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Pendelvervielfacher mit zwei einander gegenüberliegenden Prallelektroden
Bei den Sekundärelektronenvervielfachern werden zwei Hauptgruppen unterschieden.
Die statischen Vervielfacher sind durch eine Mehrzahl von Prallelektroden gekennzeichnet,
die an zeitlich konstanten und von Stufe zu Stufe zunehmenden Potentialen liegen.
Jedes einfallende Elektron wird in jeder Stufe nur einmal vervielfacht. Die dynamischen
Vervielfacher haben dagegen in der Regel nur eine oder zwei Prallelektroden. Sie
werden mit einer Wechselspannung betrieben, und zwar derart, daß an einer und derselben
Prallelektrode, die längs ihrer Oberfläche in jedem Augenblick dasselbe Potential
aufweist, jedes Elektron mehrmals vervielfacht wird.
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Die Erfindung betrifft in gewissem Sinne einen Zwischentyp zwischen
den beiden erwähnten Arten. Die im folgenden beschriebene Anordnung ist insofern
ein Pendelvervielfacher, als sie mit nur zwei Prallelektroden arbeitet, an denen
eine Wechselspannung liegt. Sie hat jedoch mit den bekannten Reihenvervielfachern
gemein, daß die Elektronen nach jedem Aufprall von neuem konzentriert werden und
die Anordnung in einer genau vorgeschriebenen Richtung durchlaufen. Während bei
einem normalen Pendelvervielfacher die Entladung diffus vor sich geht und praktisch
den ganzen Entladungsraum ausfüllt, bewegen sich die Elektronen bei der Anordnung
nach der Erfindung in. genau definierten Bahnen. Sie laufen auf einem vorgeschriebenen
Wege der Länge nach durch die Anordnung hindurch. Es wird dadurch erreicht, daß
die maximal auftretende Stromdichte wie bei einem Reihenvervielfacher nur durch
die von der letzten Prallfläche herrührenden Elektronen bestimmt wird, da eine Überlagerung
mit den Elektronen, die von früheren Prallvorgängen herrühren, nicht möglich ist.
Infolgedessen können manche Schwierigkeiten, z. B. die bei normalen Pendelvervielfachern
vorhandene Schwingneigung, beseitigt werden. Ferner wird es möglich, einen gut gebündelten
Ausgangsstrom zu erhalten, der
auf eine verhältnismäßig kleine Anode
gerichtet oder durch eine Blende weitergeleitet werden kann.
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Es ist bereits ein Sprungbogenvervielfacher bekannt, bei dem die Prallelektroden
in einer Ebene nebeneinanderliegen und abwechselnd an den einen und den anderen
Pol einer Wechselspannungsquelle angeschlossen sind. Demgegenüber ist es für den
Erfindungsgegenstand cha-; rakteristisch, daß die Führung der Elektronen ohne ein
Magnetfeld allein durch das den Prallelektroden entstammende, den Raum zwischen
ihnen ausfüllende Feld bewirkt wird. Es sind also auch keine zusätzlichen Führungselektroden
erforderlich.
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Bei einem Pendelvervielfacher mit zwei einander gegenüberliegenden
Prallelektroden, die im Betrieb an eine Wechselspannung angeschlossen werden, bestehen
nach der Erfindung die Prallelektroden aus je einer Folge von aneinander anschließenden,
zusammenhängenden und derart schaufelförmig gebogenen Teilen, daß jeder Teil die
an ihm ausgelösten Elektronen auf den nächstfolgenden Teil der gegenüberliegenden
Prallelektrode bündelt. Außerdem sind normalerweise eine Auffangelektrode und gegebenenfalls
eine Primärelektronenquelle vorgesehen. Jedes der gebogenen Prallelemente bewirkt
in der einen Phase der an die Elektroden angelegten Wechselspannung eine Konzentration
der Elektronen auf das nächstfolgende Element. Es besteht in dieser Hinsicht eine
gewisse Ähnlichkeit mit bekannten statischen Vervielfachern; als wesentlicher Unterschied
ist allerdings zu berücksichtigen, daß bei diesen jeder Prallfläche eine auf niedrigerem
und eine auf höherem Potential liegende Prallelektrode gegenüberstehen. Im vorliegenden
Fall dagegen haben sämtliche einer Prallfläche gegenüberliegenden Prallflächen stets
unter sich dasselbe Potential, und es wird trotzdem durch die Formgebung der Prallflächen
nach der Erfindung ein solcher Feldverlauf hergestellt, daß die Elektronen notwendig
den vorgeschriebenen Weg zum nächstfolgenden Prallelement gehen müssen und nicht
zurückfallen können. Bei der bekannten statischen Anordnung liegt in der Längsrichtung
des Entladungsraumes ein kontinuierlicher Potentialanstieg vor, durch den das stufenweise
Fortschreiten der Entladung erreicht wird. Beim Erfindungsgegenstand aber besteht,
im ganzen gesehen, in der Längsrichtung der Anordnung keine Potentialdifferenz,
sondern es liegt nur ein Querfeld zwischen den beiden einander gegenüberliegenden
Prallelektroden vor. Greift *nan sich einen bestimmten Betriebszustand heraus, so
durchziehen die Äquipotentialflächen zwischen den Prallflächen stets den gesamten
Entladungsraum in seiner ganzen Länge.
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Die Wölbung der Prallflächenteile wird vorzugsweise so gewählt, daß
der größere Teil der Fläche, und zwar der, auf dem die Elektronen ausgelöst werden,
eine verhältnismäßig geringe Krümmung aufweist, deren Mittelpunkt etwa im Bereich
der emittierenden Fläche des nächstfolgenden Prallelektrodenteils liegt. An diesen
Teil schließt sich in Richtung der fortschreitenden Entladung ein stärker gekrümmter
Teil an, der unmittelbar in den flach gewölbten Teildes nächsten Prallelements derselben
Elektrode übergeht. Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß nur flach
gewölbte, insbesondere als zylindrische Segmente ausgebildete und einander überlappende
Teile vorhanden sind. Die Prallflächen können zum Teil auch aus ebenen Flächenstücken
bestehen.
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Die Zeichnung zeigt einige Ausführungsbeispiele nach der Erfindung.
Fig. i stellt einen Teil einer Röhre mit Potentialflächen dar, Fig.2 eine vollständige
Röhre mit abgeänderten, aus Zylinderabschnitten bestehenden Prallelektroden und
der entsprechenden Schaltung. Fig. 3 zeigt einen Weg zur Herstellung der Prallelektroden,
Fig. 4. zwei Spannungskurven.
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In den Röhren = der Fig. i und 2 befinden sich die Prallelektroden
2 und 3. Die Anordnung der Fig. 2 enthält außerdem ein Schirmgitter 4, eine Prallplatte
5 und eine gitterförmige Auffangelektrode (Anode) 6. Bei Fig. i werden die Elektronen
am rechten Ende der Prallelektrode2 durch Belichtung (Pfeile io) ausgelöst, während
die Röhre der Fig.2 ein wehneltgesteuertes Strahlerzeugungssystem ii enthält, dem
bei 12 die zu verstärkende Eingangsspannung zugeführt wird. Die Elektroden 2 und
3 liegen an einer Wechselspannungsquelle 7, deren Mittelpunkt an konstantem und
gegenüber der Kathode positivem Potential liegt. Schirmgitter 4, Prallplatte 5 und
Anode 6 weisen jeweils höhere, zeitlich konstante positive Potentiale auf und sind
zu diesem Zweck an einen Spannungsteiler 8 angeschlossen. g ist der Arbeitswiderstand.
Die Verhältnisse sind so gewählt, daß das Schirmgitter stets positiv gegen beide
Prallelektroden 2 und 3 ist.
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Es stellt sich dann in einem bestimmten Augenblick, in dem z. B. die
Prallelektrode 3 positiv gegen 2 sein möge, eine Potentialverteilung ein, wie sie
in die Fig. i eingezeichnet ist. Gestrichelt sind die Elektronenbahnen angedeutet,
aus denen ersichtlich ist, daß von allen Prallflächenteilen der Elektrode 2 Elektronen
auf die Flächenteile der Elektrode 3 übergehen können. Die Periöde der angelegten
Wechselspannung ist so gewählt, daß die Laufzeit der Elektronen zwischen zwei einander
schräg gegenüberliegenden Prallflächen etwa gleich der Dauer einer halben Wechselspannungsperiode
ist. In der nächsten Phase liegen also genau umgekehrte Verhältnisse vor, so daß
nunmehr
die Elektronen von den Flächenteilen der Elektrode 3 zu denen der Elektrode 2 laufen
können, jedoch dabei alle um eine Stufe weiterrücken. Der verstärkte Strom wird
schließlich durch das weitmaschige Schirmgitter 4 abgesaugt und durch die ebenfalls
weitmaschige Anode 6, deren Drähte zweckmäßig auf die Drähte des Schirmgitters ausgerichtet
sind, auf die Prallplatte 5 beschleunigt. Hier findet in bekannter Weise noch einmal
eine einstufige statische Vervielfachung statt. Der endgültige Strom wird von der
Anode 6 aufgefangen.
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Bei der Ausführungsform der Fig. x können die-Prallstreifen aus einem
langen Blechstreifen gebogen werden. Dieser kann auch an den mit 13 bezeichneten
Stellen zusammengepreßt werden, so daß er hier zweilagig ist. Eine andere in Fig.
3 gezeigte Form besteht darin, daß schaufelförmige Elemente mit einem kurzen Ansatz
x5 versehen und mittels desselben aneinandergeschweißt werden. Der Entladungsraum
kann seitlich .durch Bleche 14 abgeschlossen werden, wie es in Fig. 2 angedeutet
ist. In diesem Fall empfiehlt es sich, die Breite der Prallstreifen senkrecht zur
Zeichenebene wesentlich größer als die in Richtung der Entladung gemessene Länge
der Schaufelelemente zu machen. Die seitlichen Bleche 14 können unmittelbar an den
Prallflächen befestigt werden und mit ihnen auf gleichem Potential liegen.
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Es ist ferner möglich, die Anordnung rotationssymmetrisch auszubilden,
z. B. indem man einen Drehkörper um eine waagerechte, außerhalb der Elektrodenanordnung
liegende oder eine senkrechte, rechts der Anordnung verlaufende Achse -herstellt.
Schließlich ist es grundsätzlich auch möglich, die Anordnung in Form eines geschlossenen
Ringes auszubilden, so daß die vervielfachten Elektronen die Anordnung wieder von
vorn durchlaufen können. Eine solche Anordnung kann -unter Umständen zur Erzielung
einer konstanten hohen Emission bzw. einer Folge von Impulsen gleicher Höhe benutzt
werden. Zur linearen Verstärkung zeitlich schwankender Signale ist sie in der Regel
weniger geeignet, da sie sich zu einem Sättigungswert aufzuschaukeln neigt.
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Um die Elektronen bei jedem Prallvorgang von vornherein möglichst
gut zu bündeln und den Einfluß einer etwaigen Ablenkung auf ihrem weiteren Bahnverlauf
klein zu halten, kann es vorteilhaft sein, eine Wechselspannung zu verwenden, die
vom Nullwert jeweils möglichst steil zum Scheitelwert ansteigt. Es können z. B.
Rechteckkurven oder Sägezahnkurven nach Art der in Fig. 4 gezeigten Formen verwendet
werden.