DE905653C - Elektronenvervielfacher - Google Patents

Description

Di« Erfindung¹ liegt auf dem Gebiet der Elektronenvervielfacher und) bezieht sich auf einte verbesserte Ausbildung der letzten Vervielifachungselektrode und dier Ausgangselektrode von mehrstufigen Elektronenvervielfachern.

Ein Problem, welches beim Bau von Elektirotienvervielfachern auftritt, ist die Schaffung einer Sammelelektrode, die in der Lage liisiti, große Ausgaiigsatröme zu führen.

ίο Es ist bereits vorgeschlagen worden, einen Sekundärelektrodenvervielf acher derart aufzubauen, daß an den enitgegeingesetizten Enden des Entladlungsgefäßes eine Pritnärkaithode' sowie eine Sammelelektrode angeordnet sind und däJß weiterhin beiderseits einer durch die Primärkaithode einerseits und die Sammelelektrode anderensetiitis. hindurchgehenden Symrneitirieebene je «ine Reihe von Prallelektroden, vorgesehen sind, die gegenüber der Symmetrieebene konkav gekrümmt und in der einen· Reihe gegenüber den Prallelektroden in der anderen Reihe versetzt sind.

Außerdem i©t bereits vorgeschlagen worden, dem Querschnitt der Prallelektroden dia Form eines L zu geben, dessen, kurzer und langer Schenkel gegebenenfalls duirch ein gekrümmtes Übergangsstück verbunden sind, und diese Prallelektrodeni so anzu-

ordnen, daß sie mit der Stirnkante des längeren Schenkels- diie Symmetnieebene berühren oder schneiden. Bei dieser Anordnung bildet© dler längere Schenkel· einen, nach, der Sammekilekitrödte hin offenen- spitzen Winkel mit dar Symmertirieeibene. Anordnungen dieser letzten Art, dlile beii milttfaren Ausgangssitromsitarken noch zufriedenstellend arbeiten, zeigen- jedoch bei· höheren Stirömeni Ra,utnladungserscheinungen und infolge davon eine ίο Defokussierung. Weiterhin not- dlie Kapaziiltlät der Ausgangselektrode, beizogen auf den Ausgangssrtirom je Einheit der Ausgangsel.ektirödenfiäche, in manchen Fällen größer, als es notwendig oder wünschenswert ist.

Es isits daher ein Hauptziel der Erfindung, eine Auisgangselektroden&nordnung harzuisitfellem, dlile für groiße Ausgangsleistungen, geeignet ist, undi zwar auch bei großen Schwankungen der Ausgangsspannung.

»o Bin. weiteres Ziel ist die Heinstellung einer Ausgangselekitirodenanordmung, bei welcher die¹ Kapazität deir Veinraelfacherelektroden so klein is*, wiie es sich: milt der Stärke! des- elektrostatischen Feldes vereinbaren läßlt, die notwendig ist, um. die letzte· »5 Prallelektrodie in gesättigtem Zuisitand zu erhalten. Erfindungsgemäß wird dies durch Anordnung einer zylindrischen oder halb-zylindrischen Anode erreicht, die in verhältnismäßig kleinem Albsltandl, vorzugsweise parallel zu einer gebogenen, vorzugsweise halbzylindriischeni Prallelektrode angeordnet ist. Die Erzeugenden der Oberfläche! dieser beiden Elektroden' sind zueinander parallel und senkrecht zu einer Ebene, d&e die Achse, um welche herum die¹ vorhergehenden Prallelektroden angeordnet sind, enitlhälit.

Die Erfindung wird aniHand zweier Ausifühir'umgs:- beiispiiele und. der Zeichnungen! näher beschrieben werden. Abb. 1 ist eine Draufsicht» auf einem thermionisch en Doppelelektronenvervielfacher, der mit zwei arfindungsgemäßen Auisgangselektroden versehen lisit, und Abb. 2 isit einiteihveisesichematlischer Längsischniifib eines; Reilhenvervielfachens. nach: dem erwähnten älteren Vorschlag, der ebenfalls mit einer Ausgangselektrodenanordmung gemäß der Erfindung versehen rät.

Wie oben erwähnt, ist die Rohre der¹ Abb. ι ain Doppelelektronenvervielfachier und enthält somit zwai getrennitie Sätze von PralleieJctroden und: zwei Ausgangsielektirodan, die im eimern gemeinsamen Vakuumgefäß T untergebracht sind. Eine übliche indirekt! geheizte Kathode 1, die in. geeigneter Wai'se längs dar zentralen Achse das Vakuumgefäßes T angeordnet ist, stellt die Primärelektronenquelle für beide Teile A und B dar Rohre dar. EIiIm Steuergitter 2 und ein, Beschleunigungsgitltler 3 umgeben die Kathode 1 und steuern die Elektronen in. bekannter Weise, wenn, geeignete Wechsel- oder Gleich poffenitiale an die Gitter 2 und 3 angescbloisisem sind. Zwei gebogene Platten odler Schirme^ undi 5 begrenzen entgegengesetzt gerichtete Kanäle, durch welche die Elektronen von der Kaithode 1 zu den beiden Vervielfacherteileni A undi B gelangen!. In der Regel werden die Schirme 4 und. 5 miilt der Kattoode 1 verbunden;. Die Prallelektroden des Teiles A sind miß ungeraden Ziffern- bezeichnet (11, 13, 15 und 17) und! die enitsp-rechenden Eleklttoden des Teiles B mit geraden Ziffern (12, 14, 16 und 18). Die Ausgangselektroden odler -anöden der getrennten Taille sind mit 19 und 20 bezeichnet.

Die beiden Vervielfacherttielile siind spiiegelbildllich aufgebault und arbeiten gleichairtig. Daher folgen die einzelnen, Elektronen kongrueniten Bahnen, dlie durch mit Pfeilen versehene Linien dargestellt sind und zwischen der ersten und letzten Prallelektrode eines jeden Teiles liegen. Die Beschreibung eines Teiles, beispielsweise dies Teiles^, gilt also auch für den andeirep Teil.

Erfinidungsgemäß bestehiti die letztePrallelekitrode 17 aus- einer konkaven, vorzugsweise halbzylindlrischeni Oberfläche, welche mit einem nach auisiwäirts gebogeniani Teil j verseheni ist, der zur Erzeugung eines gewünschten elektrostatischen Sammel'feldes in der Umgebung und zwischen den vorhergehenden Elektroden beiträgt. Die Anode 19 besteht aus einer konvexen, vorzugsweise zylindrischen Oberfläche, denen· Erzeugende im wesentlichen parallel ζω den Erzeugendem dbr Oberfläche dar letlzlfem Prallelektrodle. 17 verlaufen und diei sich; 5η. solchem: Absitand von der feiteten! Prallelektro'de befindet, daß die Sekundärelektironen von irgendeinem Punkt' der letzten Prallelektrode 15 unmittelbar auf den zylindrischen Teil der latztem PraHelekitirodb auftireffen, d. h, nicht direkt auf die Anode auffereffeni. In, der Praxis wiird der äußere Radius deir Anode atwa Va bis Vs des inneren Radius der letzten Prallelektirode 17 betragens.

Bai der wie beschrieben angeordneten Anode und letztem Prallelektrode isifc dag elektrositiaitiische Feld an der Oberfläche dier letiztien PraUelektiriode¹ sehr stark, so daß dieselbe in einem gesättigten Zusitand¹ erhalten wird. Da die Elefctroneni der vorhergehenden] Priallelektirode 15 sich über den; gesamitbn Teil der Oberfläche dar letziten Prallelektrode, welcher der Anode gegenübersteht, ausbreiten können, werden Raumladungseffekte vermieden, und es folgst daraus, daß alle auf 17 erzeugten Sekundärelektironen zur Anode übergehen. Da bei weitem der größte Tail der Oberfläche der Anode als Elektronanisiammieloberfläche wSlrfcti, istl auch, die Kapazität zwischen Anode und allem anderen Teilen dar Rohre veirhälltlnisniäßiig klein, dl. h. die sogenannte Zwiscbanelektnodenkapaziitiät basiiltet den. geringsten. Went, der sich mit einer hohen elektironensammelnden Wirkung vereinbaren läßt.

Während die Ausgangsialektrodenanordinung ihre nützliichste Anwendung \m thermischen Elektronenvervielfachern für große Ausgangssltiröme findlet¹, empfiehlit! die Einfachheit des Elektrodenaufbaus auch dlie Verwendung in Elektronanvervielfachern andarer Typen. So zeigt die Abb. 2 die Erfindung in der Anwendung auf einen Elektronenvervielfacher malt Pho'tokaltlhode nach dam erwähnten älteren Vorschlag.

In der Abb. 2 bezeichnet 21 eine lichtempfmdfliifche Kathode und 22 bis 30 eine Anzahl von Prallelektroden, dlie gestaffelt auf gegenüberliegenden.

Seiten der zentralen Längsachse eines hochevakuiierten Gefäßes T angeordnet sind. Die elektronensammelndie Elektrode oder Anode dlslti miiit 31 bezeichnet. Teil 2i_a der Kathode ist durchlöchert, um Licht einer äußeren Lichtquelle, dargasltiellit durch dlie Lampe L und die Linse L'. auf die lichtempfindliche Oberfläche 2 i_ft auftreffen zu lassen.

Wie bai den vorher beschriebenen: Auisführungsbeispielen der Erfindung besteht die letzte P-rallelektrode aus einem Halbzylinder 30, und die Anode 31 besitzt die Form eines Zylinders, der rniit den Erzeugeindien seiner gekrümmten Oberfläche lim wesentlichen zu den; Erzeugenden der Oberfläche der letzten Prallelektirode parallel atigeordnet ist und in, einem solchen, Abstand¹ von der Emissiomsoberfläche der besagten PralJelektrode, daß die Sekundärelektronen von der varhargehendten Prallelektirode 29 den zylindrischen Teil der letzten: Prallelektirode 30 treffen, ohne auf die Anode zu gelangen. Wie vorher, ist der äußere Radius der Anode gleich Vs oder Vs des inneren Radius der letzten Prallalekitirode.

Die erforderliche Poteniti al verteilung für ein, sicheres Arbeiten der Röhre der Abb. 2 kann durch die mathematische Reihe V, 2V, 3 V, 4 V usw. ausgedrückt werden, worin V das Potentialgefälle zwischein d'er Priimärelektronenquelle und der eiristlen Prallelektrode darstellt und 2 V, 3 V, 4V usw. das Potentialgefälle zwischen den entsprechenden folgenden 'Elektroden und besagter Elektronenquelle.

Zur Herstellung einer solchen Potentialverteilung

kann die Kathode 21 mit dem negativen Pol einer GleichspanmungsqueHe, in der Zeichnung durch den Widerstand R dargestellt, und die erste Prallelektrode, dag ist die Elektrode 22, miti einem atiwas positiveren Punkt V verbunden werden. Die anderen Elektroden 23 bis 31 einschließlich werden in der Reihenfolge ihrer Nummern mit schrittweise positiveren Punkten 2 V biis 10 V dies Widerstandes verbunden.

Die den einzelnen Punkten des Widerstandes. R gegebenen Bezeichnungen 1 V, 2V, 3 V, 4 V usw. sind so zu verstehen, daß sie das Spannungsgefälle zwischein einer gegebenen Elektrode! und der Katihode bezeichnen und daß die ganze Zahl ein Vielfaches des tatsächlich zwischen Kathode 21 und der ersten Prallelektrode 21 befindlichen Gefälles darstellt. Wenn das Potentialgefälle zwischen der ersten P rail elektrode 22 und Kathode 21 z, B.

100 Volt beträgt, beträgt das Spannungsgefälle¹ zwischen den. Elektrodien 22 und, 23 also· 200 Volt, das zwischein der Elektrode 24 und. 21 also 300 Volt. Wenn ein Lichtstrahl beispielsweise mit: veränderlicher Intensität auf die erste untere Elektrode 21 auf trifft, werden Photoelektronen in einer der augenblicklichen, Intensität das Lichtstrahls entsprechenden Menge emittiert. Diese, Photoeilektronen werden gegen die erste obere Elektrode 22 beschleurtigit und treffen¹ auf dieselbe! auf. Die die Elektrode 22 treffenden Photioetektronen verursachen eitae Sekuindärralektranenemission, deren Zahl im wesentlichen von der Größe das Potentials zwischen ihr und der Katihode abhängig isit. Die nächste Elektrode in Richtung der Elektronenbahn ist die zweite untere Elektrode 23. Die Bahn der Sekundärelektironen. von der ersten Prallelektrodle ist so, daß sie auf die gebogene Oberfläche der zweiten Prallelektirode! 23 auftreffen. Hiar findlet wiederum durch Sekundäremission eine Vervielfachung statt und wiederholt sich in jeder Stufe, bis dar verstärkte: Sekundäreilektronenisttrom auf dar zylindrischen Ausgangselektrode 31 gesammelt wird und¹ in den in der Zeichnung durch dlie Impedanz Z dargestelltem Nutzkreis zwischen der Auisgangsanode3i und dem positiven Punkt 10 V des Span-η ungSiteilers abfließt.

Während! die Erfindung in der Anwendung auf thermionische und lichtempfindliche Reihenivervieilfacher dar elektrostatischen Type beischrieben wurde, isit es einleuchtend, daß die beschriebene Ausgangselektrodenanordnung auch auif magnetische Elekbronenveinviel fächer angerwendieit werden kann. Die beschriebenen Vervielfacher sind daher nur als Ausführungsbeiisipiiale zu. betrachten,.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektronenvervielfacher mit einer Elektronenquelle, einer auf der Emiisisioniseeiite kon,-kav gekrümmten Sekumdäremiissionsialaktiröde und einer auf der Elektronenaufprallseite konvex gekrümmten Sammelelektirode zwischen dar Elektronenquelle und der Sekundäietniissiotiselek'trode, gekennzeichnet durch elektrostatische Abschirmmittel, die aus Ansätzen (i) dlarSekundäremiilssiönisielekitrode (17, 18, 30) bestehen, um einen- unmititieilbaren Elektronieinübergang von der Elektronenquelle (i. 2¹I) auf die Sammelelektröda (19, 20, 31) z,u verhindern.

2. Elektronenvervielfacher¹ nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß dlie Ansätze (s) der SekundäremiisiSiionselieiktrodla (17, 18, 30) zur Sammalekiktrode (19, 20, 31) hin konvex gekrümmt sind und daß diiase Ansätze (s) im übrigen in der Richtung nach der Elektronenquelle (1, 2 i_a) hin verlaufen.

3. Elektronenvervielfacher nach Anspruch. 1 oder 2, bei dem aine weitere konkav gekrümmte Sekundaremissibnsielektrodei (15 bzw. 16) vorbanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsachsie der Sammelelektrodei (19 bzw. 20) min der Krümmungsiachse der ersten Sekundäremissiomselektrode (17 bzw. 18) zusammenfällt, aber gegenüber dier Krii-mmiumgsachse der weiteren Sekuindäremiiisaionselektrode (15 bzw. 16) parallel verschoben ist.

4. Elektronenvervielfacher nach, einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekeinnEeiiriinet, daß die erste Sekundäremiissiöniselektrodle (17 bzw. 18) etwa i8o° des Umfangs der Sammalelektrodb (19 bzw. 20) unifaßti.

5. Elektroinenveirviiialfacher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Krümmungisradiuis der Sammelelektrode (19 bzw. 20) nicht weniger als

etwa ein Dri-ötel des inneren Ktümmutigsradlius der ersterwähniten Sekuradäremiissianissldstrocto (17 bzw. 18) beiträgt.

6. Elektronenvervielfacher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Krümmungsradius, dar Sanimelelektrode (19 bzw. 20) niidhti wenigiar als etwa die Hälfte des, inneren Krümnnuingsradiuisi der ensitarwähnten. Sdiuniäärem;issiioTiisialektrode (17 bzw. 18) betrag*.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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