DE1214808B - Electron optics for an electron tube with a large photocathode - Google Patents
Electron optics for an electron tube with a large photocathodeInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES mjtVm PATENTAMT FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN mjtVm PATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. α.:Int. α .:
HOIjHOIj
Deutsche Kl.: 21g-29/20German class: 21g-29/20
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Auslegetag:Number:
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9. Februar 1960
21. April 1966February 9, 1960
April 21, 1966
Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenoptik für eine Elektronenröhre mit großflächiger Photokathode, insbesondere Photovervielf acherröhre, die aus mindestens zwei koaxial angeordneten Elektroden besteht und die die Elektronen auf eine Auffangelektrode fokussiert.The invention relates to electron optics for an electron tube with a large area Photocathode, in particular photomultiplier tube, consisting of at least two coaxially arranged electrodes and which focuses the electrons on a collecting electrode.
Es sind Röhren mit einer Elektronenoptik dieser Art bekannt, die wenigstens zwei Elektroden enthalten. Zum Beispiel kann eine Triodenoptik nacheinander bestehen aus der Photokathode, einer im wesentlichen zylinderförmigen und konzentrisch mit der Photokathode angebrachten Fokussierelektrode und einer Saugelektrode etwa in der Form eines abgestumpften Kegels, wobei der Aufbau und die Potentiale dieser Optik derart gewählt sind, daß die von der Oberfläche eines steuerbaren Teiles der Photokathode emittierten Photoelektronen unter der Einwirkung eines nahezu gleichmäßigen Feldes von diesem Teil weggesaugt und auf den Eingang eines Vervielfachers konzentriert werden.Tubes with electron optics of this type are known which contain at least two electrodes. For example, triode optics can consist of the photocathode, one im essentially cylindrical and concentrically attached to the photocathode focusing electrode and a suction electrode approximately in the shape of a truncated cone, the structure and the Potentials of this optics are chosen such that the surface of a controllable part of the Photocathode emitted photoelectrons under the action of an almost uniform field of sucked away from this part and concentrated on the input of a multiplier.
Weiterhin sind Photovervielfacherröhren bekannt mit einer großflächigen Photokathode, mit einem mehrere Dynoden umfassenden Elektronenvervielfachersystem, in dem die erste Dynode eine im Vergleich zu der Photokathode kleine Abmessung aufweist, und mit einer Elektronenoptik, die aus mindestens zwei elektrisch voneinander unabhängigen, koaxial angeordneten Elektroden mit je einer Elektronen-Durchtrittsöffnung besteht, wobei die der Photokathode am nächsten liegende Elektrode als Beschleunigungselektrode dient.Furthermore, photomultiplier tubes are known with a large-area photocathode, with a electron multiplier system comprising several dynodes, in which the first dynode is compared to one to the photocathode has small dimensions, and with electron optics consisting of at least two electrically independent, coaxially arranged electrodes, each with an electron passage opening with the electrode closest to the photocathode serving as the accelerating electrode.
In der Praxis wurde festgestellt, daß, wenn derartige Photovervielfacher bei einer Photokathode mit einem nutzbaren Durchmesser von 40 mm befriedigend arbeiten, dies nicht mehr der Fall ist, wenn dieser Durchmesser größer, z.B. 110mm, gewählt wird, da bei gleichen Potentialen die Felder in umgekehrtem Verhältnis zur Vergrößerung abnehmen. Will man einen hohen Wert für das Saugfeld beibehalten, so muß man also die Potentiale verhältnismäßig erhöhen, was in einem viel zu hohen zahlenmäßigen Wert für das Potential der ersten Dynode resultiert. Die auftreffenden Elektronen haben dann eine viel zu große Geschwindigkeit.In practice it has been found that when using such a photomultiplier with a photocathode a usable diameter of 40 mm work satisfactorily, this is no longer the case if this diameter is chosen to be larger, e.g. 110mm, since the fields are reversed at the same potentials Decrease in proportion to magnification. If you want to keep a high value for the suction field, so one must increase the potentials proportionally, which in a much too high numerical way Value for the potential of the first dynode results. The impinging electrons then have too great a speed.
Bei einer Elektronenoptik der eingangs erwähnten Art wird dieser Nachteil vermieden, wenn gemäß
der Erfindung zwischen der auf hohem Potential liegenden Elektrode und der Auffangelektrode eine
auf niedrigerem Potential als die Elektrode liegende Verzögerungselektrode angeordnet ist. Dabei wird
auch die Abweichung in der Laufzeit längs der axial und an der Außenseite laufenden Bahnen innerhalb
Elektronenoptik für eine Elektronenröhre mit
großflächiger PhotokathodeIn the case of electron optics of the type mentioned at the outset, this disadvantage is avoided if, according to the invention, a delay electrode which is at a lower potential than the electrode is arranged between the electrode which is at high potential and the collecting electrode. The deviation in the transit time along the axially and on the outside running paths within electron optics for an electron tube is also included
large area photocathode
Anmelder:Applicant:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)NV Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Netherlands)
Vertreter:Representative:
Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,Dr. rer. nat. P. Roßbach, patent attorney,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7Hamburg 1, Mönckebergstr. 7th
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Georges Pietri,Georges Pietri,
Bellevue, Seine-et-Oise (Frankreich)Bellevue, Seine-et-Oise (France)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Frankreich vom 11. Februar 1959 (786 339)France of February 11, 1959 (786 339)
zulässiger Grenzen gehalten, und es treten auch nur geringe Schwankungen in den Laufzeiten auf (die mit der Verteilung der Anfangsgeschwindigkeiten zusammenhängen). admissible limits, and there are only slight fluctuations in the running times (the are related to the distribution of the initial speeds).
So ist es möglich, die Auffangelektrode auf ein Potential zu bringen, welches gleich oder nahezu gleich demjenigen der Verzögerungselektrode ist; hinter dieser Elektrode befinden sich die Photoelektronen dann in einem Feld, das praktisch gleich Null ist. Somit kann für das Potential der Auffangelektrode, z. B. der ersten Dynode eines Photovervielfachersystems, ein zulässiger Wert gewählt werden, obwohl zum Auslösen der Photoelektronen von der Photokathode die erwähnte Elektrode mit sehr hohem positivem Potential zur Verfügung steht.In this way it is possible to bring the collecting electrode to a potential which is the same or almost the same is equal to that of the delay electrode; behind this electrode are the photoelectrons then in a field that is practically zero. Thus, for the potential of the collecting electrode, z. B. the first dynode of a photomultiplier system, a permissible value can be selected, although to release the photoelectrons from the photocathode the mentioned electrode with very high positive potential is available.
Vorzugsweise hat die Verzögerungselektrode die Gestalt eines Schirmes, der die auf hohem Potential liegende Elektrode umgibt und der eine axiale Öffnung hat, die einen viel kleineren Durchmesser hat als der Ausgangsdurchmesser der erwähnten Elektrode, und die Verzögerungselektrode ist derart angeordnet, daß sich die erwähnte Öffnung praktisch inPreferably, the delay electrode is in the form of a screen which is at high potential surrounding electrode and which has an axial opening that has a much smaller diameter than the starting diameter of the mentioned electrode, and the deceleration electrode is arranged in such a way that the mentioned opening is practically in
so der Nähe des Fokussierpunktes der Photoelektronen zwischen der auf hohem Potential liegenden Elektrode und der Auffangelektrode befindet.so near the focussing point of the photoelectrons between the electrode which is at high potential and the collecting electrode.
609 559/32a609 559 / 32a
Es sei bemerkt, daß eine Anordnung zur Beseitigung der Abbildungsunschärfe bei Kathodenstrahlröhren mit Nachbeschleunigungsgittern bekannt ist, bei der zwischen einem auf positivem Potential liegenden Gitter und der auf sehr viel höherem positivem Potential liegenden Auffangelektrode ein weiteres gegenüber dem ersten Gitter auf negativerem Potential liegendes Gitter angeordnet ist, um die an den Gittern auftretenden Sekundärelektronen abzuleiten. Eine Verminderung der Auftreffgeschwindigkeit auf die Auftreffelektrode ergibt sich dabei nicht.It should be noted that an arrangement for eliminating the image blurring in cathode ray tubes with post-acceleration grids is known, the one between a grid lying on positive potential and that on a much higher positive one A further collecting electrode that is at potential is more negative than the first grid Lattice potential is arranged in order to dissipate the secondary electrons occurring at the grids. There is no reduction in the speed of impingement on the impingement electrode.
Die beschriebene Einrichtung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel einer Elektronenoptik schematisch dargestellt ist.The device described is explained in more detail with reference to the drawing, in which an exemplary embodiment of electron optics is shown schematically is.
Diese Elektronenoptik basiert auf einer beschleunigend wirkenden Elektrode F3 mit sehr hohem Potential (z.B. 1500V), wodurch das Saugfeld an der Oberfläche der Photokathode C beträchtlich erhöht ist und zu dieser senkrecht steht, so daß wenig- so stens die dieser Oberfläche am nächsten laufenden Äquipotentiallinien praktisch parallel zu dieser Fläche laufen.These electron optics are based on an accelerating electrode F 3 with a very high potential (e.g. 1500V), whereby the suction field on the surface of the photocathode C is considerably increased and is perpendicular to it, so that at least the equipotential lines closest to this surface run practically parallel to this surface.
Hierdurch werden die Photoelektronen stark beschleunigt und könnten mit zu großer Geschwindigkeit auf die Auffangelektrode A4, die erste Dynode eines Photovervielfachers, auftreffen, so daß letztere nicht unter optimalen Verhältnissen wirksam wäre. Daher ist die Elektrode F2 mit einem niedrigeren Potential (500 V) als dem der vorhergehenden Elektrode angebracht, die einen hinter der Elektrode F3 scheiben- oder schirmartig umgebogenen Rand F2 b aufweist, so daß die Elektrode als Verzögerungselektrode wirksam ist und die Photoelektronen abbremst, welche durch die aus dem Teil F2 & bestehende Blende mit kleinerem Öfmungsdurchmesser als dem der Elektrode F3 hindurchtreten. Das Potential der ersten Dynode A4 kann also gleich oder nahezu gleich demjenigen der Elektroden F2 sein.As a result, the photoelectrons are greatly accelerated and could hit the collecting electrode A 4 , the first dynode of a photomultiplier, at too great a speed, so that the latter would not be effective under optimal conditions. Therefore, the electrode F 2 is attached with a lower potential (500 V) than that of the preceding electrode, which has a disc-like or umbrella-like edge F 2 b bent behind the electrode F 3 , so that the electrode acts as a delay electrode and the photoelectrons decelerates, which pass through the aperture consisting of the part F 2 & with a smaller opening diameter than that of the electrode F 3 . The potential of the first dynode A 4 can therefore be equal to or almost equal to that of the electrodes F 2 .
Der vordere Teil F2 a der Elektrode F2 ragt vorzugsweise nach vorn an der Elektrode F3 vorbei und ist etwas breiter, so daß, wenn die Photokathode C, wie üblich, mit einer zylinderförmigen Fokussierelektrode F1 versehen ist, welche gegenüber der Photokathode, z. B. auf +200V gebracht ist, der Teil F20 der Elektrode F2 die Funktion einer Beschleunigungs- und Fokussierelektrode erfüllt, durch welche die Gestalt der Äquipotentiallinien beeinflußt werden kann. Diese Linien, die je einem bestimmten Potential entsprechen, welches in der Zeichnung als Funktion der an die Elektroden gelegten Spannungen dargestellt ist, sind gestrichelt dargestellt. Wie ersichtlich, ist die Optik nach der Erfindung zwei Linsen gleichwertig; die erste ist konvergierend und die zweite divergierend. Auch sieht man eine mit F3 ein Ganzes bildende innere Blende F3 a, welche dazu dient, dem Feld den gegeigneten Verlauf zu geben.The front part F 2 a of the electrode F 2 protrudes forward past the electrode F 3 and is slightly wider, so that when the photocathode C, as usual, is provided with a cylindrical focusing electrode F 1 , which opposite the photocathode, z. B. is brought to + 200V, the part F 20 of the electrode F 2 fulfills the function of an accelerating and focusing electrode, through which the shape of the equipotential lines can be influenced. These lines, which each correspond to a specific potential, which is shown in the drawing as a function of the voltages applied to the electrodes, are shown in dashed lines. As can be seen, the optics according to the invention are equivalent to two lenses; the first is converging and the second is diverging. One also sees an inner screen F 3 a , which forms a whole with F 3 , which serves to give the field the appropriate course.
Auf die erste Dynode A4 folgend sind die drei aufeinanderfolgenden Dynoden A5, Ae, A1 dargestellt, worauf jede gewünschte Zahl ähnlicher Stufen folgen kann.Following the first dynode A 4 , the three successive dynodes A 5 , A e , A 1 are shown, which can be followed by any desired number of similar stages.
Jede Elektrode F1, F2, F3, A4, A5, A6, A7 ist (hier schematisch) mit einer durch eine entsprechende Ziffer angedeuteten Anschlußklemme P zum Anlegen der erforderlichen Spannung (P1: 200 V, P2: 500 V, P3:1500 V, P4:500 V) verbunden. ; Each electrode F 1 , F 2 , F 3 , A 4 , A 5 , A 6 , A 7 is (here schematically) with a connection terminal P indicated by a corresponding number for applying the required voltage (P 1 : 200 V, P 2 : 500 V, P 3 : 1500 V, P 4 : 500 V). ;
Die Teile F20 und F2 b sind in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie verbunden, um anzudeuten, daß sie gegebenenfalls auch getrennt sein und gegebenenfalls auf verschiedene Potentiale gebracht werden können. In diesem Falle müßte der Teil F20 mit einer besonderen Klemme (nicht dargestellt) verbunden werden.The parts F 20 and F 2 b are connected in the drawing by a dashed line to indicate that they can optionally also be separated and possibly brought to different potentials. In this case, the part F 20 would have to be connected to a special clamp (not shown).
Es ist nicht durchaus notwendig, die Photoelektronen mittels eines Vervielfachersystems abzufangen; dieses System könnte gegebenenfalls durch eine normale Anode ersetzt werden.It is not absolutely necessary to intercept the photoelectrons with a multiplier system; this system could optionally be replaced by a normal anode.
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