DE1940285C3 - Elektronenvervielfacher - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektronenvervielfacher, bei dem die emittierten Sekundärelektronen unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes, das von der Potentialdifferenz zwischen der sekundäremittierenden Fläche und einem Reflektor heirührt, wieder zurück auf die sekundäremittierende Fläche auftreffen.

Es ist bereits ein derartiger Elektronenvervielfacher bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 270 697), bei dem sowohl der Reflektor als auch die sekundäremittierende Fläche mit ihren Enden an die gleiche Spannungsquelle angeschlossen sind. Die Potentialdifferenz zwischen der sekundäremittierenden Fläche und dem Reflektor wird dadurch erreicht, daß diese derart gegeneinander parallel verschoben sind, daß das Ende des Reflektors, an dem der negative Po! der Spannungsquelle liegt, der sekundäremittierenden Fläche gegenübersteht, während das Ende des Reflektors, an dem der positive Pol der Spannungsquelle liegt,. über die sekundäremittierende Fläche hinausragt. Dadurch wird erreicht, daß einem ein bestimmtes Potential aufweisenden Punkt der emittierenden Fläche ein Punkt des Reflektors gegenübersteht, dessen Potential negativer ist.

Die Potentialdifferenz zwischen zwei sich auf den beiden durch die emittierende Fläche und den Reflektor gebildeten Elektroden befindenden Punkten entspricht genau der Größe der Parallelverschiebung der beiden Elektroden gegeneinander. Damit ist diese Potentialdifferenz stets ein bestimmter Bruchteil der an den Enden der Elektroden anliegenden Spannung. Wenn man von einer bestimmten (üblicherweise relativ geringen) Energie eines Primärelektrons ausgeht, wird daher die Bahn dieses Elektrons stets annähernd die gleiche sein.

Damit besteht keine Möglichkeit, die Häufigkeit des Aufprallens des Primärelektrons auf die emittierende Fläche und damit die Größe der Elektronenvervielfachung zu regeln. Außerdem weist dieser bekannte Elektronenvervielfacher den Nachteil auf, daß nicht die gesamte Elektrodenfläche zur Elektronenvervielfachung genutzt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektronenvervielfacher mit bei gedrängter Bauweise großer sekundäremittiet ender Fläche zu schaffen, bei dem die Größe der Vervielfachung ges'euiTt werden kann.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die sekundäremittierende Fläche auf der Innenseite einer Röhre liegt, in der der als Zylinder gebildete Reflektor koaxial angeordnet ist, und daß an beiden Enden des Reflektors jeweils eine Spannungsquelle mit ihrem Minuspol angeschlossen ist, die mit ihrem Pluspol mit dem jeweils gegenüberliegenden Ende der sekundäremittierenden Fläche verbunden ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Elektronenvervielfacher können die beiden jeweils zwischen den einandei gegenüberliegenden Enden der Elektroden angeschlossenen Spannungsquellen einzeln oder gemeinsam auf einfache Weise (Spannungsteiler) geregelt werden. Damit kann die Potentialdifferenz zwischen einander gegenüberliegenden Punkten der beiden Elektroden unabhängig von der an der emittierenden Fläche liegenden Spannung eingestellt werden. Da somit die Feldstärkenkomponenten senkrecht und parallel zu den Elektroden unabhängig voneinander geregelt werden können, kann die Häufigkeit des Elektronenaufpralls und die Energie der Elektronen und damit die Zahl und Größe der Vervielfachungen geregelt werden. Durch die Möglichkeit, die Bahn der Elektronen zu bestimmen, ist es außerdem möglich, den Ausgangselektronenstrahl in eine bestimmte Richtung zu lenken.

Vorteilhafterweise besteht das Sekundärelektronenemissionsmaterial aus Magnesiumoxyd oder aus Kaliumchlorid. Der zylindrische Reflektor kann auf seiner Außenfläche, die der Innenfläche des sekundärelektronenemittierenden Gliedes zugewandt ist, mit einem einen hohen Widerstand aufweisenden Material überzogen sein. Vorteilhafterweise werden bei dem erfindungsgemäßen Sekundärelektronenvervielfacher die Spannungen derart eingestellt, daß der Winkel der Äquipotentialflächen in bezug auf das sekundärelektronenemittierende Glied im Bereich von 75° liegt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schemattscher Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. I zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnittes des erfindungsgemäßen Sekundär-

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elektronenvervielfachers mit der zugehörigen Schal-' des Ausgangsendes der Sekundärelektronenemis-

tung der Spannungsquellen, und sionsschicht 46 angeordnet. Zwischen die Elektrode

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Sekundärelek- 38 und den Anschluß an der Ausgangsseite der

tronenvervielfachers nach F i g. 1. sekundärelektronenemittierenden Fläche ist eine

Die Arbeitsweise eines Sekundärelektronenverviel- 5 Spannungsquelle 39 geschaltet, um die Elektrode 38 fachers ist folgende: Primärelektronen, die von einer auf einem positiven Potential in bezug auf diesen Primärelektronenquelle zugeführt werden, treffen auf Anschluß zu halten, so daß die Sekundärelektronen, die Sekundärelektronenemissionsschicht, wodurch die abschließend aus der Sekundärelektronenemiseine größere Anzahl von Sekundärelektronen freige- sionsschicht 46 austreten, im wesentlichen vollständig geben wird, als Primärelektronen einfallen. Die frei- io durch die Elektrode 38 aufgefangen werden können, gewordenen Elektronen durchlaufen unter dem Ein- Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Sekundärfluß eines axialen elektrischen Feldes parabolische elektronenvervielfachers werden Elektronen aus Flugbahnen und treffen wieder auf die Oberfläche einer nicht dargestellten Primärelektronenquelle auf einer Sekundärelekironenemissionsschicht auf. Beim die Sekundärelektronenemissionsschicht 46 in der erneuten Auftreffen der Sekundärelektronen auf 15 Nähe des Eingangsendes dieser Sekundärelektronendie Sekundärelektronenemissionsschicht wird eine emissionsschicht durch geeignete Einrichtungen aufgrößere Zahl von anderen Sekundärelektronen frei, treffen gelassen. Beim Auftreffen der Primärelektroals Sekundärelektronen auf d^:;se Schicht aufgetrof- nen wird eine größere Anzahl von Sekundärelektrofen sind, wobei diese freigewordenen Sektmdäreiek- nen als auftreffendc Primärelektronen aus der tronen wieder ähnliche parabolische Flugbahnen 20 Schicht in Freiheit gesetzt und unter dem Einfluß des durchlaufen. Dieser Prozeß wiederholt sich, bis die elektrischen Feldes, das zwischen der Sekundärelekvervielfachte Zahl an Sekundärelektronen von einer tronenemissionsschicht 46 und dem Reflektorzylin-Kollektorelektrode eingefangen wird. der 47 herrscht, zu derselben Sekundärelektronen-

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße emissionsschicht 46 hingezogen, und die Sekundär-

Sekundärelektronenvervielfacher besteht im wesentli- 25 elektronen treffen erneut auf die Fläche 46 auf, wo-

chen aus einem Reflektorzylinder 47 und einer durch tertiäre Elektronen freigegeben werden, die

sekundärelektronenemittierenden Röhre 45, die in gleichfalls auf die Schicht 46 auftreffen gelassen wer-

Abstand koaxial zu dem Reflektorzylinder 47 an- den, wodurch quartäre Elektronen in Freiheit gesetzt

geordnet ist. Die sekundärelektron; remittierende werden. Dieser Vorgang wiederholt sich je nach der

Rohre 45 weist eine Sekundärelektronenemissions- 30 Länge der Sekundärelektronenemissionsschicht 46

schicht 46 auf, die aus einem beliebigen geeigneten und den Bedingungen des elektrischen Feldes meh-

Material, wie etwa Magnesiumoxyd oder Kalium- rere Male.

chlorid bestehen kann, das einen hohen Sekundärelek- Es ist wünschenswert, daß die Beschleunigungs-

tronenemissionsfaktor und einen hohen Widerstand spannung, die an das sich bewegende Sekundärelek-

aufweist. Gegebenenfalls kann die sekundärelektro- 35 tron angelegt wird, das gerade im Begriff ist, auf die

nenemittierende Röhre 45 ganz aus einem solchen Sekundärelektronenemissionsschicht 46 aufzutreffen,

sekundärelektronenemittierenden Material bestehen. wobei diese Spannung als »Landespannung« bezeich-

Äußere Anschlüsse sind mit einander gegenüber- net wird, gleich einer Beschleunigungsspannung ist,

liegenden Enden der Sekundärelektronenemissions- bei der das maximale Sekundärelektronenemissions-

schicht 46 verbunden, um an diese eine Beschleuni- 40 verhältnis erhalten wird.

gungsspannung anzulegen. Eine Spannungsquelle 31 Diese Landespannung, durch die das maximale Seist mit diesen äußeren Anschlüssen verbunden, so kundärelektronenvervielfachungsverhältnis erreicht daß eine Beschleunigungsspannung, die fortschrei- wird, beträgt unter normalen Umständen 100 bis tend in Längsrichtung ansteigt, an die Sekundärelek- 300 Volt. Wenn man annimmt, daß die Spannung tronenemissionsschicht 46 angelegt werden kann. 45 5 Volt beträgt, so liegt der optimale Neigungswinkel

Der Reflektorzylinder 47 enthält vorzugsweise θ opt der Äquipotentialflächen in bezug auf die

eine Schicht aus einem Material mit hohem Wider- Sekundärelektronenemissionsschicht 46 zwischen 55

standswert. In diesem Falle ist diese Schicht im Ge- und 75°. Durch die Ausbildung des Sekundärelek-

gensatz zur Schicht 46 nicht sekundärelektronenemit- tronenvervielfachers in dieser Weise kann ein vergrö-

tierend. In ähnlicher Weise sind äußere Anschlüsse 5° ßerter Multiplikationsfaktor erhalten werden,

an den einander gegenüberliegenden Enden des Re- Gegebenenfalls kann das gesamte sekundärelektro-

flektorzylinders angebracht, um über diese Klemmen nenemittierende Glied 45 aus dem hochwiderstands-

eine Spannung anzulegen. Zwischen den Anschlüssen fähigen, sekundärelektronenemittierenden Material

auf der Eingangsseite des Elektronenvervielfachers bestehen. Auch der zylindrische Reflektor 47 kann

liegt eine Spannungsquelle 36, während zwischen den 55 mit dem hochwiderstandsfähigen Material beschich-

Anschlüssen an der Ausgangsseite des Sekundärelek- tet sein. Da die Sekundärelektronenemissiunsschicht

tronenvervielfachers eine andere Spannungsquelle 37 46 in Form einer Röhre vorliegt, wird ein Strom von

liegt. Die Verbindungen dieser Spannungsquellen 36 Sekundärelektroncn, der vervielfacht und in axialer

und 37 mit den Anschlüssen sind derart gelegt, daß Richtung bewegt wird, unter dem Einfluß des elektri-

die Anschlüsse der Sekundärelektronenemissions- 60 sehen Feldes, das von der Potentialdifferenz zwi-

röhre 45 auf einem höheren Potential als die An- sehen der Sekundärelektronenemissionsschicht 46

Schlüsse des Reflektorzylinders 47 liegen. Diese und dem zylindrischen Reflektor 47 herrührt, zentri-

Spannungsquellen 36 und 37 können vorzugsweise fugal gegen die Sekundärelektronenemissionsschicht

dieselbe Ausgangcjspannung aufweisen, jedoch kön- gerichtet.

nen ebensogut Spannungsquellen mit verschiedenen 65 Die Sekundärelektronenemissionsschicht 46, die in

Ausgangsspannungen verwandt werden. der Form einer Röhre vorliegt, wirkt als Schirm, wo-

Eine Elektrode 38, die zum Sammeln der verviel- bei die Sekundärelektronen im Gegensatz zu einem

fachten Sekundärelektronen dient, ist in der Nähe Sekundärelektronenvervielfacher mit Parallelplatten-

anordnung kaum aus der Röhre heraus gestreut werden. Um den höchstmöglichen Multiplikationsfaktor zu erreichen, sollte der Winkel der Äquipotentialflächen in bezug auf die Sekundärelektronenemissionsschicht 46 auf einen Bereich von 55 bis 75° begrenzt sein. Als Vorteil soll noch angeführt werden, daß die Sekundärelektronenemissionsschicht 46 einen relativ breiten Bereich einnimmt, der zu der Erhöhung de: Multiplikationsfaktors beiträgt, ohne daß dadurcl der kompakte Aufbau des Sekundärelektronenver vielfachers nachteilig beeinflußt würde.

Der erfindungsgemäße Sekundärelektronenverviel fächer ist vorzugsweise bei einem Photovervielfachei verwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektronenvervielfacher, bei dem die emittierten Sekundärelektronen unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes, das von der Potentialdifferenz zwischen der sekundäremittierenden Fläche und einem Reflektor herrührt, wieder zurück auf die sekundäremittierende Fläche auftreffen, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäremittierende Fläche (46) auf der Innenseite einer Röhre (45) liegt, in der der als Zylinder gebildete Reflektor (47) koaxial angeordnet ist, und daß an beiden Enden des Reflektors (47) jeweils eine Spannungsquelle (36, 37) mit ihrem Minuspol angeschlossen ist, die mit ihrem Pluspol mit dem jeweils gegenüberliegenden Ende der sekundäremittierenden Fläche (46) verbunden ist.

2. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärelektronenemissionsmaterial aus Magnesiumoxyd besteht.

3. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärelektronenemissionsmateria] aus Kaliumchlorid besteht.

4. Sekundärelektronenvervielfacher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Reflektor (47) auf seiner Außenfläche, die der Innenflächen der sekundärelektronenemittierenden Röhre (45) zugewandt ist, mit einem einen hohen Widerstand aufweisenden Material überzogen ist.

5. Sekundärelektronenvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Äquipotentialflächen in bezug auf die sekundärelektronenemittierende Röhre (45) im Bereich von 75° liegt.