DE1197179B - Sekundaerelektronenvervielfacher - Google Patents
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
HOIj
Deutsche Kl.: 21g-13/19
Nummer: 1197179
Aktenzeichen: B 62285 Vm c/21 g
Anmeldetag: 26. April 1961
Auslegetag: 22. Juli 1965
Die Erfindung betrifft einen Sekundärelektronenvervielfacher mit einem geradlinig verlaufenden Kanal,
dessen Innenfläche mit einer sekundäremittierenden Widerstandsschicht belegt ist, an die zur Erzeugung
eines parallel zur Kanalachse verlaufenden elektrischen Fedes eine Spannung angelegt ist.
Es sind Elektronenvervielfacher bekannt, bei denen die Primärelektronen ein oder mehrere Beschleunigungsfelder
durchlaufen, durch die sie gegen eine sekundäremittierende Fläche gelenkt werden. Unter
dem Aufprall eines jeden Elektrons emittiert die Fläche mehrere Elektronen, die das Feld gegen eine
weitere Emissionsfläche oder gegen einen anderen Abschnitt der gleichen Fläche beschleunigt, so daß
jedes Elektron eine weitere Emission mehrerer Sekundärelektronen verursacht usw. Auf diese Weise
ergibt sich am Ausgang der Vorrichtung ein Elektronenstrom, der gegenüber dem Primärstrom am
Eingang erheblich verstärkt ist.
Bei den bekannten Vorrichtungen werden die Elektronen entweder nur durch ein elektrisches Feld oder
durch ein elektrisches und senkrecht dazu gerichtetes magnetisches Feld beschleunigt. In jedem Fall werden
die Elektronen in jedem Abschnitt der Bahn durch das Feld bzw. die Felder auf die folgende
Emissionsfläche hin beschleunigt. Zu diesem Zweck ist es mit einem elektrostatischen Feld allein erforderlich,
die Emissionsflächen auf vielen getrennten Plättchen anzuordnen. Diese Plättchen haben verschiedenes
Potential und dienen meistens auch als Umlenkbleche, so daß sie gegebenenfalls zusammen
mit anderen Elektroden die Elektronen auf Zickzackbahnen durch die Vorrichtung leiten. Diese Vervielfacher
sind kompliziert, umfangreich und leicht zerbrechlich.
Durch die gleichzeitige Verwendung eines elektrostatischen und eines dazu senkrecht gerichteten
elektromagnetischen Feldes kann die Bauweise dieser Apparate vereinfacht werden. Unter der Wirkung
beider Felder beschreiben die Elektronen eine Zykloidenbahn, so daß es möglich ist, die Elektronen
mehrfach gegen aufeinanderfolgende Teilstücke derselben ebenen ununterbrochenen Emissionsfläche zu
lenken. Dieser Elektronenvervielfacher besteht beispielsweise aus zwei parallelen Platten, deren gegeneinandergekehrte
Flächen mit einer Widerstandsschicht belegt sind, von denen wenigstens eine auch
emittierend wirkt. An die Enden der Schichten werden derartige Potentiale angelegt, daß das zwischen
den Platten wirksame elektrostatische Feld eine senkrecht zu den Platten gerichtete Komponente aufweist.
Zwei Magnetpole erzeugen ein zu den Platten Sekundärelektronenvervielfacher
Anmelder:
The Bendix Corporation, Detroit, Mich.
(V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41
paralleles und zu dem elektronischen Feld senkrechtes magnetisches Feld. Diese Vervielfacher sind
einfacher als die anfangs beschriebenen. Die Magnete
vergrößern den Umfang der Vorrichtung jedoch erheblich.
Es ist weiter ein Elektronenvervielfacher bekannt, der aus einem Rohr besteht, in dessen Mitte ein
Anodendraht ausgespannt ist. Das Rohr ist innen mit einer Sekundäremissionsschicht hohen Widerstandes
ausgelegt, an die zusammen mit dem Anodendraht eine Spannung angelegt ist. Der von der
Kathode kommende, durch eine Elektronenoptik ausgeblendete Elektronenstrahl bewegt sich auf einer
Zickzackbahn durch das Rohr. Dieser Vervielfacher hat den Nachteil, daß der Anodendraht einen großen
Teil der Elektronen aufnimmt und dadurch die Ver-Stärkung herabsetzt. Liegt der Anodendraht an
negativem Potential, dann ist der transversale Potentialgradient am Eingang der Röhre so groß, daß die
nicht auf den Anodendraht auftreffenden Elektronen fast senkrecht zum entgegengesetzten Ende der Röhre
fliegen und dieses Ende erreichen, bevor das Längsfeld auf die Elektronen einwirken und eine nennenswerte
Sekundäremission hervorrufen kann. Auch dadurch wird die Verstärkung wesentlich herabgesetzt.
Schließlich ist auch die Längsspannung durch die Gefahr der Funkenüberschläge von dem Anodendraht
begrenzt, so daß die maximal erreichbare Verstärkung dementsprechend gering ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darm, einen sehr einfachen und raumsparenden Elektronenvervielfacher
zu schaffen, der insbesondere bei flachen, d. h. sehr kurzen Fernsehröhren verwendet werden
kann. Der Lösungsgedanke geht davon aus, die Richtungsanfälligkeiten der Vektoren der Anfangsgeschwindigkeit auszunutzen, zu der die beispiels-
weise aus einer Photokathode austretenden Primärelektronen statistisch angeregt werden. Durch die
Querkomponente dieser Vektoren werden die Teil-
509 627/242
chen auf eine sekundäremittierende Fläche geworfen. Es ist also nicht nötig, den Teilchen diese Querkomponente
durch eine besondere, mehr oder weniger komplizierte Anlage zu erteilen, wie es bei
den bekannten, nur mit elektrostatischer Beschleunigung arbeitenden Vervielfachern durch die Umlenkanordnung
aufeinanderfolgender Emissionsplatten oder bei den mit elektromagnetischer Beschleunigung
arbeitenden Vervielfachern durch die Anordnung von Magnetpolen geschieht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kanal sich etwa in der Bahnrichtung der in
ihn eintretenden Primärelektronen erstreckt und daß das Verhältnis der Länge zur Weite des Kanals derart
groß gewählt ist, daß die mit einer Geschwindigkeitskomponente
senkrecht zur Kanalachse in den Vervielfacher eintretenden Elektronen mindestens
einmal auf die Widerstandsschicht auftreffen.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Vervielfacher eine Vielzahl von zueinander parallel
angeordneten, zu einem Bündel zusammengefaßten Röhren, die alle ein genügend großes Verhältnis von
Länge zur Breite, d. h. der Größenordnung von 10 und mehr, aufweisen. Die Röhren werden an einem
Ende aus einer gemeinsamen Primärelektronenquelle, beispielsweise einer Photokathode, gespeist.
An ihrem anderen Ende führen sie die vervielfachten Teilchen einer gemeinsamen Sammelelektrode, beispielsweise
einem Fluoreszenzschirm, zu.
Eine für gewisse Verwendungszwecke besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß ein
solches Bündel paralleler Röhren aus einem dünnen Plättchen hergestellt wird, das beispielsweise eine
Dicke von 0,3 bis 0,5 mm hat und eine Vielzahl feiner, eng benachbarter Kanäle aufweist, die einen
Durchmesser in der Größenordnung von beispielsweise 25 μ haben und mit Vorteil durch Lichtdruck
hergestellt werden. Eine solche Platte ist zwischen einer Photokathode auf der einen und einem Fluoreszenzschirm
auf der anderen Seite in einer evakuierten Umhüllung eingeschlossen und stellt einen insbesondere
für Fernsehzwecke mit Vorteil verwendbaren Lichtverstärker dar.
Im nachfolgenden werden einige Ausführungsbeispiele des Sekundärelektronenvervielfachers beschrieben:
Es zeigt
F i g. 1 eine schaubildliche Darstellung einer ersten Ausführungsform,
Fig.2 einen Längsschnitt durch die Fig. 1,
F i g. 3 den gleichen Längsschnitt wie Fi g. 2 unter
Einzeichnung der von den Teilchen beschriebenen Bahnen,
Fig.4 eine schaubildliche Darstellung eines Vervielfachers
mit einer Vielzahl von Kanälen,
F i g. 5 eine Draufsicht auf eine mit Bohrungen versehene Platte, welche als Rohrbündel dient,
F i g. 6 einen unter Verwendung der Platte nach F i g. 5 hergestellten Vervielfacher,
F i g. 7 eine vereinfachte Darstellung einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 8 eine ähnliche Darstellung einer weiteren Abwandlungsform.
Der in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Elektronenvervielfacher besteht aus einer evakuierten Hülle 12,
in welcher ein zylindrisches Rohr 14 aus isolierendem Material, beispielsweise aus Glas, eingeschlossen
ist, dessen Innenfläche mit einer Schicht 16 aus einem Stoff belegt ist, der einen hohen Widerstand
aufweist und die Eigenschaft der Sekundäremission besitzt. Die Schicht kann beispielsweise aus Zinkoxyd
oder einer geeigneten Kohlenstoffverbindung bestehen. Die Länge des Rohres 14 muß im Verhältnis
zum Innendurchmesser verhältnismäßig groß sein, beispielsweise mindestens das Zehnfache betragen.
Nahe dem einen Rohrende ist eine Elektronenquelle angeordnet, die hier durch eine Kathode 18
gebildet wird. Nahe dem anderen Ende des Rohres
ίο liegt eine Sammelanode 22. Eine Spannungsquelle 26
liefert der Kathode 18, den beiden Enden der Schicht 16 und der Anode die geeigneten Potentiale, welche
entsprechend -1700, -1500, +1500 und +1700 Volt betragen können.
Auf Grund des großen Widerstandes der Schicht 16 ist der die Schicht entlanglaufende Strom sehr
schwach und erzeugt entlang der Schicht einen gleichförmigen Spannungsgradienten. Daraus ergibt sich
im Inneren des Rohres ein achsenparalleles elek-
ao irisches Feld, das durch die unterbrochenen Linien in der F i g. 2 dargestellt ist.
Die von der Kathode 18 emittierten Elektronen stehen unter dem Einfluß dieses Feldes und dringen
in das Rohr ein. Diese Elektronen werden bei ihrem Austritt mit irgendeiner Anfangsgeschwindigkeit
erregt, die im Durchschnitt eine gewisse, senkrecht zur Feldrichtung liegende Komponente aufweist.
Unter der Wirkung des Feldes erhalten sie eine resultierende Geschwindigkeit, die auf Grund der anfängliehen
Querkomponente nicht parallel zur Rohrachse liegt, so daß die Mehrzahl der Elektronen
Bahnen beschreiben, die, wie bei 28 und 30 in Fig.3 dargestellt ist, sie dazu bringen, daß sie ein oder
mehrere Male auf die sekundäremittierende Fläche 16 auftreffen. Bei jedem Aufprall auf dieser Fläche
werden mehrere Sekundärelektronen in der bekannten Weise emittiert.
Die Berechnungen und Beobachtungen haben gezeigt, daß es unter der Voraussetzung einer
geeigneten Wahl der geometrischen und elektrischen Verhältnisse der Anlage möglich ist, eine beträchtliche
Vervielfachung der Elektronen zu erzielen. Es ist zu beachten, daß, um die Wahrscheinlichkeit für
das Auftreffen der Primärelektronen auf die Rohrwandung und die Zahl dieser Treffer zu erhöhen, es
sich empfiehlt, einesteils für das Rohr das Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser zu vergrößern und
anderenteils das beschleunigende elektrische Feld zu verringern.
Damit wird eine beträchtliche Vervielfacherwirkung erzielt, ohne daß umfangreiche Mittel eingesetzt
zu werden brauchten, mit denen ein senkrecht zur Vervielfacherfläche gerichtetes Feld erzeugt wird.
Diese Wirkung wird einzig dadurch erzielt, daß der statische Charakter der Anfangsgeschwindigkeit der
Primärteilchen ausgenutzt wird. Gleichzeitig wird dabei die empfindliche Regelung für die erforderliche
Feineinstellung oder Fokussierung gespart, die in den bekannten Vorrichtungen benötigt wird. Die
einzig bedeutende Regelung besteht in der Vorrichtung in der Parallelisierung zwischen der Richtung
des elektronischen Feldes und der Rohrachse. Diese Regelung ist erforderlich, um dafür zu sorgen, daß
die gegen die Vervielfacherfläche gerichtete Komponente des Feldes, welche sonst die Sekundäremission
erzeugt hat, praktisch gleich Null wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann eine größere Zahl der eben beschriebenen Rohre parallel
zu einem Bündel zusammengefaßt werden, wie in der F i g. 4 bei 70 dargestellt ist. Ein auf einer Photokathode
74 erzeugtes Bild 72 von nur schwacher Helligkeit verursacht die Abgabe von Photoelektronen,
welche in die verschiedenen Vervielfacherrohre des Bündels 70 eindringen und auf einer als
Bildschirm ausgebildeten Anode 78 am Ausgang des Bündels ein Bild 76 mit vergrößerter Lichtstärke
erzeugen.
Eine Abwandlungsmöglichkeit, welche auf Grund ihrer geringen Längserstreckung besonders vorteilhaft
ist, ist in den Fig.5 und 6 dargestellt. Das Rohrbündel wird in diesem Falle aus einer Platte
100 gebildet, die aus einem Widerstandsmaterial besteht, beispielsweise aus Glas, das mit einer
emittierenden Masse belegt ist und eine große Zahl von Löchern 102 mit geringem Durchmesser aufweist,
die z. B. mittels Photogravüre hergestellt sein können. Die Platte kann eine Dicke von etwa 0,3
bis 0,5 mm und die Löcher jeweils einen Durchmesser von etwa 25 Mikron haben. Die beiden
Außenflächen der Platte tragen jeweils eine leitende Schicht 104, z. B. aus Silber, die jedoch nicht die
Löcher 102 überdeckt. Diese Platte wird in einer verschlossenen Röhre zusammen mit einer Photokathode
106 auf der einen Seite und einem Bildschirm 108 auf der anderen Seite angeordnet und die
Vorrichtung so mit einer Spannungsquelle 110 verbunden, daß z. B. an der Photokathode 106
-400OVoIt, an den beiden Elektroden der Platte
-350 und -500VoIt und am Schirm 108 eine
Spannung von 0 Volt liegt. Ein auf der Photokathode erzeugtes leuchtendes Bild verursacht dann
ein verstärktes Bild auf dem Schirm 108. Die damit gebildete Vorrichtung ist besonders für Fernsehzwecke
vorteilhaft.
Die Fig.7 und 8 zeigen weitere Abwandlungsmöglichkeiten. In der Fig.7 besteht der Vervielfacher
aus zwei parallelen Platten 50 und 52, deren Abstand voneinander im Vergleich zu ihrer Länge
gering ist. Die Breite der Platten ist groß genug gewählt, um einen Verlust an Elektronen an den
Seiten zu vermeiden. Die Platten sind auf ihren gegeneinandergekehrten Flächen mit emittierenden
Widerstandsschichten belegt.
Die Vorrichtung nach der Fig. 8 enthält zwei zylindrische koaxiale Rohre 60 und 62, wobei die
Enden des inneren Rohres 62 verschlossen sind. Die Innenfläche des Rohres 60 und die Außenfläche des
Rohres 62 sind jeweils mit einer emittierenden Widerstandsschicht belegt, deren Enden an die beispielsweise
aus Silber bestehenden leitenden Schichten 64, 65 auf den Endkanten der beiden Rohre
angeschlossen sind. In einer gewissen Entfernung von den Enden des aus den beiden Rohren gebildeten
Bauteils sind eine Photdkathode 70 oder eine andere Primärteilchenquelle und eine Anode 72
angeordnet. Das ganze ist in einer evakuierten Hülle eingeschlossen. Eine Spannungsquelle ist mit der
Kathode 70, den Elektroden 64 und 65 an den beiden Enden und der Anode 72 verbunden, wodurch diese
Teile auf einem Potential liegen, welches beispielsweise gleich demjenigen an den entsprechenden
Stellen der Ausführungsform nach F i g. 1 bis 3 sein kann. Diese Abwandlungsform gewinnt dadurch für
verschiedene Aufgaben eine Bedeutung, daß sie ermöglicht, die Vervielfacherfläche zu vergrößern,
ohne dabei das Verhältnis zwischen der Länge und der Breite des Teilchenweges zu verringern, da dieses
Verhältnis verhältnismäßig groß sein muß.
Claims (9)
1. Sekundärelektronenvervielfacher mit einem geradlinig verlaufenden Kanal, dessen Innenfläche
mit einer sekundäremittierenden Widerstandsschicht belegt ist, an die zur Erzeugung
eines parallel zur Kanalachse verlaufenden elektrischen Feldes eine Spannung angelegt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal sich etwa in der Bahnrichtung der in ihn eintretenden
Primärelektronen erstreckt und daß das Verhältnis der Länge zur Weite des Kanals derart
groß gewählt ist, daß die mit einer Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Kanalachse in
den Vervielfacher eintretenden Elektronen mindestens einmal auf die Widerstandsschicht
auf treffen.
2. Vervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal das Innere eines
Rohres(14) ist (Fig. 1).
3. Vervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal der Zwischenraum
zwischen zwei koaxial angeordneten Rohren (60, 62) ist, von denen wenigstens eines auf der
zum Zwischenraum gerichteten Fläche mit der sekundäremittierenden Schicht (66, 68) belegt
ist (Fig. 8).
4. Vervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal der Zwischenraum
zwischen zwei Platten (50, 52) ist, von denen wenigstens eine auf ihrer zu der anderen
Platte gerichteten Oberfläche mit der sekundäremittierenden Schicht belegt ist (Fig. 7).
5. Vervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl eng benachbarter
paralleler Kanäle (70, 102) vorgesehen sind, denen an einem Ende eine gemeinsame
Primärelektronenquelle (74, 106) und am anderen Ende eine gemeinsame Sammeifläche (78, 108)
zugeordnet sind (F i g. 4 bis 6).
6. Vervielfacher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl eng benachbarter
paralleler Kanäle sehr kleine Löcher in einer verhältnismäßig dünnen Platte (100) sind,
die insbesondere durch Ätzen hergestellt sind.
7. Vervielfacher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame
Sammelfläche (78, 108) ein Fluoreszenzschirm ist, der parallel zu und dicht an einem Ende aller
Kanäle (70, 102) angeordnet ist.
8. Vervielfacher nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame
Primärelektronenquelle eine Photokathode (74, 106) ist, die parallel zu und dicht an einem
Ende aller Kanäle (70, 102) angeordnet ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1089 895;
schweizerische Patentschriften Nr. 192 229,
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1089 895;
schweizerische Patentschriften Nr. 192 229,
234444; Zeitschrift »Fernsehen und Tonfilm«, September
1939, H.
9, S. 65 bis 68.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
509 627/242 7.65 © Bundesdruckerei Berlin
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DEB62285A DE1197179B (de) | 1960-04-20 | 1961-04-26 | Sekundaerelektronenvervielfacher |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US23574A US3128408A (en) | 1958-09-02 | 1960-04-20 | Electron multiplier |
DEB62285A DE1197179B (de) | 1960-04-20 | 1961-04-26 | Sekundaerelektronenvervielfacher |
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US116189A US3343025A (en) | 1961-06-09 | 1961-06-09 | Electron multiplier array for image intensifier tubes |
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US13233461A | 1961-08-18 | 1961-08-18 |
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Family Applications (1)
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DE (1) | DE1197179B (de) |
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-
1961
- 1961-04-26 DE DEB62285A patent/DE1197179B/de active Pending
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