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Entladungsrohr zum Nachweis und/oder zur Messung von Strahlungsenergie.
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Gemäss Fig. 2 fällt das nachzuweisende Licht von rechts auf die durchsichtige Kathode 8, die mit Hilfe der Durchführung 9 auf eine negative Spannung von einigen Kilovolt gegen den, auf dem ultraviolettdurehlässigen Fenster 10 niedergeschlagenen, elektrisch leitenden, jedoch nahezu durchsichtigen Silberspiegel gebracht ist. Auf diesem Silberspiegel ist eine dünne Fluoreszenzschicht, z. B.
Zinksulfid, aufgebracht. Lösen die auftretenden Photoelektronen nun eine Fluoreszenz in Zinksulfid aus, so vermag der ultraviolette Anteil derselben das Fenster 10 zu durchdringen. Er gelangt auf die Innenwand des Zylinders 11 (z. B. aus Kupfer), wo er wiederum Photoelektronen auslöst. Der Zylinder liegt auf gleichem Potential wie der das Zinksulfid tragende Silberspiegel, während der Zähldraht 12 (z. B. ein Wolframdraht von 0#1 nun #) etwa auf plus 400 Volt gegen den Zylinder aufgeladen ist. Jedes Photoelektron löst dann zwischen Zylinder und Draht eine Entladung aus (als Füllgas kann z. B.
Wasserstoff von 15 MM ! Druck dienen), die infolge des Widerstandes 1. 3 (etwa 109 Q) sofort wieder abreisst.
An den Widerstand M ist das zum Zählen dienende Elektrometer 14 bzw. der Eingangskreis einer für Zählrohre bekannten Verstärkeranordnung angeschlossen.
Der Fluoreszenzschirm (Fenster) ist so geformt. dass ein möglichst grosser Teil des Fluoreszenzlichtes in den Zylinder hineingelangt.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Erfindungsgedankens, bei der die beiden Räume durch eine elektronendurchlässige, jedoch für Jonen undurchlässige Scheidewand getrennt sind, u. zw. ist der Kathodenraum und der Zählrohrentladungsraum durch eine nichtmetallisehe Folie getrennt, und die Photoelektronen werden durch elektronenoptische Mittel auf dem Zähldraht gebündelt.
Eine solche Anordnung erweist sich besonders dann als zweckmässig, wenn aus technischen oder ändern Gründen eine ausgedehnte Photokathode verwendet wird.
Die Anordnung ist folgende : Das nachzuweisende Licht trifft von rechts durch das Fenster 1. j, durch die Bohrungen ? und 77 des Zählrohrzvlinders 18, durch die Glasfolie 19 auf die Photokathode : ?, die aus einer planen, unmagnetischen Metallplatte, z. B. aus Silber, Kupfer oder Molybdän, besteht.
Diese Metallplatte kann durch den Ansatz 21 mit einer entsprechenden liehtelektrischen Substanz, z. B.
Cäsium, bedampft werden, nachdem sie verlier in bekannter Weise mit einer geeigneten Oberflächenschicht, z. B. Oxydschicht, versehen ist.
Die durch das Licht an der Photokathode ausgelösten Photoelektronen werden dann durch das Xetz homogen und parallel beschleunigt, durchlaufen die drei eine elektrische Sammellinse bildenden Lochblende 25, , J, die auf ein solches Potential gebracht sind, dass alle von der Kathode : ? kom-
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schirmt das schädliche Feld der Aufladungen der Glaswand nach innen ab. Damit man mit einer Be- schleunigungsspannung von nur einigen 1000 Volt (z. B. 2000 Volt) auskommt, ist es notwendig, dass die Glasfolie nur eine geringe Stärke von zirka O'o u. besitzt.
Da der Kathodenraum, um von der Pumpe entlüftet werden zu können, weitgehend durch Ausheizung entgast werden muss, so muss die Glasfolie mit den Wänden verschmolzen werden und darf nicht verkittet sein.
Die Herstellung einer extrem diinnen Glasfolie, die mit der Glaswand verschmolzen ist, kann
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auf der einen Seite auf einen Innendurchmesser von 1 bis 2 mm. Die äusseren Enden von 47 und 49 verbindet man derart mit Blasesrhläuchen. dass man kommunizierend in beide Rohre hineinblasen kann.
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deren Wandstärke um so geringer ist, je kleiner der Ausgangsdurchmesser ass. je dünner die Stirnfläche der Kugel 48 und je weiter das Rohr aufgeblasen wurde.
Auf diese Weise lassen sieh bei Durchmessern von 15 bis 50 Mm Folien bis herunter zu Stärken von 0'1 jj. herstellen, die ohne Gefahr thermisch entgast, d. h. ausgeheizt werden können.
Wird als trennende Folie eine Metallfolie verwendet, so kann sie nach einem weiteren Erfindungsgedanken so ausgebildet werden, dass sie schon Elektronen verhältnismässig kleiner Geschwindigkeiten (in der Grössenordnung von 10 Volt) durchlässt.
Eine Ausführungsform dieses Gedankens besteht darin, dass die Metallfolie äusserst dünn (zirka 1000 A) gewählt wird. Es können aber auch dickere Folien Verwendung finden, wenn sie in besonderer Weise hergestellt werden, z. B. auf chemischem Wege durch Niederschlagen. Wird z. B. ein dünner
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grösserer Dicke als 1000 A eine gute Durchlässigkeit für Elektronen geringer Geschwindigkeit.
Bei Verwendung der Folien ist es dann-insbesondere wenn die Folie an die Photokathode genügend dicht herangebracht wird z. B. # mm # nicht mehr nötig, den Kathodenraum zu evakuieren, vielmehr kann er dieselbe Gasfüllung wie der Entladungsraum besitzen. Die Folie braucht also nicht
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keit von einigen 10 Volt zu erhalten brauchen, mit der Betriebsspannung zu gleichen Werten wie bei gewöhnlichen Photozellen. Die für den praktischen Betrieb unbequeme Hochspannung zur Beschleunigung der Photoelektronen wird ÜberflÜssig.
Bei der Anordnung nach Fig. 3 kann ebenso, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben, ein
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Die Anordnung gemäss Fig. 3 kann, wie in Fig. 3 a dargestellt, derart abgeändert werden, dass die Verwendung einer Elektronenoptik entbehrlich ist.
Die Anordnung, die besonders für das sichtbare Spektralgebiet brauchbar ist, ist folgende :
Das Licht trifft von oben durch den Rohransatz 2. 9 auf die inwendig aufgedampfte, durchsichtige Photokathode. 30, welche mit einer nach aussen geführten Stromzuführung 31 versehen ist.
Die Glasfolie 32, welche beiderseitig durch Aufdampfen versilbert ist (schwach blau durchscheinend), ist durch die Durchführung 33 nach aussen geführt und auf einige Kilovolt gegen die Photokathode aufgeladen, so dass die Photoelektronen die Folie durchdringen können. Sie treffen sodann auf den Zähl- draht.'14 und zünden zwischen der Platte. 33, die mit der Folie 32 auf gleichem Potential liegt, und den Zähldraht 3 Entladungen. An dem Widerstand. 36 treten alsdann Spannungsstösse auf, die registriert werden können.
Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig. 4. Es ist hier im Zählrohrentladungsraum eine Hilfs- elektrode vorgesehen, die gegenüber der negativen Zählrohrelektrode auf einem derartigen Potential gehalten wird, dass die in der Zählrohrentladung entstandenen Ionen von der Photokathode ferngehalten werden.
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wirksamen Substanz in bekannter Weise versehen, während das Hilfsgitter 41 eine möglichst hohe Austrittsarbeit besitzen möge, z. B. aus in bekannter Weise mit Sauerstoff behandeltem Wolfram bestehen möge.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende : Löst das von rechts kommende Licht an der Innenwand des Zylinders- ? ein Photoelektron aus, so gelangt dieses durch das Gitter 41 zum Zähl- draht 42 (Zylinder und Gitter liegen zunächst, da sie durch den Widerstand :, 7 miteinander verbunden sind, auf gleichem Potential) und zündet eine Entladung zwischen dem Zähldraht einerseits und der Kathode und dem Hilfsgitter anderseits. Das hat zur Folge, dass das Potential am Gitter und an der Kathode absinkt, u. zw. zuerst das an der Kathode liegende, so dass der Hauptteil der Entladung zum Gitter und nicht zur Kathode brennt.
Wählt man ausserdem die Spannung 43 nur einige Zehntelvolt über der Zündspannung des Rohres, so erreicht man, dass nur sehr wenige Ionen der Zählrohrentladung auf die Kathode treffen. Die Eigenerregung kann auf diese Weise, insbesondere bei Verwendung eines hochmolekularen Füll- gases, z. B. Alkoholdampf (kleine Ionengesehwindigkeiten) weitgehend heruntergesetzt werden, so dass eine störende Eigenerregung nicht mehr auftritt.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform des Erfindungsgedankens, bei der durch Einbau eines Brems-
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Die Photoelektronen müssen, um die Folie 46 zu durchdringen, zunächst durch das Gitter hindurch- kommen. Da letzteres ein wenig negativ gegen die Kathode aufgeladen ist, so müssen die Elektronen eine gewisse Mindestenergie besitzen, um durch das Gitter gelangen zu können. Das bedeutet, dass nur Licht von einer bestimmten Wellenlänge ab (die bestimmt ist durch die an 4. 5 gelegte negative Vorspannung) die Anordnung zum Ansprechen bringt. Im übrigen arbeitet die Anordnung wie im Zusammenhang mit Fig. 3 a beschrieben ist.
Eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgedankens besteht darin, dass das Fiillgas für den Entladungsraum eine derartige Zusammensetzung aufweist, dass es gegenüber der Kathode inert ist. Auch hiedurch kann eine Eigenerregung des Rohres vermieden werden. Es empfiehlt sich beispielsweise folgende Kombination von Füllgas und Kathodenmaterial :
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3.10#4 mm Quecksilber, Kathode : Kalium auf Kupfer niedergeschlagen.
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die Möglichkeit, das Entladungsrohr als Photozelle für Strahlung aller Wellenlängen (z. B. für Tonfilm und Fernsehen) zu benutzen.
Die erreichbaren Photoströme betragen ohne äussere Verstärkung etwa das 1010-fauche der mit gewöhnlichen Photokathoden erreichbaren Photozellenströme.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Zählrohr zum Nachweis und/oder zur Messung von sichtbarer und/oder ultraroter Strahlung, dadurch gekennzeichnet, dass das Zählrohr in einen Zählrohrentladungsraum und einen Raum, in dem die die Entladung zündenden Elektronen durch die Strahlung ausgelöst werden, räumlich oder elektrisch derart getrennt ist, dass die eigenerregende Wirkung der aus der Zählrohrentladung stammenden Ionen verhindert wird.
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Discharge tube for the detection and / or measurement of radiant energy.
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According to FIG. 2, the light to be detected falls from the right onto the transparent cathode 8 which, with the help of the bushing 9, is brought to a negative voltage of a few kilovolts against the electrically conductive but almost transparent silver mirror deposited on the ultraviolet-permeable window 10. On this silver mirror is a thin layer of fluorescent, e.g. B.
Zinc sulfide. If the photoelectrons that occur now trigger a fluorescence in zinc sulfide, the ultraviolet portion thereof is able to penetrate the window 10. It reaches the inner wall of the cylinder 11 (e.g. made of copper), where it in turn releases photoelectrons. The cylinder is at the same potential as the silver mirror carrying the zinc sulfide, while the counting wire 12 (e.g. a tungsten wire from 0 # 1 to #) is charged to approximately plus 400 volts against the cylinder. Each photoelectron then triggers a discharge between the cylinder and the wire (e.g.
15 MM hydrogen! Pressure), which immediately tears off again due to the resistance 1. 3 (approx. 109 Q).
The electrometer 14 used for counting or the input circuit of an amplifier arrangement known for counting tubes is connected to the resistor M.
The fluorescent screen (window) is shaped like this. that as large a part of the fluorescent light as possible gets into the cylinder.
Fig. 3 shows an embodiment of the inventive concept in which the two spaces are separated by an electron-permeable, but for ions impermeable partition, u. between the cathode compartment and the counter tube discharge space are separated by a non-metallic foil, and the photoelectrons are bundled on the counting wire by electron-optical means.
Such an arrangement proves to be particularly expedient when an extended photocathode is used for technical or other reasons.
The arrangement is as follows: The light to be detected hits from the right through window 1. j, through the holes? and 77 of the counting tube cylinder 18, through the glass film 19 onto the photocathode:? made of a flat, non-magnetic metal plate, e.g. B. made of silver, copper or molybdenum.
This metal plate can be borne by the approach 21 with a corresponding electrical substance, for. B.
Cesium, after it loses in a known manner with a suitable surface layer, for. B. oxide layer is provided.
The photoelectrons released by the light at the photocathode are then accelerated homogeneously and in parallel by the Xetz, pass through the three perforated diaphragms 25,, J, which form an electrical converging lens, which are brought to such a potential that all of the cathode:? com-
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shields the harmful field of the charges of the glass wall inside. In order to be able to manage with an acceleration voltage of only a few 1000 volts (e.g. 2000 volts), it is necessary that the glass film is only a small thickness of about O'o u. owns.
Since the cathode compartment has to be largely degassed by heating in order to be able to be vented by the pump, the glass film has to be fused to the walls and must not be cemented.
The production of an extremely thin sheet of glass that is fused to the glass wall can
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on one side to an inside diameter of 1 to 2 mm. The outer ends of 47 and 49 are connected in this way with blow tubes. that you can blow into both pipes while communicating.
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whose wall thickness is the smaller, the smaller the starting diameter ass. the thinner the face of the ball 48 and the further the tube was inflated.
In this way you can use foils with diameters of 15 to 50 µm down to thicknesses of 0.1 mm. produce that are thermally degassed without risk, d. H. can be baked out.
If a metal foil is used as the separating foil, it can, according to a further concept of the invention, be designed in such a way that it allows electrons to pass through at relatively low speeds (of the order of magnitude of 10 volts).
One embodiment of this idea is that the metal foil is chosen to be extremely thin (approx. 1000 Å). However, thicker films can also be used if they are produced in a special way, e.g. B. by chemical means by precipitation. Is z. B. a thin one
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thicker than 1000 Å, good permeability for low speed electrons.
When using the foils it is then-especially if the foil is brought close enough to the photocathode z. B. # mm # no longer necessary to evacuate the cathode compartment, rather it can have the same gas filling as the discharge compartment. So the foil does not need
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need to obtain a power of a few 10 volts, with the operating voltage at the same values as with ordinary photocells. The high voltage for accelerating the photoelectrons, which is inconvenient for practical operation, becomes superfluous.
In the arrangement according to FIG. 3, as described in connection with FIG. 2, a
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The arrangement according to FIG. 3 can, as shown in FIG. 3a, be modified in such a way that the use of electron optics is unnecessary.
The arrangement that is particularly useful for the visible spectral region is as follows:
The light hits the internally vapor-deposited, transparent photocathode from above through the tube attachment 2. 9. 30, which is provided with an outwardly guided power supply 31.
The glass film 32, which is silver-plated on both sides by vapor deposition (slightly blue translucent), is led to the outside through the passage 33 and charged to a few kilovolts against the photocathode, so that the photoelectrons can penetrate the film. They then hit the counting wire. 14 and ignite between the plate. 33, which is at the same potential with the film 32, and the counting wire 3 discharges. At the resistance. 36 then voltage surges occur which can be registered.
A further embodiment is shown in FIG. 4. Here, an auxiliary electrode is provided in the counter tube discharge space, which is held at such a potential with respect to the negative counter tube electrode that the ions produced in the counter tube discharge are kept away from the photocathode.
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active substance provided in a known manner, while the auxiliary grid 41 may have a work function as high as possible, z. B. may consist of tungsten treated with oxygen in a known manner.
The mode of operation of the arrangement is as follows: Does the light coming from the right trigger on the inner wall of the cylinder? If a photoelectron is triggered, it passes through the grid 41 to the counting wire 42 (cylinder and grid are initially at the same potential, as they are connected to one another by the resistor:, 7) and ignites a discharge between the counting wire and the cathode and the auxiliary grid on the other. This has the consequence that the potential at the grid and at the cathode drops, u. between first the one lying on the cathode, so that the main part of the discharge burns to the grid and not to the cathode.
If one also selects the voltage 43 only a few tenths of a volt above the ignition voltage of the tube, one achieves that only very few ions of the counter tube discharge hit the cathode. The self-excitation can in this way, especially when using a high-molecular filling gas, z. B. alcohol vapor (small ion flow speeds) are largely reduced so that a disruptive self-excitation no longer occurs.
Fig. 5 shows an embodiment of the inventive concept in which by installing a brake
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In order to penetrate the film 46, the photoelectrons must first pass through the grid. Since the latter is charged a little negatively towards the cathode, the electrons must have a certain minimum energy in order to be able to get through the grid. This means that only light of a certain wavelength (which is determined by the negative bias applied to 4. 5) causes the arrangement to respond. Otherwise, the arrangement works as described in connection with FIG. 3a.
A further embodiment of the inventive concept consists in the fact that the fill gas for the discharge space has a composition such that it is inert towards the cathode. In this way, too, self-excitation of the pipe can be avoided. For example, the following combination of filling gas and cathode material is recommended:
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3.10 # 4mm mercury, cathode: potassium deposited on copper.
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the possibility of using the discharge tube as a photocell for radiation of all wavelengths (e.g. for sound films and television).
The achievable photocurrents without external amplification are about 1010 times the photocell currents that can be achieved with normal photocathodes.
PATENT CLAIMS:
1. Counter tube for the detection and / or measurement of visible and / or ultra-red radiation, characterized in that the counter tube is spatially or electrically separated in a counter tube discharge space and a space in which the electrons igniting the discharge are triggered by the radiation that the self-exciting effect of the ions from the counter tube discharge is prevented.
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