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Verfahren und Anordnung zum Verstärken von Elektronenströmen Die bisherige
Kenntnis über die Geschwindigkeitsverluste, die Elektronen beim Durchgang durch
Metallfolien erleiden, läßt sich, formelmäßig durch die Gleichung v4-v4-ad darstellen.
va und v sind die Geschwindigkeiten der Elektronen. vor bzw. nach Durchsetzung der
Folie, d die durchlaufene Schichtdicke und a eine Konstante, die (bei Verwendung
von CGS-Einheiten) z: B. für Silber den Wert i:6,9 - 1042 hat (vgl. Geiger und Scheel,
Handbuch der Physik, Bd.24, S.26 und 27, Berlin i927). Um eine Schichtdicke, von
1o-6 cm dieses Stoffs gerade noch durchlaufen zu können (v = o), müssen, die Elektronen
also eine Geschwindigkeit von 2,04 - 1o9 cm/sec besitzen, d. h. 1200 Volt Beschleunigungsspan.nungdurchlaufen
haben. Unterhalb der durch das obige Gesetz gegebenen Spannung hat man bis jetzt
tatsächlich keinen Durchgang von Elektronen durch Folien festgestellt. Wo ein solcher
scheinbar vorhanden war (H. E. Har tig, Phys. Rev., Bd. 2,6, S. 22I, i925), konnte
gezeigt werden, daß derselbe auf Löcher in der Folie zurückzuführen war (T. K u
r z ch a t o v und K. S i n e 1 n i k o v , Phys. Rev., Bd. 28, S. 367, z926). Andeutungen
für Durchlässigkeiten unter besonderen, aber nicht ,geklärten Bedingungen bei kleineren
Geschwindigkeiten, als sie der genannten Beziehung entsprechen, fand Becker (Annalen
der Physik, 4. Folge, Bd. 84, S. 7'79, r9'26), jedoch handelt es sich bei ihm um
Elektronen, die vor dem Auftreffen auf die Folie immerhin weit mehr als ioo Volt
Beschleunigungsspannung durchlaufen hatten.
Auf Grund eigener Versuche
wurde dagegen gefunden, daß ganz im Gegensatz zu den bisherigen Ergebnissen Folien
von verschiedener Dicke, verschiedener Herstellung und verschiedenem Material, z.
B. Silberfolien, auch für langsamste Elektronen, also solche bis zu etwa 2o bis
5o Volt Energie, in außerordentlich hohem Maße durchlässig sind. Zwar hatte bereits
Becker (Annalen der Physik, 5. Folge, Bd. 2, S. 249, 1929) 'eine gewisse Durchlässigkeit
von Nickel-Folien von 2 bis 4 - io-E cm ,gegenüber Elektronen: von 2 Volt Energie
gefunden; seine Ergebnisse sind jedoch infolge der beim Auftreffen der Elektronen
auf die Folie eintretenden Rückdiffusion (Rückwärtsstreuung) nicht beweisend.
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Die Erfindung betrifft nun eine Anwendung dieser Erkenntnis auf Anordnungen
zur Verstärkung von Elektronenströmen durch Sekundärelektronenemission.
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Es ist bekannt, die Sekundäremission massiver Schichten aus der unter
Umständen präparierten Vorderseite (Auftreffsei.te der Primärelektronen) zu benutzen
(vgl. Abb. i der Zeichnung), in der p die Primärelektronen, s .die Sekundärelektronen,
m die massive Schicht und e den Sekundäremissionsbelag bedeutet. Ferner ist es bekannt,
bei der Verwendung von Folien als Sekundärstrahlern die Geschwindigkeit v. der Primärelektronen
so zu wählen, .daß die Dicke der Folien etwa .der Grenzdicke (d. h. der Dicke d
nach der obigen Gleichung, für die v = o ist) für diese Geschwindigkeit entspricht,
also eine Beschleunigungsspannung von 1200 Volt bei einer Silberfolie von 1,o-6
cm anzuwenden. Man benutzt dann die aus der Rückseite der Folie (Austrittsseite
.der Primärelektronen) ausgelösten Sekundärelektronen. Zur Erhöhung der Sekundäremission
können diese Folien auf der Rückseite mit geeigneten Schichten versehen werden (vgl.
Ab. 2, in der f die Folie bezeichnet und die übrigen Buchstaben die gleiche Bedeutung
haben wie in Abb. i).
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Die Erfindung sieht nun mehrere Verfahren zur Verstärkung von Elektronenströmen
.durch Sekundärelektronenemission vor, die auf der geschilderten Erkenntnis der
hohen Durchdringungsfähi.gkeit von langsamsten Elektronen beruhen.
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Nach der Erfindung besteht das erste Verfahren darin, daß bei Folien,
auf die emissionserhöhende Schichten, beispielsweise Cs20-Cs, aufgebracht sind,
die mit der Emissionsschicht bedeckte Seite der Folie als Rückseite benutzt und
die aus der Vorderseite austretenden Sekundärelektronen verwendet werden (Abb. 3).
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Nach einem weiteren Erfindungsgedanken werden bei derartigen Folien
.die mit der Emissionsschiclht bedeckte Seite der Folie als Vorderseite benutzt
und die aus der Rückseite austretenden Sekundärelektronen verwendet (Ab. 4).
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Es können auch bei beiden Verfahren die aus beiden Seiten der Folie
austretenden Sekundärelektronen verwendet werden.
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Schließlich ist es nach einem weiteren Erfindungsgedanken möglich,
den Primärelektronen eine Geschwindigkeit zu erteilen, .die wesentlich geringer
ist als die Geschwindigkeit, für die .die Dicke der benutzten Folie die Grenzdicke
darstellt (die beispielsweise halb so groß ist), und die aus der Rückseite der Folie
austretenden Sekundärelektronen zu verwenden. In diesem Fall kann entweder die Vorder-
oder die Rückseite der Folien mit der Emissionsschicht bedeckt sein.
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Das erste der genannten Verfahren, welches an Hand der Abb. 3 erläutert
sei, beruht darauf, daß die Primärelektronen durch die Folie hindurch bis zu der
Sekundäremissionsschicht gelangen und dort Sekundärelektronen auslösen können. Während
man bisher annahm, daß nur aus der Rückseite der Folie Sekundärelektronen austreten,
haben die der Erfindung zugrunde liegenden Versuche gezeigt, daß die Sekundärelektronen
sehr wohl die Folie zu durchdringen vermögen, da ja die Energie der Sekundärelektronen
gerade in dem günstigen Bereich von einigen Volt liegt. Man muß ferner annehmen,
daß im Falle der Sekundärelektronenauslösung die Wirkung der emissionserhöhenden
Schicht nicht oder zumindest nicht nur in einer Erniedrigung der Austrittsarbeit
für die austretenden Elektronen liegt, sondern ganz oder zum größten. Teil auf einer
Erniedrigung der Abtrennungsarbeit (Ionisierungsspannung) beruht.
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Der Vorteil einer Verstärkerröhre, bei der das Verfahren zur Sekundärelektronenverstärkung
in der durch Abb.3 dargestellten Weise Verwendung findet, ist der, daß man den Raum,
in dem Primär- und Sekundärelektronen benutzt werden, völlig von den Stoffen freihalten
kann, die zur Erhöhung der Sekundäremission auf der Rückseite der Folie angebracht
sind. Dieser Vorteil ist insbesondere dann von großer Bedeutung, wenn diese Schicht
leicht verdampfbare Stoffe, wie z. B. Cäsium, enthält.
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In ähnlicher Weise läßt sich auch das Arbeiten einer Röhre verstehen,
die auf dem zweiten Verfahren beruht, wie es in Abb. q.dargestellt ist. Die Sekundärelektronen
werden hier in der mit der Emissionsschicht bedeckten Vorderseite der Folie ausgelöst
und treten infolge ihrer großen Durchdringungsfäh.igkeit an der Rückseite aus.
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Auch diese Anordnung hat gegenüber dem bisher Bekannten wesentliche
Vorteile. Jetzt kann nämlich der Raum, in dem die Primärelektronen erzeugt und gebraucht
werden, vollkommen von dem Raum getrennt werden, in dem die Sekundärelektronen verwendet
werden. Dieser letztgenannte Raum kann infolgedessen vollkommen frei von denjenigen
Stoffen gehalten werden, die zur Herstellung geeigneter Schichten zur Erhöhung der
primären Glüh-, Licht- oder Sekundärelektronenemission dienen. Damit ist die Gefahr
beseitigt, daß in unerwünschter Weise die Wände von leitenden Stoffen bedeckt und
so die Möglichkeit elektrischer Überschläge vergrößert wird.
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Ein zweiter Vorteil ist der, daß man jetzt zur Auslösung der Sekundärelektronen
nicht mehr so hohe Spannungen benötigt, wie sie der Grenzdicke
der
Folie entsprechen, sondern mit den zur Auslösung von Sekundärelektronen günstigsten
Spannungen arbeiten kann. Es ist z. B. möglich, für die Beschleunigung der Primärelektronen
mit Spannungen von einigen hundert Volt auszukommen.
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Der zuletzt genannte Vorteil ist natürlich nicht nur auf den Fall
beschränkt, daß die Vorderseite der Folie präpariert ist. Die Anwendung geringerer
Spannungen für die Beschleunigung der Primärelektronen, als sie der Grenzdicke der
Folie entsprechen, kann vielmehr nach der Erfindung sowohl bei vorderseitig als
auch bei rückseitig präparierter Folie geschehen, wobei allerdings im -Gegensatz
zu den bisher bekannten Verfahren die aus der Rückseite der Folie austretenden Sekundärelektronen
benutzt werden.
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Besondere Vorteile können bei Verwendung mehrerer hintereinandergeschalteter
Folien, aus denen nacheinander Sekundärelektronen ausgelöst werden, erzielt werden.
Elektronen größerer Geschwindigkeit, also etwa von 2o bis 50 Volt an aufwärts,
werden bereits merklich von .den Folien beeinflußt, dergestalt, daß ihre Geschwindigkeit
vermindert und teilweise auch langsame Sekundärelektronen erzeugt werden. Elektronen
höherer Geschwindigkeit werden also in solchen Folien entweder in Elektronen geringer
aber gleicher Geschwindigkeit umgesetzt oder aber völlig absorbiert. Durch Hintereinanderschalten
von Folien bestimmter Dicke ist es daher möglich, ein Elektronenbündel verschiedener
Geschwindigkeit so zu filtern, daß zum Anschluß lediglich Elektronen einheitlicher
Geschwindigkeiten vorhanden sind. Die Geschwindigkeit liegt gerade dort, wo die
verwendeten Folien, die untereinander von gleicher oder verschiedener Dicke sein
können, den kleinsten Wirkungsquerschnitt haben. Die Folien können entweder in bekannter
Weise auf der Rückseite oder aber gemäß der Erfindung auf der Vorderseite mit einer
emissionserhöhenden Schicht versehen sein.