EP0137954A1 - Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher - Google Patents

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EP0137954A1
EP0137954A1 EP84109664A EP84109664A EP0137954A1 EP 0137954 A1 EP0137954 A1 EP 0137954A1 EP 84109664 A EP84109664 A EP 84109664A EP 84109664 A EP84109664 A EP 84109664A EP 0137954 A1 EP0137954 A1 EP 0137954A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channel
multiplier
funnel
carrier body
secondary electron
Prior art date
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Granted
Application number
EP84109664A
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English (en)
French (fr)
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EP0137954B1 (de
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Hans Lauche
Wilhelm Barke
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Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Original Assignee
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0137954A1 publication Critical patent/EP0137954A1/de
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Publication of EP0137954B1 publication Critical patent/EP0137954B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J43/00—Secondary-emission tubes; Electron-multiplier tubes
    • H01J43/04—Electron multipliers
    • H01J43/06—Electrode arrangements
    • H01J43/18—Electrode arrangements using essentially more than one dynode
    • H01J43/24—Dynodes having potential gradient along their surfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/12—Manufacture of electrodes or electrode systems of photo-emissive cathodes; of secondary-emission electrodes
    • H01J9/125—Manufacture of electrodes or electrode systems of photo-emissive cathodes; of secondary-emission electrodes of secondary emission electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/32—Secondary emission electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a channel secondary electron multiplier with a carrier body which contains an elongate, tubular multiplier channel, which has a main part and an adjoining, funnel-like widening initial section, and with a coating, which on the inner wall of the multiplier channel, including the initial section is arranged and the surface of which forms a secondary emission-resistant resistance layer.
  • Channel secondary electron multipliers (hereinafter "channel multipliers" for short) are known, for example, from US-A-4305744, DE-B-1964665, DE-A-1902293 and GB-A-1440037 and the Valvo data sheet X914AL, X914BL and have been known for a long time used for electron current amplification in detectors for electrons, ions and photons.
  • the one in the trade Available channel multipliers of the type of interest here which contain a single elongated, generally curved multiplier channel (in contrast to the so-called “channel plates", which contain a plurality of closely adjacent, short and mostly straight multiplier channels) generally consist of a curved tube made of lead glass.
  • tube-formed multiplier channel can be widened like a funnel to enlarge the capture cross-section for the particles to be detected.
  • the surface of the multiplier channel formed by the glass tube consists of an electrically conductive layer with a high secondary emission coefficient, which was generally formed by reducing the lead glass.
  • the known channel multipliers consisting of a glass tube are mechanically very sensitive, as a result of which their dimensions are limited to relatively small values.
  • This disadvantage is avoided in the channel multiplier, which is known from the above-mentioned US Pat. No. 4,305,744, by using a mechanically resistant ceramic carrier body which forms the multiplier channel.
  • the inner wall of the channel is coated with a material which is capable of secondary emissions and which is different from the material of the carrier body and which is not formed from the latter by reduction or any other chemical reaction.
  • the coating can e.g. consist of lead glass, which is reduced on the surface.
  • the coating and the ceramic of the carrier body should have essentially the same coefficient of thermal expansion, with differences of up to 8% being regarded as permissible.
  • the present invention is accordingly based on the object of developing a channel multiplier of the type mentioned in such a way that stable working is ensured and that it can also be produced in larger dimensions without unduly impairing the electrical properties.
  • the present invention is based on the knowledge that the electrical defects which occur when the dimensions of channel multipliers of the type mentioned above increase, are essentially due to two causes: firstly, fine cracks form in the active, secondary-emission-capable layer, which result in electrical discontinuities and thus affect the work of the multiplier. Secondly, as the dimensions of the funnel increase, the field distribution in the funnel-shaped initial section of the channel becomes increasingly poor with regard to the collection of the primary electrons hitting or generated there.
  • These deficiencies can be remedied on the one hand by making the coefficient of expansion of the carrier material significantly larger, in particular at least 10%, preferably 15%, most suitably at least 20 to 25% larger than the coefficient of expansion of the coating which provides the layer capable of secondary emissions and making this e.g. forms from a glaze coating at a temperature which is substantially above the maximum temperatures to be expected during operation, so that the coating is kept under a considerable compressive stress under all operating conditions. The occurrence of cracks and discontinuities is largely prevented by this compressive stress.
  • the channel multiplier 10 shown in FIG. 1 has a single elongate, tubular, curved channel, which is formed by a carrier body 12 made of metal, in particular stainless steel.
  • the carrier body 12 has a helical main part 12a which merges into a conically widening initial section or funnel 12b at the front and into a straight piece 12c at the rear.
  • the funnel 12b forms an inlet opening 12d, in which it is connected in a vacuum-tight manner to a fastening flange 14.
  • a metallic end piece 20, which is closed at one end, is melted in a vacuum-tight manner with its open end via a ceramic intermediate piece 18, insulated from the straight channel end 12c.
  • the inner surface of the metallic carrier body 12 including the funnel 12b delimiting the channel is essentially completely covered with a coherent layer 22 (FIG. 1a) made of a lead glass glaze.
  • the free surface of the glaze layer 22 is reduced in a conventional manner to form a resistance layer 22a with a high secondary emission coefficient.
  • the thin semiconducting secondary emission-capable layer 22a forms with the metal wall of the body 12 an electrical capacitor, the dielectric of which consists of the unreduced lead glass layer 22b. This capacitor can be used as an energy store for the electron avalanche current at the end of the multiplier channel. As a result, more secondary electrons can be released with each pulse than is possible with a conventional channel multiplier.
  • the flange 14 can serve as one connection to the semiconducting multiplier layer, while the other connection is formed by the end piece 20, which serves both as an anode and as a collector and in operation at a voltage of approx. +3.0 kV can be maintained with respect to the flange 14 lying on ground.
  • the inlet opening of the funnel 12b can easily have a diameter of more than 20 mm, e.g. Have 25 mm.
  • An advantage of the metal construction described with reference to FIG. 1 is the relatively good thermal conductivity of the carrier body, which also contributes to stability under high loads.
  • a creamy slurry of finely ground glass powder in a liquid carrier material in particular isopropyl alcohol, is preferably used.
  • This paste is applied by pouring, brushing or spraying. In this way, the entire layer can be distributed on the desired surface at room temperature and checked visually before baking.
  • the carrier is then slowly heated until the glaze flows smoothly, for example to about 800 ° C., and then cooled again. So far, the glaze layer has been produced by pouring and pressing through a liquid glass mass, which must have a much lower toughness and thus a much higher temperature (approx. 1000 ° C) than is necessary for the glass layer to run, which is the case with the known methods '' limits the number of carrier materials that can be used, requires much more effort and is hardly applicable, especially for large funnels.
  • the glaze material Before melting, the glaze material is preferably degassed. Burning in should therefore be carried out in a vacuum oven followed by smooth burning in an oxidizing atmosphere.
  • the lead glass glaze layer is then reduced in the usual way, e.g. by heating at 370 to 400 ° C for about six hours in hydrogen from 100 to 200 kPa to produce a uniform emission layer of about 10 nm in thickness.
  • the channel resistance can thus be calculated and optimized as a function of the channel cross section and the length.
  • the effectiveness of the individual surface areas depends on Funnel surface depends on the extent to which the electrons knocked out of the layer are also sucked into the beginning of the main part 12a of the channel. Since the widening of the cross section of the funnel 12b causes a reduction in the resistance in the axial direction and thus a reduction in the field strength, the funnel is basically only fully effective on the inside at the transition to the channel 12a. The sensitivity drops quickly towards the front (entry-side) edge and you soon reach a point where increasing the funnel diameter is no longer profitable.
  • the resistance and emission layer in the funnel is divided into a spiral-shaped strip by a narrow spiral separation, ie a non-conductive gap.
  • the width of the strip is preferably at least approximately equal to the inner circumference of the channel 12a. By varying the width of the strip, it is in your hand to create a guide field towards the center of the funnel and thus collect all the electrons from all parts of the funnel.
  • the width of the separation 234 created, for example, by scoring should be small compared to the width of the spiral strip 26.
  • the separation 24 can also be created by appropriate shaping of the carrier body 12. 1, the inner surface of the support can be coated with an enamel before glazing in order to achieve a high dielectric strength with a large capacity. The melting point of this enamel intermediate layer must of course be between that of the support and that of the glaze and can replace the unreduced layer 22b.
  • the embodiment of the present channel multiplier shown in FIGS. 2 and 3 contains a carrier body 112 made of insulating ceramic.
  • the carrier body 112 has a substantially cylindrical outer wall and forms a multiplier channel with a funnel-shaped starting section ("funnel") 115 and a spiral-shaped channel part 117 (see also FIG. 3), the axial center line of which lies essentially in one plane.
  • the channel part 117 is by a spiral-shaped recess, for example increasing depth and essentially constant width, for example approximately 2 mm, is formed in the rear flat end face of the essentially cylindrical carrier body 112. In order to achieve a desired field strength distribution in the canal, the depth and width of the canal can be varied.
  • the channel part 117 of the multiplier channel is closed by a ceramic plate 119.
  • the curvature of the multiplier channel is as uniform as possible and in order to achieve this during the transition from the funnel 115 into the channel part 117, the plate 119 can contain a corresponding recess 121 which forms part of the channel wall and thereby enables a transition with a uniform curvature from the funnel to the spiral .
  • the first piece of the channel part 117 adjoining the funnel is preferably somewhat narrower than the rest of the channel part 117.
  • the funnel 115 and the spiral channel part 117 are provided with a glaze which forms the secondary emissive layer and can also be produced as was explained above with reference to FIG. 1.
  • the secondary emission layer ends at an anode connection A, which e.g. can consist of a metallization.
  • anode connection A which e.g. can consist of a metallization.
  • a catcher 120 At the end of the spiral-shaped recess forming the channel part 117 there is a catcher 120, which can likewise consist of a metallization and is separated from the anode A by an uncoated, insulating piece 121 of the spiral-shaped channel part.
  • the metallization layers forming the anode A and the collector 120 are led outwards and with suitable connections, e.g. 123, connected.
  • the actual channel multiplier is welded in a vacuum-tight manner into the flange 129 by a cup-shaped intermediate piece 125 made of metal, which is glass-bonded or soldered onto the carrier body 112 and the end plate 119.
  • a housing 127 above it carries the electrical connections for a high-voltage input 131 and for a pulse output 133. Electrical components, for example an amplifier for the output signal, can be accommodated in the interior of the housing.
  • the vacuum-tight design according to FIG. 2 allows operation under vacuum conditions, while at the same time the connections 123 and 133 and the anode and high-voltage input 131 are freely accessible.
  • the emission layer in the funnel 115 is advantageously divided into a spiral-shaped strip 126 by a spiral-shaped narrow interruption 124, as was explained with reference to FIG. 1.
  • the width B of the strip is preferably approximately equal to 2 d, where d is the width of the main part of the multiplier channel (FIG. 3).
  • a voltage of +2400 to +3700 V can be present at the anode A with respect to a connection 135 at the inlet of the funnel 115, which is preferably at ground potential and e.g. is electrically connected to the flange 129 via the intermediate piece 125.
  • the collector 120 should have a voltage of approx. +10 V ./. Have +150 V against the anode.
  • the path resistance of the multiplier channel should generally be less than or equal to 10 8 ohms.
  • the channel multiplier according to FIG. 2 can be modified by first metallizing the surface of the ceramic carrier body 112 forming the channel and then coating it with the glaze, so that a capacitor is also available, as in the case of the channel multiplier with a metallic carrier body Fig. 1.
  • the helical or spiral strip from which the secondary emissive layer consists in the funnel-shaped initial section is expediently essentially coaxial with the funnel axis.

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  • Vessels, Lead-In Wires, Accessory Apparatuses For Cathode-Ray Tubes (AREA)
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Abstract

Es wird ein Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher mit einem mechanisch widerstandsfähigen Trägerkörper (12) aus Metall oder Keramik beschrieben, der einen Vervielfacherkanal bildet, dessen Wand mit einer sekundäremissionsfähigen Schicht (22) beschichtet ist, die durch Reduktion der Oberfläche einer Glasurschicht erzeugt wurde. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials des Trägerkörpers ist mindestens 10% größer als der der Glasurschicht, um das Auftreten von Rissen, die das elektrische Arbeiten des Vervielfachers beeinträchtigen, zu verhindern bzw. den Einfluß etwaiger Risse weitgehend auszuschalten. Der Kanalvervielfacher hat vorzugsweise einen sich trichterförmig erweitenden Anfangsabschnitt. Die sekundäremissionsfähige Schicht (22) im trichterförmigen Anfangsabschnitt des Vervielfacherkanales ist durch eine spiralenförmige Rille in einen spiralenförmigen Streifen unterteilt, um eine Feldverteilung zu erzeugen, die ein effektiveres Sammeln der Elektronen im Anfangsabschnitt bewirkt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher mit einem Trägerkörper, der einen Langgestreckten, rohrförmigen Vervielfacherkanal enthält, welcher einen Hauptteil und einen sich an diesen anschließenden, sich trichterartig erweiternden Anfangsabschnitt aufweist, und mit einer Beschichtung, die auf der Innenwand des Vervielfacherkanals einschließlich des Anfangsabschnittes angeordnet ist und deren Oberfläche eine sekundäremissionsfähige Widerstandsschicht bildet.
  • Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher (im folgenden kurz "Kanalvervielfacher") sind z.B. aus US-A-4305744, DE-B-1964665, DE-A-1902293 und GB-A-1440037 sowie dem Valvo-Datenblatt X914AL, X914BL bekannt und werden seit längerem zur Elektronenstromverstärkung in Detektoren für Elektronen, Ionen und Photonen verwendet. Die im Handel erhältlichen Kanalvervielfacher des hier hauptsächlich interessierenden Typs, die einen einzigen langgestreckten, im allgemeinen gekrümmten Vervielfacherkanal enthalten (im Gegensatz zu den sog. "Kanalplatten", die eine Vielzahl nahe benachbarter, kurzer und meist gerader Vervielfacherkanäle enthalten), bestehen im allgemeinen aus einem gekrümmten Rohr aus Bleiglas. Der sich an die Eintrittsöffnung anschließende Anfangsabschnitt des durch das Glas-. rohr gebildeten Vervielfacherkanales kann zur Vergrößerung des Einfangquerschnittes für die nachzuweisenden Teilchen trichterartig erweitert sein. Die Oberfläche des durch das Glasrohr gebildeten Vervielfacherkanales besteht aus einer elektrisch leitfähigen Schicht mit hohem Sekundäremissionskoeffizienten, die im allgemeinen durch Reduktion des Bleiglases gebildet worden ist.
  • Die aus einem Glasrohr bestehenden bekannten Kanalvervielfacher sind mechanisch sehr empfindlich, wodurch auch ihre Abmessungen auf verhältnismäßig kleine werte beschränkt werden. Dieser Nachteil wird bei dem Kanalvervielfacher, der aus der oben bereits genannten-US-A-4 305 744 bekannt ist, durch die Verwendung eines mechanisch widerstandsfähigen Trägerkörpers aus Keramik vermieden, der den Vervielfacherkanal bildet. Die Innenwand des Kanals ist mit einem sekundäremissionsfähigen Material beschichtet, das vom Material des Trägerkörpers verschieden ist und aus letzterem auch nicht durch Reduktion oder irgendeine andere chemische Umsetzung gebildet wird. Die Beschichtung kann z.B. aus Bleiglas bestehen, das an der Oberfläche reduziert ist. Die Beschichtung und die Keramik des Trägerkörpers sollen im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, wobei Unterschiede bis zu 8 % als zulässig angesehen werden.
  • Durch die Verwendung eines Trägerkörpers aus einem mechanisch widerstandsfähigen Werkstoff wird es zwar möglich, Kanalvervielfacher mit größeren Abmessungen, die mechanisch verhältnismäßig robust sind, herzustellen, dabei treten dann jedoch andere Probleme auf. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei Vergrößerung des Durchmessers des trichterförmigen Anfangsabschnittes des Vervielfacherkanals das Sammlungsvermögen für die nachzuweisenden Teilchen nicht im gleichen Maße wie die Abmessungen des Trichters zunimmt. Ferner treten häufig elektrische Instabilitäten auf.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen Kanalvervielfacher der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß ein stabiles Arbeiten gewährleistet ist und daß er ohne übermäßige Beeinträchtigung der elektrischen Eigenschaften auch in größeren Abmessungen hergestellt werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die elektrischen Mängel, die bei Vergrößerungen der Abmessungen von Kanalvervielfachern der obengenannten Art auftreten, im wesentlichen auf zwei Ursachen zurückzuführen sind: Erstens bilden sich in der aktiven, sekundäremissionsfähigen Schicht feine Risse, die elektrische Unstetigkeiten zur Folge haben und dadurch das Arbeiten des Vervielfachers beeinträchtigen. Zweitens wird die Feldverteilung im trichterförmig erweiterten Anfangsabschnitt des Kanals mit zunehmenden Abmessungen des Trichters im Hinblick auf die Sammlung der dort auftreffenden oder erzeugten Primärelektronen immer schlechter. Diese Mängel können einerseits dadurch beseitigt werden, daß man den Ausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials wesentlich größer, insbesondere mindestens 10 %, vorzugsweise 15 %, am zweckmäßigsten mindestens 20 bis 25 % größer als den Ausdehnungskoeffizienten der die sekundäremissionsfähige Schicht bibdenden Beschichtung macht und diese z.B. aus einem Glasurüberzug bei einer Temperatur bildet, die wesentlich über den im Betrieb zu erwartenden maximalen Temperaturen liegt, so daß die Beschichtung unter allen Betriebsbedingungen unter einer erheblichen Druckspannung gehalten wird. Durch diese Druckspannung wird das Auftreten von Rissen und Unstetigkeiten weitestgehend verhindert.
  • Dadurch, daß man die sekundäremissionsfähige Schicht im Trichter durch eine spiralenförmige schmale Unterbrechung unterteilt, so daß sie im Trichter einen spiralenförmigen Streifen bilden, ergibt sich eine Feldverteilung, die gewährleistet, daß alle aus der Trichteroberfläche herausgeschlagenen Elektronen in den Kanal gesaugt werden.
  • Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Kanalvervielfachers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • Fig. 1a eine Schnittansicht eines Teiles des Trägerkörpers des Kanalvervielfachers gemäß Fig. 1 in größerem Maßstab;
    • Fig. 2 einen Axialschnitt eines Kanalvervielfachers gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung und
    • Fig. 3 eine Ansicht in einer Ebene III-III der Fig. 2.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Kanalvervielfacher 10 hat einen einzigen langgestreckten rohrförmigen, gebogenen Kanal, der durch einen Trägerkörper 12 aus Metall, insbesondere nichtrostendem Stahl, gebildet wird. Der Trägerkörper 12 hat einen wendelförmigen Hauptteil 12a, der vorne in einen sich konisch erweiternden Anfangsabschnitt oder Trichter 12b und hinten in ein gerades Stück 12c übergeht. Der Trichter 12b bildet eine Eintrittsöffnung 12d, bei der er mit einem Befestigungsflansch 14 vakuumdicht verbunden ist. Ein metallisches, an einem Ende geschlossenes Endstück 20 ist mit seinem offenen Ende über ein Keramik-Zwischenstück 18 isoliert an das gerade verlaufende Kanalende 12c vakuumdicht angeschmolzen.
  • Die den KanaL begrenzende Innenfläche des metallischen Trägerkörpers 12 einschließlich des Trichters 12b ist im wesentlichen vollständig mit einer zusammenhängenden Schicht 22 (Fig. 1a) aus einer Bleiglasglasur überzogen. Die freie Oberfläche der Glasurschicht 22 ist in üblicher Weise reduziert, um eine Widerstandsschicht 22a mit hohem Sekundäremissionskoeffizienten zu bilden. Bei der Fertigung ist darauf zu achten, daß eine dünne, zusammenhängende unreduzierte Bleiglasschicht 22b zwischen der reduzierten Schicht und dem Metall des Trägerkörpers verbleibt, um einen Kurzschluß zwischen der sekundäremissionsfähigen Schicht 22a und dem leitenden Trägerkörper 12 zu verhindern. Die dünne halbleitende sekundäremissionsfähige Schicht 22a bildet mit der Metallwand des Körpers 12 einen elektrischen Kondensator, dessen Dielektrikum aus der unreduzierten Bleiglasschicht 22b besteht. Dieser Kondensator kann als Energiespeicher für den Elektronen-Lawinenstrom im Ende des Vervielfacherkanals genutzt werden. Dadurch können bei jedem Impuls mehr Sekundärelektronen freigesetzt werden, als es bei einem konventionellen Kanalvervielfacher möglich ist.
  • Bei dem KanaLvervieLfacher gemäß Fig. 1 kann der Flansch 14 als der eine Anschluß an die halbleitende Vervielfacherschicht dienen, während der andere Anschluß durch das Endstück 20 gebildet wird, das sowohl als Anode als auch als Auffänger dient und im Betrieb auf einer Spannung von ca. +3,0 kV bezüglich des auf Masse liegenden Flansches 14 gehalten werden kann. Es ist jedoch auch möglich, den Anschluß am offenen Ende des Trichters-12b vom Flansch 14 elektrisch zu trennen, z.B. durch die Glasur oder eine Emaillierung, und zwischen den Flansch 14 und eine Anschlußelektrode an der Eintrittsöffnung des Trichters 12b eine Ziehspannung von 0 bis 200 V (Eingangsflansch negativ bei positiven Primärtei lchen) zu legen, um das Einsammeln geladener Primärteilchen zu verbessern.
  • Die Eintrittsöffnung des Trichters 12b kann bei der beschriebenen Konstruktion ohne weiteres einen Durchmesser von mehr als 20 mm, z.B. 25 mm haben.
  • Ein Vorteil der anhand von Fig. 1 beschriebenen Metallbauweise ist die relativ gute thermische Leitfähigkeit des Trägerkörpers, was bei hoher Belastung ebenfalls zur Stabilität beiträgt.
  • Um den gewünschten großen Eingangstrichter und den daran anschließenden engen Kanal gleichmäßig und möglichst in einem Arbeitsgang mit der Glasur zu beschichten, wird vorzugsweise ein cremiger Brei aus feingemahlenem Glaspulver in einem flüssigen Trägermaterial, insbesondere IsopropyLaLkohoL verwendet. Dieser Brei wird durch Eingießen, Streichen oder Spritzen aufgebracht. Die gesamte Schicht kann auf diese Weise bereits bei Zimmertemperatur auf der gewünschten Oberfläche verteilt und noch vor dem Einbrennen visuell kontrolliert werden. Der Träger wird nun Langsam so weit erhitzt, bis die Glasur glatt verfließt, also beispielsweise auf etwa 800 °C, und anschließend wieder abgekühlt. Bisher hat man die Glasurschicht durch Eingießen und Hindurchpressen einer flüssigen Glasmasse hergestellt, die dabei eine weit geringere Zähigkeit und damit eine wesentlich höhere Temperatur (ca. 1000 °C) haben muß aLs es für das Verlaufen der GLaspuLverschicht erforderlich ist, was bei den bekannten Verfahren 'die AnzahL der verwendbaren TrägermateriaLien begrenzt, einen wesentlich höheren Aufwand erfordert und speziell für große Trichter kaum anwendbar ist.
  • Vor dem VerschmeLzen wird das Glasurmaterial vorzugsweise entgast. Das Einbrennen sollte daher im Vakuumofen erfolgen mit anschließendem Glattbrennen in oxidierender Atmosphäre. Die Bleiglas-Glasurschicht wird dann in üblicher Weise reduziert, z.B. durch Erhitzen auf 370 bis 400 °C für etwa sechs Stunden in Wasserstoff von 100 bis 200 kPa, um eine gleichmäßige Emissionsschicht von ca. 10 nm Dicke zu erzeugen. Damit wird der Kanalwiderstand als Funktion des Kanalquerschnitts und der Länge berechenbar und optimierbar.
  • Bei den bekannten Kanalvervielfachern mit trichterartig erweitertem Eintritt hängt die Wirksamkeit der einzelnen Flächenbereiche der Trichteroberfläche davon ab, in welchem Maße die aus der Schicht herausgeschlagenen ELektronen auch in den Anfang des Hauptteiles 12a des Kanals hineingesaugt werden. Da die Erweiterung des Querschnitts des Trichters 12b eine Verringerung des Widerstandes in Axialrichtung bewirkt und damit eine VerkLeinerung der FeLdstärke, ist der Trichter im Grunde genommen nur innen beim übergang zum Kanal 12a voll wirksam. Zum vorderen (eintrittsseitigen) Rand hin fällt die Empfindlichkeit schnell ab und man erreicht bald einen Punkt, bei dem eine Vergrößerung des Trichterdurchmessers keinen Gewinn mehr bringt. Gemäß der Erfindung wird die Widerstands- und Emissionsschicht im Trichter durch eine schmale spiralige Trennung, d.h. einen nichtleitenden Zwischenraum, in einen spiralenförmigen Streifen unterteilt. Die Breite des Streifens ist vorzugsweise wenigstens annhähernd gleich dem inneren Umfang des Kanals 12a. Durch Variation der Breite des Streifens hat man es in der Hand, ein Führungsfeld in Richtung zur Trichtermitte zu erzeugen und damit alle Elektronen von allen Teilen des Trichters einzusammeln. Die Breite der z.B. durch Ritzen erzeugten Trennung 234 soll klein gegen die Breite des spiralenförmigen Streifens 26 sein. Die Trennung 24 kann auch durch entsprechende Formgebung des Trägerkörpers 12 erzeugt werden. Bei dem Kanalvervielfacher gemäß Fig. 1 kann man den die innere Oberfläche des Trägers vor dem Glasieren mit einer Emaille beschichten, um eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit bei gleichzeitig großer Kapazität zu erreichen. Der Schmelzpunkt dieser Emaille-Zwischenschicht muß selbstverständlich zwischen der des Trägers und der der GLasur liegen und kann die unreduzierte Schicht 22b ersetzen.
  • Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Ausführungsform des vorliegenden Kanalvervielfachers enthält einen Trägerkörper 112 aus Isolierkeramik. Der Trägerkörper 112 hat eine im wesentlichen zylindrische Außenwand und bildet einen Vervielfacherkanal mit einem trichterförmigen Anfangsabschnitt ("Trichter") 115 und einem spiralenförmigen Kanalteil 117 (siehe auch Fig. 3), dessen axiale Mittellinie im wesentlichen in einer Ebene liegt. Der Kanalteil 117 wird durch eine spiralenförmige Ausnehmung, z.B. zunehmender Tiefe und im wesentlichen konstanter Breite, z.B. etwa 2 mm in der hinteren ebenen Stirnfläche des im wesentlichen zylindrischen Trägerkörpers 112 gebildet. Um eine gewünschte FeLdstärkeverteiLung im Kanal zu erreichen, können Tiefe und Breite des KanaLs variiert werden. Der Kanalteil 117 des Vervielfacherkanals wird durch eine Keramikplatte 119 geschlossen. Die Krümmung des Vervielfacherkanals ist möglichst gleichmäßig und um dies beim übergang vom Trichter 115 in den Kanalteil 117 zu erreichen, kann die PLatte 119 eine entsprechende Vertiefung 121 enthalten, die einen TeiL der Kanalwand bildet und dadurch einen übergang mit gleichmäßiger Krümmung vom Trichter zur Spirale ermöglicht. Das sich an den Trichter anschließende erste Stück des Kanalteiles 117 ist vorzugsweise etwas enger als der Rest des Kanalteiles 117.
  • Der Trichter 115 und der spiralenförmige Kanalteil 117 sind mit einer GLasur versehen, die die sekundäremissionsfähige Schicht bildet und ebenso hergestellt werden kann, wie es oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert worden war. Die Sekundäremissionsschicht endet an einem Anodenanschluß A, der z.B. aus einer Metallisierung bestehen kann. Am Ende der den Kanalteil 117 bildenden spiralenförmigen Ausnehmung befindet sich ein Auffänger 120, der ebenfalls aus einer Metallisierung bestehen kann und von der Anode A durch ein unbeschichtetes, isolierendes Stück 121 des spiralenförmigen Kanalteils getrennt ist.
  • Die die Anode A und den Auffänger 120 bildenden Metallisierungsschichten sind nach außen herausgeführt und mit geeigneten Anschlüssen, z.B. 123, verbunden.
  • Der eigentliche Kanalvervielfacher ist durch ein am Trägerkörper 112 und der Abschlußplatte 119 angeglastes oder angelötetes becherförmiges Zwischenstück 125 aus Metall in den Flansch 129 vakuumdicht eingeschweißt. Ein darüber fassendes Gehäuse 127 trägt die elektrischen Anschlüsse für einen Hochspannungs-Eingang 131 sowie für einen Impulsausgang 133. Im Inneren des Gehäuses können elektrische Bauelemente, z.B. ein Verstärker für das Ausgangssignal untergebracht werden.
  • Die vakuumdichte Ausführung gemäß Fig. 2 erlaubt den Betrieb unter Vakuumbedingungen, während gleichzeitig die Anschlüsse 123 bzw. 133 sowie Anode bzw. Hochspannungs-Eingang 131 frei zugänglich sind.
  • Die Emissionsschicht im Trichter 115 ist vorteilhafterweise durch eine spiralenförmige schmale Unterbrechung 124 in einen spiralenförmigen Streifen 126 unterteilt, wie es anhand von Fig. 1 erläutert worden war. Die Breite B des Streifens ist vorzugsweise etwa gleich 2 d, wobei d die Breite des Hauptteiles des Vervielfacherkanals bildet (Fig. 3). Im Betrieb kann an der Anode A eine Spannung von +2400 bis +3700 V bezüglich eines Anschlusses 135 am Eintritt des Trichters 115 liegen, welcher vorzugsweise auf Massepotential liegt und z.B. über das Zwischenstück 125 mit dem Flansch 129 elektrisch verbunden ist. Der Auffänger 120 sollte eine Spannung von ca. +10 V ./. +150 V gegenüber der Anode aufweisen.
  • Der Bahnwiderstand des Vervielfacherkanals sollte im allgemeinen kleiner oder gleich 108 Ohm betragen.
  • Der Kanalvervielfacher gemäß Fig. 2 läßt sich dadurch abwandeln, daß die den Kanal bildende Oberfläche des keramischen Trägerkörpers 112 zuerst metallisiert und dann erst mit der GLasur überzogen wird, so daß man ebenfalls einen Kondensator zur Verfügung hat, wie bei dem Kanalvervielfacher mit metallischem Trägerkörper gemäß Fig. 1.
  • Der wendel- bzw. spiralförmige Streifen, aus dem die sekundäremissionsfähige Schicht im trichterförmigen Anfangsabschnitt besteht, ist zweckmäßigerweise im wesentlichen koaxial mit der Trichterachse.

Claims (10)

1. Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher mit einem Trägerkörper (12, 112), der einen langgestreckten, rohrförmigen Vervielfacherkanal enthält, welcher einen Hauptteil und einen sich an diesen anschließenden, sich zu einer Eintrittsöffnung hin trichterartig erweiternden Anfangsabschnitt (12b, 115) aufweist und mit einer Beschichtung (22) die auf der Oberfläche des Vervielfacherkanals einschließlich des Anfangsabschnittes angeordnet ist und deren Oberfläche eine sekundäremissionsfähige Widerstandsschicht (2a) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäremissionsfähige Widerstandsschicht (22a) in dem sich trichterartig erweiternden Anfangsabschnitt (12b) einen wendelartigen Streifen (26) bildet.
2. Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Streifens (26) in der Größenordnung des Umfangs des sich an den trichterartig erweiterten Anfangsabschnitt anschließenden HauptteiLs (12a) des VervieLfacherkanaLs liegt.
3. Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher mit einem Trägerkörper (12, 112), der einen langgestreckten, rohrförmigen Vervielfacherkanal enthält, welcher einen HauptteiL und einen sich an diesen anschließenden, sich zu einer Eintrittsöffnung hin trichterartig erweiternden Anfangsabschnitt (12b, 115) aufweist und mit einer Beschichtung (22) die auf der Oberfläche des Vervielfacherkanals einschließlich des Anfangsabschnittes angeordnet ist und deren Oberfläche eine sekundäremissionsfähige Widerstandsschicht (22a) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Trägerkörpers (12, 112) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der mindestens 15 % größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials der sekundäremissionsfähigen Widerstandsschicht.
4. Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung des Vervielfacherkanals vakuumdicht mit einem Anschlußflansch (14, 129) verbunden ist.
5. Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenhzeichnet, daß der Trägerkörper (12) aus Metall besteht, und daß sich zwischen der sekundäremissionsfähigen Widerstandsschicht (22a) und dem Trägerkörper eine elektrisch isolierende Schicht (22b) befindet.
6. Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (112) aus Keramik besteht, eine sich zu einer Eintrittsöffnung hin trichterförmig erweiternde Ausnehmung, die einen Anfangsabschnitt (115) eines Vervielfacherkanales bildet, hat und eine Fläche mit einem offenen spiralenförmigen Kanalteil (117) aufweist, dessen radial innen gelegener Anfang mit dem trichterförmigen Anfangsabschnitt in Verbindung steht, und daß der spiralenförmige KanaL durch eine isolierende Platte (119) verschlossen ist (Fig. 2 und 3).
7. KanaL-SekundäreLektronenvervieLfacher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (119) beim übergang des Kanales vom trichterförmigen Anfangsabschnitt (115) in den spiralenförmigen Kanalteil (117) eine muldenartige Vertiefung (121) aufweist, die einen gekrümmten Wandteil des Vervielfacherkanals bildet.
8. Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem trichterförmigen Anfangsabschnitt (115) in Verbindung stehende Anfang des spiralenförmigen Kanalteiles (117) etwas enger ist als der Rest des spiralenförmigen KanaLs (117).
9. Verfahren zum Herstellen eines Kanal-Sekundärelektronenvervielfachers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine einen Vervielfacherkanal bildende Wand eines Trägerkörpers mit einer Glaspulversuspension überzogen wird, der so gebildete überzug getrocknet wird und der Träger mit dem getrockneten überzug auf eine Temperatur erhitzt wird, die nicht wesentlich höher ist als die Temperatur, bei der das GLaspuLver zu einer glatten Glasur verschmilzt.
10. Verfahren nach Anspruch 9,- dadurch gekennzeichnet, daß der überzug im Vakuum ausgegast und vorerhitzt wird und anschließend in einer oxidierenden Atmosphäre glattgebrannt wird.
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