DE1940285C3 - Electron multiplier - Google Patents
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Description
4545
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.The invention relates to an electron multiplier in which the emitted secondary electrons under the influence of an electric field derived from the potential difference between the secondary emitting Surface and a reflector, back to the secondary emitting Hit the surface.
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.Such an electron multiplier is already known (German Auslegeschrift 1 270 697), in which both the reflector and the secondary emitting surface have their ends on the same Voltage source are connected. The potential difference between the secondary emitting surface and the reflector is achieved in that they are shifted parallel to one another in such a way that the end of the reflector where the negative Po! the voltage source lies, the secondary emitting Face faces while the end of the reflector, at which the positive pole of the voltage source located,. protrudes beyond the secondary emitting surface. This achieves that one a point on the emitting surface with a certain potential is opposite a point on the reflector, whose potential is more negative.
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.The potential difference between two is on the two through the emitting surface and the reflector formed electrodes located exactly corresponds to the size of the parallel displacement of the two electrodes against each other. This potential difference is always a certain fraction of the voltage present at the ends of the electrodes. If you think of a certain (usually relative If the energy of a primary electron is low, the orbit of this electron is always approximate be the same.
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.This means that there is no way of determining the frequency of the impact of the primary electron on the emitting To regulate the area and thus the size of the electron multiplication. In addition, this well-known Electron multiplier has the disadvantage that not the entire electrode surface for electron multiplication can be used.
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.The invention is therefore based on the object of an electron multiplier with a compact Construction method to create a large secondary emission area, in which the size of the multiplication is taken into account can be.
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.This object is achieved in that the secondary emitting surface is on the inside of a tube lies, in which the reflector formed as a cylinder is arranged coaxially, and that at both ends of the Reflector is connected to a voltage source with its negative pole, and that with its positive pole is connected to the opposite end of the secondary emitting surface.
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.In the electron multiplier according to the invention, the two can each between the one another opposite ends of the electrodes connected voltage sources individually or jointly can be regulated in a simple way (voltage divider). This allows the potential difference between opposite points of the two electrodes regardless of the one on the emitting Surface lying tension can be adjusted. Since the field strength components are perpendicular and parallel to the electrodes can be regulated independently of each other, the frequency of the Electron impact and the energy of the electrons and thus the number and size of the multiplications be managed. The ability to determine the path of the electrons also makes it possible to to direct the output electron beam in a certain direction.
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.The secondary electron emission material is advantageously made from magnesium oxide or from potassium chloride. The cylindrical reflector can its outer surface facing the inner surface of the secondary electron-emitting member, be coated with a high resistance material. Advantageously be in the secondary electron multiplier according to the invention, the voltages are set so that the Angle of the equipotential surfaces with respect to the secondary electron-emitting member in the area of 75 °.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schemattscher Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is schematattscher in the following with reference to hand Drawings explained in more detail using an exemplary embodiment.
F i g. I zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnittes des erfindungsgemäßen Sekundär-F i g. I shows a schematic representation of a longitudinal section of the secondary according to the invention
3 ' 43 '4
elektronenvervielfachers mit der zugehörigen Schal-' des Ausgangsendes der Sekundärelektronenemis-electron multiplier with the associated switching 'of the output end of the secondary electron emission
tung der Spannungsquellen, und sionsschicht 46 angeordnet. Zwischen die Elektrodedirection of the voltage sources, and sion layer 46 is arranged. Between the electrode
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Sekundärelek- 38 und den Anschluß an der Ausgangsseite derFig. 2 shows a cross section of the secondary electrode 38 and the connection on the output side of the
tronenvervielfachers nach F i g. 1. sekundärelektronenemittierenden Fläche ist eineelectron multiplier according to FIG. 1. secondary electron-emitting surface is a
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-The operation of a secondary electron multiplier 5 voltage source 39 connected to the electrode 38 is as follows: Primary electrons, which are supplied by a primary electron source at a positive potential with respect to this primary electron source, meet to keep the connection, so that the secondary electrons, the secondary electron emission layer, whereby which finally emerge from the secondary electron emission layer 46, and will give them essentially all of them, than the primary electrons incident. The electrons that can be freely captured by the electrode 38 pass through under the influence of the parabolic electron multipliers. When the secondary electron emission layer 46 in the re-impingement of the secondary electrons on 15 near the entrance end of these secondary electrons the secondary electron emission layer, an emission layer is allowed to strike a larger number of other secondary electrons by suitable means. Upon impact of the Primärelektroals secondary electrons on d:; nen aufgetrof- se layer is a larger number of Sekundärelektrofen are, these freed Sektmdäreiek- nen as auftreffendc primary electrons from the neutrons again similar parabolic trajectories set and under the influence of the traverse 20 layer in freedom. This process repeats until the electric field between the secondary electrons is trapped by an electron emission layer 46 and the reflector cylinder collector electrode. the 47 rules, to the same secondary electron
Der in Fig. 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße emissionsschicht 46 hingezogen, und die Sekundär-The emission layer 46 according to the invention shown in FIGS. 1 and 2 is drawn, and the secondary
Sekundärelektronenvervielfacher besteht im wesentli- 25 elektronen treffen erneut auf die Fläche 46 auf, wo-Secondary electron multiplier consists essentially of 25 electrons strike surface 46 again, where-
chen aus einem Reflektorzylinder 47 und einer durch tertiäre Elektronen freigegeben werden, diechen from a reflector cylinder 47 and one released by tertiary electrons, the
sekundärelektronenemittierenden Röhre 45, die in gleichfalls auf die Schicht 46 auftreffen gelassen wer-secondary electron-emitting tube 45, which are also allowed to impinge on layer 46
Abstand koaxial zu dem Reflektorzylinder 47 an- den, wodurch quartäre Elektronen in Freiheit gesetztThe distance is coaxial with the reflector cylinder 47, thereby releasing quaternary electrons
geordnet ist. Die sekundärelektron; remittierende werden. Dieser Vorgang wiederholt sich je nach deris ordered. The secondary electron; be remitting. This process is repeated depending on the
Rohre 45 weist eine Sekundärelektronenemissions- 30 Länge der Sekundärelektronenemissionsschicht 46Tube 45 has a secondary electron emission 30 length of the secondary electron emission layer 46
schicht 46 auf, die aus einem beliebigen geeigneten und den Bedingungen des elektrischen Feldes meh-layer 46, which consists of any suitable and the conditions of the electric field.
Material, wie etwa Magnesiumoxyd oder Kalium- rere Male.Material such as magnesia or potassium more times.
chlorid bestehen kann, das einen hohen Sekundärelek- Es ist wünschenswert, daß die Beschleunigungs-chloride, which has a high secondary elec- It is desirable that the acceleration
tronenemissionsfaktor und einen hohen Widerstand spannung, die an das sich bewegende Sekundärelek-emission factor and a high resistance voltage, which is transmitted to the moving secondary elec-
aufweist. Gegebenenfalls kann die sekundärelektro- 35 tron angelegt wird, das gerade im Begriff ist, auf diehaving. If necessary, the secondary electron that is currently about to be applied to the
nenemittierende Röhre 45 ganz aus einem solchen Sekundärelektronenemissionsschicht 46 aufzutreffen,to impinge on the inner-emitting tube 45 entirely from such a secondary electron emission layer 46,
sekundärelektronenemittierenden Material bestehen. wobei diese Spannung als »Landespannung« bezeich-secondary electron-emitting material exist. whereby this tension is referred to as the "national tension"
Äußere Anschlüsse sind mit einander gegenüber- net wird, gleich einer Beschleunigungsspannung ist,Outer connections are opposed to each other, is equal to an accelerating voltage,
liegenden Enden der Sekundärelektronenemissions- bei der das maximale Sekundärelektronenemissions-lying ends of the secondary electron emission at which the maximum secondary electron emission
schicht 46 verbunden, um an diese eine Beschleuni- 40 verhältnis erhalten wird.Layer 46 connected in order to this an acceleration ratio 40 is obtained.
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 Neigungswinkelapply voltage. A voltage source 31 This national voltage, through which the maximum Seist connected to these outer terminals, so secondary electron multiplication ratio is achieved that an accelerating voltage that is progressing is 100 to under normal circumstances tend to rise in the longitudinal direction, to the secondary elec- tric 300 volts. Assuming the tension electron emission layer 46 can be applied. 45 is 5 volts, the optimal angle of inclination is
Der Reflektorzylinder 47 enthält vorzugsweise θ opt der Äquipotentialflächen in bezug auf dieThe reflector cylinder 47 preferably contains θ opt of the equipotential surfaces with respect to the
eine Schicht aus einem Material mit hohem Wider- Sekundärelektronenemissionsschicht 46 zwischen 55a layer of high resistance secondary electron emission material 46 between 55
standswert. In diesem Falle ist diese Schicht im Ge- und 75°. Durch die Ausbildung des Sekundärelek-standing value. In this case this layer is in the Ge and 75 °. Through the training of the secondary elec-
gensatz zur Schicht 46 nicht sekundärelektronenemit- tronenvervielfachers in dieser Weise kann ein vergrö-In contrast to the layer 46, the secondary electron-emitter multiplier can be increased in this way.
tierend. In ähnlicher Weise sind äußere Anschlüsse 5° ßerter Multiplikationsfaktor erhalten werden,animal. In a similar way, external connections can be obtained with a 5 ° multiplication factor,
an den einander gegenüberliegenden Enden des Re- Gegebenenfalls kann das gesamte sekundärelektro-at the opposite ends of the Re- If necessary, the entire secondary electrical
flektorzylinders angebracht, um über diese Klemmen nenemittierende Glied 45 aus dem hochwiderstands-reflector cylinder attached to these terminals nenemitting member 45 from the high resistance
eine Spannung anzulegen. Zwischen den Anschlüssen fähigen, sekundärelektronenemittierenden Materialto apply a voltage. Secondary electron-emitting material capable of between the connections
auf der Eingangsseite des Elektronenvervielfachers bestehen. Auch der zylindrische Reflektor 47 kannexist on the input side of the electron multiplier. The cylindrical reflector 47 can also
liegt eine Spannungsquelle 36, während zwischen den 55 mit dem hochwiderstandsfähigen Material beschich-is a voltage source 36, while between the 55 coated with the highly resistant material
Anschlüssen an der Ausgangsseite des Sekundärelek- tet sein. Da die SekundärelektronenemissiunsschichtConnections on the output side of the secondary. As the secondary electron emission layer
tronenvervielfachers eine andere Spannungsquelle 37 46 in Form einer Röhre vorliegt, wird ein Strom vonelectron multiplier is another voltage source 37 46 in the form of a tube, a current of
liegt. Die Verbindungen dieser Spannungsquellen 36 Sekundärelektroncn, der vervielfacht und in axialerlocated. The connections of these voltage sources 36 secondary electrons, which are multiplied and in an axial direction
und 37 mit den Anschlüssen sind derart gelegt, daß Richtung bewegt wird, unter dem Einfluß des elektri-and 37 with the connections are placed in such a way that direction is moved under the influence of the electrical
die Anschlüsse der Sekundärelektronenemissions- 60 sehen Feldes, das von der Potentialdifferenz zwi-the connections of the secondary electron emission 60 see the field that depends on the potential difference between
röhre 45 auf einem höheren Potential als die An- sehen der Sekundärelektronenemissionsschicht 46tube 45 at a higher potential than that of the secondary electron emission layer 46
Schlüsse des Reflektorzylinders 47 liegen. Diese und dem zylindrischen Reflektor 47 herrührt, zentri-Keys of the reflector cylinder 47 are located. This and the cylindrical reflector 47 originates, centric
Spannungsquellen 36 und 37 können vorzugsweise fugal gegen die SekundärelektronenemissionsschichtVoltage sources 36 and 37 can preferably be fugal against the secondary electron emission layer
dieselbe Ausgangcjspannung aufweisen, jedoch kön- gerichtet.have the same output voltage, but can be directional.
nen ebensogut Spannungsquellen mit verschiedenen 65 Die Sekundärelektronenemissionsschicht 46, die inNEN as well voltage sources with different 65 The secondary electron emission layer 46 shown in FIG
Ausgangsspannungen verwandt werden. der Form einer Röhre vorliegt, wirkt als Schirm, wo-Output voltages are used. is in the form of a tube, acts as a screen, where-
Eine Elektrode 38, die zum Sammeln der verviel- bei die Sekundärelektronen im Gegensatz zu einemAn electrode 38, which is used to collect the multiplied secondary electrons as opposed to a
fachten Sekundärelektronen dient, ist in der Nähe Sekundärelektronenvervielfacher mit Parallelplatten-secondary electrons is used, there is a secondary electron multiplier with parallel plate
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.arrangement can hardly be scattered out of the tube. To the highest possible multiplication factor should be the angle of the equipotential surfaces with respect to the secondary electron emission layer 46 be limited to a range of 55 to 75 °. It should also be mentioned as an advantage that the Secondary electron emission layer 46 occupies a relatively wide area, which leads to the increase in: Multiplication factor contributes, without dadurcl the compact structure of the secondary electron converter would be adversely affected in many ways.
Der erfindungsgemäße Sekundärelektronenverviel fächer ist vorzugsweise bei einem Photovervielfachei verwendbar.The secondary electron multiplier according to the invention fan is preferably in a photomultiplier usable.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
36333633
Claims (5)
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Legal Events
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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