DE2613116A1

DE2613116A1 - Elektronen-vervielfacher

Info

Publication number: DE2613116A1
Application number: DE19762613116
Authority: DE
Inventors: Jack Sharpe
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1975-04-12
Filing date: 1976-03-25
Publication date: 1976-10-21
Also published as: FR2307370A1; JPS51123554A; FR2307370B3; GB1548560A

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

EMI LIMITED 100/473

Elektronen-Vervielfacher

Die Erfindung betrifft einen Elektronen-Vervielfacher, bei dem in einem evakuierten Kolben ein Dynoden-Elektronen-Vervielfacherelement vorgesehen ist, aus dem beim Auftreffen von Primärelektronen Sekundärelektronen mit wenigstens fünffacher Vervielfältigung ausgelöst werden.

Es sind Elektronen-Vervielfacher vorgeschlagen worden, bei denen ein Kanal-Vervielfacher vorgesehen ist, um beim Auftreffen von Primärelektronen eine Sekundäreraission-Vervielfachung zu bewirken. Ein Kanal-Vervielfacher besitzt einen hohen Gesamtverstärkungsfaktor, da nicht nur beim Auftreffen eines Eingangselektrons auf eine Kanalseitenwand Sekundärelektronen ausgelöst

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werden, sondern die Sekundärelektronen ihrerseits auf die Kanalseitenwand treffen, so daß die Zahl der Sekundärelektronen vermehrt wird. Die Vervielfachung in einem Kanal-Vervielfacher ist bei jedem Auftreffen in der Regel nur zwei- oder dreifach, so daß zahlreiche Treffer erforderlich sind, um die erwünschten Gesamt Vervielfachungsfaktoren im Bereich von 10 bis 10 zu erreichen, und ferner ist das Signal/Rausch-Verhältnis beim Auftreffen einer geringeren Elektronenmenge schlecht.

Es sind auch Elektronen-Vervielfacher bekannt, bei denen Dynoden-Stapel vorgesehen sind. Im Vergleich zum Kanal-Vervielfacher ist der Dynoden-Stapel raumaufwendig, und der zeitliche Abstand der Ausgangsimpulse hängt nur statistisch von dem zeitlichen Abstand der Eingangsimpulse ab, jedoch ist die Empfindlichkeit und das Signal/Rausch-Verhältnis insbesondere besser, wenn nur geringe Elektronenmengen auftreffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektronen-Vervielfacher der eingangs genannten Art zu schaffen, der sich durch ein gutes Signal/Rausch-Verhältnis und einen hohen Vervielfachungsfaktor aus ζ eichnet.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die ausgelösten Sekundärelektronen auf den Eingang eines Kanal-Elektronen-Vervielfachers gerichtet werden, in welchem sie nochmals vervielfacht werden und an einem dem Ausgang benachbarten Kollektor einen Strom in Abhängigkeit von der Menge der auftreffenden Primärelektronen erzeugen.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß das Signal/Rausch-Verhältnis besser als bei Verwendung lediglich eines Kanal-Vervielfachers ist.

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Die erfindungsgemäße Anordnung ist ferner auch bei geringen Mengen von Primärelektronen geeignet. Die Anordnung kann zur Erzeugung der Primärelektronen eine Fotokathode oder eine heizbare Kathode enthalten. Die Anordnung kann ferner in einem Kolben angeordnet sein, der für den Ersatz der Dynode geöffnet und dann erneut unter Anschluß an ein Vakuum-System abgedichtet werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbexspielen näher erläutert. Fig. 1 und 2 zeigen jeweils im Querschnitt erfindungsgemäße Ausführungsformen einer Fotovervielfacher-Röhre.

Die Elektronen-Vervielfacheranordnung ist in einem evakuierten Kolben 10 angeordnet, der einen durchlässigen Teil aufweist, damit Licht oder eine andere Strahlung auf eine Fotokathode 1 fallen kann.

Von der Fotokathode 1 durch die auftreffende Strahlung freigegebene, durch den Pfeil A angedeutete Primärelektronen wandern zu einer Dynode 2, wobei erforderlichenfalls eine Unterstützung durch die Wirkung eines elektrischen Feldes vom Gitter 11 erfolgt. Zwischen den Klemmen 12 und 21 kann ein geeignetes elektrisches Potential angelegt werden, um das elektrische Feld zu erzeugen. Die auf die Dynode 2 auftreffenden Primärelektronen lösen von der Oberfläche des Materials der Dynode Sekundärelektronen aus, deren Zahl größer ist als die Zahl der Primärelektronen. Die in soweit beschriebene Konstruktion ist bekannt. Die Dynode kann aus einem Metall oder aus einer Legierung bestehen, die leicht Sekundärelektronen aussendet, oder sie kann mit einem solchen Metall oder einer Legierung beschichtet sein. Der Kolben kann so ausgebildet werden, daß er geöffnet werden kann, damit

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die Dynode ausgewechselt werden kann und damit ein Wegwerfen der gesamten Röhre vermeidbar ist.

Die Sekundärelektronen werden von der Dynode 2 aufgrund von deren Form und ggfs. durch ein elektrisches Feld zur Eingangsöffnung 31 eines Kanal-Vervielfacherelementes 3 geleitet. Das Element 3 kann aus einem Horn 32 bestehen, das als Vorverstärker für den eigentlichen Vervielfacher 33 dient. Derartige Horn-Ausbildungen sind in der Fachwelt bekannt. Die Innenseite des Horns ist mit einem Material beschichtet, das leicht Sekundärelektronen aussendet. Der Vervielfacher 33 kann aus einem oder mehreren rohrförmigen Strängen aus Glas bestehen, die eine so große Leitfähigkeit aufweisen, dass eine zwischen den Enden jedes Stranges angelegte Potentialdifferenz in der Röhre und in dem Strang ein elektrisches Feld erzeugt, durch das Sekundärelektronen, die durch ein auf das Horn 31 oder direkt auf den Vervielfacher auftreffendes Elektron erzeugt werden, durch die Röhre geleitet werden. Die Elektronen treffen auf die Wand der Röhre auf und erzeugen durch Emission von der Wand oder einer darauf befindlichen Beschichtung mehr und mehr Sekundärelektronen. Stattdessen können auch zwei parallele Platten mit einer Widerstandsschicht auf ihren benachbarten, größeren Flächen vorgesehen werden, so daß in gleicher Weise in einem durch eine Potentialdifferenz zwischen den Enden einer Platte erzeugten elektrischen Feld eine Sekundäremission auftritt. Die Potentialdifferenz kann zwischen Klemmen 35 und 36 zugeführt werden.

In jedem Falle wird der Vervielfacher vorzugsweise gekrümmt oder verwunden, um einen geraden Weg zwischen seinen Enden zu vermeiden und damit die rückwärtige Streuung in bekannter Weise zu vermindern. Eine undurchsichtige Wand 13 verhindert eine Streustrahlung vom Kanal-Vervielfacher zur Dynode 2 oder zum Eingang 31

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Die Sekundärelektronen treten am Ausgang 34 aus und werden an einem Kollektor 4 gesammelt.

Für den Fachmann ist es wichtig, daß an der Kathode ein entsprechendes Potential anstehen muß.

Eine kompaktere Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt, in der gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen sind. Hier ist der Kanal-Vervielfältiger 3 um den Eingangsbereich herum gekrümmt, jedoch ist er von diesem durch eine Wand 13 getrennt. Durch einen Konus 14 wird der die Dynode 2 einschließende zylindrische Eingangsbereich in dem Kolben 10 örtlich festgelegt, der aus einem größeren Zylinder mit einer üblichen Röhrenbasis bestehen kann. Bei beiden Ausführungsformen handelt es sich um "Endansichten", jedoch kann auch die Anordnung gemäß Fig. 2 in dem Kolben 10 als "Seitenansichtstyp" angeordnet werden, wobei der Kanal-Vervielfältiger die erforderliche Krümmung erhält.

Die oben beschrieben Anordnungen stellen Elektronen-Vervielfacher dar, die eine sehr hohe Verstärkung aufweisen, bei denen jedoch das Rauschen und andere Nachteile älterer Vorschläge vermindert werden Dadurch, daß eine Dynode vor einem Kanal-Vervielfältiger angeordnet wird, kann von der hohen einstufigen Verstärkung der Dynode von beispielsweise dem fünffachen bis etwa dem fünfzehn-fachen Gebrauch gemacht werden. Bei geringen einfallenden Strahlungspegeln arbeitet hierbei der Kanal-Vervielfacher mit einem Eingangssignalpegel, bei dem das Signal/ Rausch-Verhältnis besser ist, ohne daß raumaufwendige Stapel von Dynoden verwendet werden müssen. Die erfindungsgemäße Anordnung ist insbesondere geeignet für die Niederspannungs-Fotometrie, die. Spektro-Fotometrie, die Photonenzählung, die thermo-lumineszente

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Datenanzeige und die Astronomie. Die Prxmärelektronen können in der beschriebenen Weise von einer Foto-Kathode abgegeben werden oder durch eine geheizte Kathode oder eine andere Quelle erzeugt werden. Die Anordnung ist damit außer Licht auch für andere Strahlungen geeignet.

Es kann auch ein Mehrkanal-Elektronen-Vervielfacher in einem Kolben vorgesehen werden, wobei jeder Kanal eine Dynode, einen Kanal-Verstärker und einen Kollektor enthält. Auch kann das Dynoden-Element mehr als eine Dynode enthalten, so daß darüber hinaus das Signal/Rausch-Verhältnis weiter verbessert wird, ohne daß der Raumbedarf ungebührlich zunimmt,

-Patentansprüche-

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Claims

Patentansprüche :

ί1.J Elektronen-Vervielfacher, bei dem in einem evakuierten Kolben ein Dynoden-Elektronen-Vervielfacherelement vorgesehen ist, aus dem beim Auftreffen von Primärelektronen Sekundärelektronen ausgelöst werden, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgelösten Sekundärelektronen auf den Eingang (31) eines Kanal-Elektronen-Vervielfachers (33) gerichtet werden, in welchem sie nochmals vervielfacht werden und an einem dem Ausgang (34) benachbarten Kollektor (4) einen Strom in Abhängigkeit von der Menge der auftreffenden Primär-Elektronen erzeugen.
2. Elektronen-Vervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser auf der Seite der Dynode, auf der die Primärelektronen auftreffen, ein Elektrodengitter (11) enthält, das zur Bewirkung des Auftreffens von Elektronen mit einem Potential beaufschlagbar ist.
3. Elektronen-Vervielfacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenfläche eines durchsichtigen Teils des Kolbens neben der Dynode (2) eine Fotokathode (1) vorgesehen ist.
4. Elektronen-Vervielfacher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben zu öffnen und wieder verschließbar und die Dynode auswechselbar ist.
5. Elektronen-Vervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kolben zahlreiche

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Gruppen von Dynoden, Kanal-Vervielfachern und Kollektoren zur Bildung eines Mehrkanal-Elektronen-Vervielfachers vorgesehen sind.
6. Mehrkanal-Elektronen-Vervielfacher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzelne Fotokathode zur Erzeugung der Primärelektronen für die Dynoden vorgesehen ist.
7. Elektronen-Vervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal-Vervielfacher einen Horn-Vorverstärker besitzt.
8. Elektronen-Vervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal-Vervielfacher zur Dynode zurückgeführt ist und von dieser durch eine undurchsichtige Wand (13) getrennt ist.
9. Elektronen-Vervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dynoden-Element aus zwei in Kaskade geschalteten Dynoden besteht.

Bs / dm

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