinder, wie üblich, ein Zylinder zu verstehen, dessen Fläche
keine einspringenden Teile enthält. Auf jedem dieser konvexen Zylinder liegen nun
drei Prallelek-troden gleichen Potentials. Die Anordnung der Elektroden ist so getroffen,
daß vor einer Lücke zwischen zwei benachbarten Elektroden eines Zylinders eine Elektrode
des nächstgrößeren Zylinders steht, die sich auf höherem Potential als diese beiden
Elektroden befindet. Es bilden also die auf einem Zylinder gelegenen Prallelektroden
wegen ihres gleichen Potentials eine Vervielfacherstufe, und das Potential der Stufen
wächst, wenn .man zu auf größeren gedachten Zylindern angeordneten Stufen übergeht.
Ein von der Kathode x ausgelöstes Elektron fällt nun auf eine der Elektroden, die
auf dem kleinsten gedachten Zylinder liegen, beispielsweise auf 2. Es werden nun
auf der nach der Kathode gewandten Seite von 2 Sekundärelektronen ausgelöst, die
den zu 2 gehörigen gedachten Zylinder durch eine Lücke zwischen zwei der auf diesem
Zylinder liegenden Elektroden, z. B. durch die Lücke zwischen :2 und, 3 verlassen,
weil sich außerhalb des Zylinders Prallelektroden, wie 7, mit höherem Potential
befinden. Das Sekundürelektron muß hierbei mit der größten Wahrscheinlichkeit auf
die vor der Lücke angeordnete Prallelektrode des nächstgrößeren Zylinders, in diesem
Fall auf 7, fallen. Es trifft also auf die der Kathode zugewandte Seite von 7 auf,
löst hier Sekundärelektronen aus; und der beschriebene Vorgang wiederholt sieh.
Die von einer Elektrode des größten. gedachten Zylinders ausgelösten Sekundärelektronen
werden schließlich von einer die Prallelektroden umgebenden, vorzugsweise als Zylinder
ausgebildeten: Anode 8 aufgefangen.
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Die Anordnung der Prallelektroden gemäß der Erfindung sorgt also,
ohne daß außer den zur Vervielfachung notwendigen EIektToden (Kathode, Prallelektrode,
Anode) noch besondere Hilfselektroden angewendet werden müssen, dafür, daß die in
-einer Stufe ausgelösten Sekundärelektronen auf eine, Elektrode der nächsten Stufe
fallen. Ein weiterer Vorteil dieses Vervielfachers besteht in seiner einfachen Bau.arts
die es ermöglicht, alle Prallelektroden in technisch einfacher Weise auf einem Ouetischfu:ß
des Vervielfachergefä-ßes zu befestigen: Besonders zweckmäßige Ausführungsformen
des Vervielfachers zeigen Abb. 2 und 3r. Hier bedeuten: i die Kathode, 2 und 3,
¢ und 5, 6 und 7 Prallelek -troden und 8 die Anode. In Abb. 2 besitzen die gedachten
Zylinder kreisförmigen Querschnitt und sind koaxial zueinander angeordnet. Auf jedem
Zylinder liegen. isich zwei Prallelektroden: diametral gegenüber. Die Verbindungslinie
der Mittelpunkte der Prallelektroden steht hierbei senkrecht zur entsprechenden
Verbindungslinie der Elektroden der benachbarten Zylinder. Die Elektroden werden
von der Achse aus unter einem Winkel von über 9o° gesehen.
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Das Beispiel der Abb. 2 läßt sich dadurch zweckmäßig abändern, daß
auf jedem: gedachten Zylinder mehr als zwei Prallelektroden in. regelmäßiger Verteilung
angeordnet werden. Während der Vervielfacher nach Abb. 2 den Vorteil einer ganz:
besonders einfachen Bauart besitzt, wird mit der Anordnung von mehr als: zwei Elektroden
auf jedem Zylinder ein anderer Vorteil gewonnen. Infolge der größeren Anzahl der
auf einem. gedachten Zylinder angeordneten Prallelektroden ist nämlich die Bemessung
der Elektroden entsprechend kleiner, so, daß auch der Weg, den ein ausgelöstes Sekundärelektron
bis zur nächsten Stufe zurücklegt, im Durchschnitt kleiner ist als früher. Denn
ein beispielsweise in der Mitte einer Elektrode ausgelöstes Elektron hat bis zur
nächsten Lücke wegen der kleineren Abmessung der Elektrode, um die es herumlaufen
muß, auch einen kleineren Weg. Das bedeutet nun, daß
auch die Laufzeit
der Elektronen von einer Stufe zur anderen gegen früher geringer geworden ist, und
hieraus folgt, daß der Vervielfacher auf Schwankungen des Primänelektronenstromes
mit geringerer Trägheit reagiert.
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Es sei im Zusammenhang mit dem Ve.Tvielfacher nach Abb. 2 auf eine
bereits bekannte Anordnung von Elektroden bei einem mit einem. dynamischen Sekundärelektronenvervielfacher
kombinierten Magnetstrom hingewiesen (vgl. Britische Patentschrift 475 769). Bei
dieser Anordnung wird eine Primärkathode von einem System von zwei Seku -d@äremissionskathoden
umgeben, um welches konzentrisch zwei Anoden stehen. Die Sekundäremissionskathoden
sind mit einem Schwingungskreis verbunden; die von ihnen ausgelösten Sekundärelektronen
werden beschleunigt und fallen abwechselnd auf die beiden Anoden. Es ist also evident,
daß eine, solche Einrichtung mit dem Vervielfacher gemäß der Erfindung nicht verglichen
werden kann.
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Nach Abb. 3 besitzen die gedachten konvexen Zylinder rechteckigen
Querschnitt, und es sind auf jedem Zylinder zwei Prallelektroden auf gegenüberliegenden
Flächen des Zylinders angeordnet. Hierbei stehen die Elektroden einer Stufe senkrecht
zu den entsprechenden Elektroden benachbarter Stufen.
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Es wurde bereits gesagt, daß das Potential der Stufen steigen soll,
wenn man zu einer Stufe, die, einem größeren gedachten Zylinder entspricht, übergeht.
Hierbei kann es gegebenenfalls zweckmäßig sein, das Potential wesentlich stärker
als proportional der duirchschnittlichen Entfernung der Fläche eines Zylinders von
der Kathode anwachsen zu lassen.
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Zurr Erzeugung der Primärelektronen des Vervielfachers können sowohl
eine Glüh-, eine Sekundäremissions- wie auch eine Photokathode dienen. Die in den
Abbildungen dargestellten Kathoden sind Photokathoden, die aus zwei Zylindersegmenten
bestehen. Wie bereits erwähnt, erfolgt die Auslösung der Photoelektronen auf den,
Seiten der Segmente., mit denen sie sich gegenüberstehen. Die Auslösung erfolgt
durch Licht, welches etwa in der Richtung der Erzeugenden der Zylindersegmente,
also senkrecht zur Zeichenebene einfällt. Statt als Zylindersegmente können die
Teile der Kathode, auch als Kegelsegmente ausgebildet sein, so daß sie nicht streifend,
sondern unter einem spitzen Winkel vom Licht getroffen werden. Auch können im Lichtstrahlengang
Spiegel angeordnet sein, die das Licht unter einem gewünschten Winkel auf die Segmente
werfen. DiePhotokathodebraucht überdies nicht auf zwei Segmente beschränkt zu sein.
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Die Sekund@äremissionska.thode kann wie eine Photokathode ausgebildet
sein, nur daß diese an Stelle der lichtempfindlichen Substanz einen sekundäremissonsfähigen
Stoff enthält. Hierbei kann die Kathode auch aus einem Stoff bestehen, der zugleich
lichtempfindlich und sekundäremissionsfähig ist, so daß die Kathode als Photokathode
und als Sekundäremiss onskathode dienen kann. Die Auslösung der Sekundärelektronen
kann durch einen in die Kathode geschossenen Elektronenstrahl erfolgen.
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Die Vervielfacher nach der Erfindung können nach dadurch abgeändert
werden, daß die Pral,lelektroden und- die Anode nicht als Zylindersegmente, sondern
als Kegelsegmente ausgebildet werden.