AT159831B

AT159831B - Entladungsrohr zum Nachweis und/oder zur Messung von Strahlungsenergie.

Info

Publication number: AT159831B
Authority: AT
Inventors: Karl Otto Dr Kiepenheuer
Original assignee: Aeg
Priority date: 1937-03-19
Filing date: 1938-03-17
Publication date: 1940-11-25

Description

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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wand getrennt sind, die für kurzwellige, insbesondere ultraviolette Strahlung durchlässig ist, und auf der dem Zählrohrentladungsraum abgewandten Seite eine in dem spektralen Durchlässigkeitsbereich . der Scheidewand strahlende Fluoreszenzsubstanz (10) trägt (Fig. 2).

3. Zählrohr nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Räume durch eine elek- tronendurchlässige, jedoch für Ionen undurchlässige Scheidewand (19), insbesondere Folie aus Metall, Glas, Glimmer od. dgl., getrennt sind (Fig. 3).

4. Zählrohr nach Anspruch 3 mit einer Scheidewand aus Metall, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallfolie Verwendung findet, die derartig ausgebildet ist, dass sie Elektronen kleiner Geschwindigkeiten (in der Grössenordnung von 10 Volt) durchlässt. EMI4.2 ebenen Photokathode so weit genähert ist, dass die Photoelektronen auf ihrem Wege von der Photokathode der Folie keine Ionen bilden.

R. Zählrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie bei Verwendung einer im sichtbaren Spektralbereich wirksamen Photokathode, z. B. Cäsiumkathode, mit der Wandung des Zählrohres verschmolzen ist.

7. Zählrohr nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass im Zählrohrentladungsraum eine Hilfselektrode (41) vorgesehen ist, die gegenüber der negativen Zählrohrelektrode auf einem derartigen Potential gehalten wird, dass die in der Zählrohrentladung entstandenen Ionen von der Photokathode ferngehalten werden (Fig. 4).

8. Zählrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfselektrode als ein den Zähldraht konzentrisch umgebenes Gitter (41) ausgebildet ist (Fig. 4).

9. Zählrohr nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Aussonderung eines Spektralbereiches aus der auffallenden Gesamtstrahlung für den Nachweis bzw. die Messung ein Bremsfeld vor der Kathode vorgesehen ist, dessen Grösse so gewählt ist, dass nur die durch diesen Spektralbereieh ausgelösten Elektronen das Bremsfeld durchlaufen können. EMI4.3