DE1218072B - Secondary electron multiplier and method of manufacturing the multiplier - Google Patents

Secondary electron multiplier and method of manufacturing the multiplier

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DE1218072B DEB67688A DEB0067688A DE1218072B DE 1218072 B DE1218072 B DE 1218072B DE B67688 A DEB67688 A DE B67688A DE B0067688 A DEB0067688 A DE B0067688A DE 1218072 B DE1218072 B DE 1218072B
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George W Goodrich
James R Ignatowski
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Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Deutsche KI.: 21g-13/19 German KI .: 21g -13/19

i 21S 072i 21S 072

Nummer;Number;

Aktenzeichen: B 67688 VIII c/21 gFile number: B 67688 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 15. Juni 1962 Filing date: June 15, 1962

Auslegetag:Display day:

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19661966

Das Hauptpatent 1197 179 betrifft einen Sekundärelektronenvervielfacher mit einer Vielzahl geradlinig verlaufender, eng benachbarter, paralleler Kanäle, deren Innenflächen mit einer sekundäremissionsfähigen Widerstandsschicht belegt sind, an die zur Erzeugung eines parallel zur Kanalachse verlaufenden elektrischen Feldes eine Spannung angelegt ist, wobei die Kanäle sich etwa in der Bahnrichtung der in sie eintretenden Primärelektronen erstrecken und das Verhältnis der Länge zur Weite jedes Kanals derart groß gewählt ist, daß die mit einer Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Kanalachse in den Vervielfacher eintretenden Elektronen mindestens einmal auf die Widerstandsschicht auftreffen.The main patent 1197 179 relates to a secondary electron multiplier with a multitude of rectilinear, closely spaced, parallel channels, the inner surfaces of which are covered with a secondary emissive Resistance layer are occupied, to the generation of a parallel to the channel axis running electric field a voltage is applied, wherein the channels are approximately in the web direction of the primary electrons entering them extend and the ratio of length to width each channel is chosen so large that the one with a velocity component perpendicular to Channel axis in the multiplier entering electrons at least once on the resistive layer hit.

Der Vervielfacher besteht aus einer Mehrzahl von Kanälen, die zusammen ein Bündel bilden, wobei die Länge jedes Kanals gegenüber seiner Breite sehr groß ist. Dieses Kanalbündel wird an einer Seite von einer gemeinsamen Elektronenquelle, wie z. B. einer Fotokathode, gespeist und gibt die vervielfachten Elektronen am anderen Ende an eine Sammelelektrode, z.B. einen Fluoreszenzschirm, ab.The multiplier consists of a plurality of channels which together form a bundle, wherein the length of each channel is very great compared to its width. This bundle of ducts is on one side from a common electron source, such as B. a photocathode, fed and gives the multiplied Electrons at the other end to a collecting electrode, e.g. a fluorescent screen.

Es ist bereits ein Vervielfacher vorgeschlagen, bei dem die mit einer Widerstandsschicht belegten Kanäle einem Stapel dünner, aus isolierendem Material bestehenden und mit übereinstimmenden, eng benachbarten Löchern versehenen Platten gebildet sind.A multiplier has already been proposed in which the coated with a resistive layer Channels a stack of thin, insulating material and with matching, closely spaced holes provided plates are formed.

Bei einem weiteren Vorschlag bestehen die mit einer Widerstandsschicht belegten Kanäle aus einem Stapel aufeinanderliegender Platten, von denen mindestens eine Teilanzahl mit parallelen Wellen versehen ist, die zusammen mit der jeweils angrenzenden Platte eine der Anzahl der Wellen entsprechende Anzahl von Kanälen bilden.In a further proposal, the channels covered with a resistive layer consist of one Stack of plates lying on top of one another, at least some of which have parallel shafts is provided, which, together with the adjacent plate, corresponds to the number of waves Form number of channels.

Diese beiden vorgeschlagenen Sekundärelektronenvervielfacher haben den gemeinsamen Vorteil, daß es bei ihnen nicht erforderlich ist, zum Herstellen der parallelen Kanäle eine große Zahl von getrennten Rohren zu verwenden. In gewissen Anwendungsfällen, bei denen es auf eine hohe Gleichmäßigkeit der einzelnen Kanäle ankommt, ist jedoch die Verwendung einzelner Rohre zweckmäßiger.These two proposed secondary electron multiplier have the common advantage that it is not necessary for them to produce a large number of separate channels in order to produce the parallel channels Pipes to use. In certain applications where a high level of uniformity is required of the individual channels arrives, however, the use of individual tubes is more expedient.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen derartigen, aus einzelnen Rohren zusammengesetzten Sekundärelektronenvervielfacher zu schaffen, der in besonders einfacher und wirtschaftlicher Weise hergestellt werden kann.The invention is now based on the object of such a composite composed of individual tubes To create secondary electron multiplier, which is particularly simple and economical Way can be made.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mit einer Widerstandsschicht belegten Kanäle aus einer Anzahl gleich langer rohrförmigerThis object is achieved according to the invention in that the coated with a resistive layer Channels made up of a number of tubular tubes of equal length

Sekundärelektronenvervielfacher und Verfahren
zur Herstellung des VervielfachersSecondary Electron Multiplier and Process
to make the multiplier

Zusatz zum Patent: 1197 179Addendum to the patent: 1197 179

Anmelder:Applicant:

The Bendix Corporation, Detroit, Mich.
(V. St. A.)The Bendix Corporation, Detroit, Mich.
(V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41Dr.-Ing. H. Negendank, patent attorney,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

James R. Ignatowski, Warren, Mich.;James R. Ignatowski, Warren, Mich .;

George W. Goodrich, Oak Park, Mich. (V. St. A.)George W. Goodrich, Oak Park, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 16. Juni 1961 (117 651) - -V. St. v. America June 16, 1961 (117 651) - -

Elemente bestehen, die je aus mindestens zwei koaxialen Schichten mit gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, aber verschiedenen Schmelzpunkten bestehen, wobei die äußerste. Schicht den tiefsten Schmelzpunkt hat und die innerste Schicht den Kanal bildet, und parallel nebeneinanderliegend ein Rohrbündel bilden, in welchem die äußersten Schichten der einzelnen rohrförmigen Elemente miteinander verschmolzen sind.Elements consist of at least two coaxial layers with the same coefficient of thermal expansion, but different melting points exist, the outermost being. Layer the Has the lowest melting point and the innermost layer forms the channel, and are parallel to each other form a tube bundle in which the outermost layers of the individual tubular elements join together are fused.

Ein derartig ausgebildeter Sekundärelektronenvervielfacher kann demnach in einfachster Weise durch Verschmelzen der äußersten Schichten der Einzelrohre zusammengefügt werden, ohne daß dabei der aus den inneren Schichten gebildete Aufbau beschädigt wird.A secondary electron multiplier designed in this way can accordingly be implemented in the simplest possible manner be joined together by fusing the outermost layers of the individual tubes without in the process, the structure formed from the inner layers is damaged.

Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung weiter auch ein Verfahren zur Herstellung derartiger Sekundärelektronenvervielfacher, das im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von rohrförmigen Elementen zu einem Bündel zusammengefaßt und durch Erwärmen auf eine Temperatur, die über dem Schmelzpunkt der äußersten Schicht, aber unter dem Schmelzpunkt der Schicht mit dem nächsthöheren Schmelzpunkt liegt, zu einem Block verschmolzen wird.Accordingly, the present invention also relates to a method for producing such Secondary electron multiplier, which is essentially characterized in that a number of tubular elements combined into a bundle and by heating to a temperature above the melting point of the outermost layer but below the melting point of the layer with the next higher melting point is fused to form a block.

509 780/332509 780/332

Die erzielten Vorteile bestehen vor allem darin, daß die durch Verwendung von Einzelrohren mögliche höhere mechanische Präzision des Aufbaus in äußerst einfacher1; ^2fj|saf erzielt wird.The advantages achieved are primarily that the higher mechanical precision of the structure possible through the use of individual tubes in an extremely simple 1 ; ^ 2fj | saf is achieved.

Die WidersTafidsscßjfcm Hcänn entweder den Körper des Rohres bilden, das dann nur zwei koaxiale Schichten aufzuweisen braucht, oder eine die Innenfläche des Rohrkörpers bedeckende Schicht, so daß das Rohr aus drei koaxialen Schichten bestehen kann.The opposition to either the Form the body of the tube, which then only needs to have two coaxial layers, or one the inner surface of the pipe body covering layer, so that the pipe of three coaxial Layers can exist.

Im folgenden seien an Hand der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigtTwo exemplary embodiments are explained in more detail below with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 einen vergrößerten Querschnitt durch ein Rohr mit drei Schichten,Fig. 1 is an enlarged cross section through a Three layer pipe,

F i g. 2 in vereinfachter, perspektivischer Darstellung einen Vervielfacher,F i g. 2 in a simplified, perspective illustration a multiplier,

Fig. 3 einen Schnitt.ähnlich Fig. i, der ein Rohr mit zwei Schichten zeigt.Fig. 3 is a section similar to Fig. I, showing a pipe with two layers.

Zur Bildung eines aus einem Bündel einzelner Röhren bestehenden,-in Fig. 2 schematisch dargestellten Sekundärelektronenvervielfachers werden Rohre 18 verwendet, deren Querschnitt in F i g. 1 dargestellt ist. Jedes Rohr 18 enthält eine äußere Schicht 20, die aus niedrigschmelzendem Glas besteht, und einen Körper oder eine Zwischenschicht 22, die aus Kalk-Soda-Glas oder einer anderen isolierenden Substanz besteht, deren Schmelztemperatur höher liegt als die der Substanz, aus der die äußere Schicht 20 besteht. Das Rohr 18 umfaßt schließlich eine innere Schicht 24 aus blei- oder wismutoxydhaltigem Glas. Die drei Schichten 20, 22 und 34 haben thermische Ausdehnungskoeffizienten, deren Größe möglichst genau übereinstimmt. Dies läßt sich mit den üblichen Mitteln der Glastechnik ohne Schwierigkeiten erreichen.To form one consisting of a bundle of individual tubes, shown schematically in FIG Secondary electron multiplier tubes 18 are used, the cross section of which in F i g. 1 is shown. Each tube 18 includes an outer layer 20 made of low melting point glass and a body or intermediate layer 22, which is made of soda-lime glass or some other insulating substance, its melting temperature is higher than that of the substance of which the outer layer 20 is made. The tube 18 includes Finally, an inner layer 24 made of glass containing lead or bismuth oxide. The three layers 20, 22 and 34 have thermal expansion coefficients, the size of which corresponds as closely as possible. this can be achieved with the usual means of glass technology without difficulty.

Um das Rohr 18 mit mehreren Schichten herzustellen, geht man von einem Rohr aus, das lediglich aus der Zwischenschicht oder dem Körper 22 besteht und dessen Durchmesser in der Größenordnung von einigen Millimetern liegt. Man bedeckt dann dieses Rohr durch ein geeignetes Verfahren mit einer Schicht 20 aus niedrigschmelzendem Glas. Dann wird eine Suspension von feinem Blei- und Wismutglaspulver (das die für die innere Schicht 24 gewünschte Zusammensetzung hat) in einer Flüssigkeit, wie etwa Amylazetat, Azeton, Alkohol oder Nitrozellulose, hergestellt und in das Rohr eingegossen. Man erhitzt dann das Rohr unter dauerndem Drehen um seine Achse vorsichtig, so daß eine aus dem gelösten Glaspulver bestehende Schicht auf die Innenwand des Körpers 22 aufschmilzt. Das so hergestellte Rohr mit drei Schichten wird dann auf den gewünschten Durchmesser, der in der Größenordnung von 25 μΐη liegt, ausgezogen und schließlich in Abschnitte geeigneter Längen, z. B. 5 mm, zerschnitten.In order to produce the tube 18 with several layers, one starts from a tube that is only consists of the intermediate layer or body 22 and the diameter of which is of the order of a few millimeters. This tube is then covered with a by a suitable method Layer 20 of low-melting glass. Then a suspension of fine lead and bismuth glass powder is made (which has the composition desired for the inner layer 24) in a liquid, such as amyl acetate, acetone, alcohol, or nitrocellulose, and poured into the tube. The tube is then carefully heated while continuously rotating around its axis, so that one comes out the dissolved glass powder existing layer on the inner wall of the body 22 melts. The one made in this way Pipe with three layers is then cut to the desired diameter, which is of the order of magnitude of 25 μΐη is, drawn out and finally in sections of suitable lengths, z. B. 5 mm, cut up.

Mit geeigneten, nicht dargestellten Mitteln setzt man dann die so erhaltenen rohrförmigen Elemente zu einem parallelen Rohrbündel, wie in F i g. 2 angedeutet, zusammen und erhitzt es vorsichtig so weit, daß die äußeren Schichten 20 der einzelnen Elemente miteinander verschmelzen, ohne daß dabei jedoch die Schichten 22 und 24 erweicht oder verformt werden.The tubular elements thus obtained are then set using suitable means (not shown) to a parallel tube bundle, as shown in FIG. 2 indicated, together and carefully heated it like that far that the outer layers 20 of the individual elements fuse with one another without this however, layers 22 and 24 are softened or deformed.

Auf die beiden Endflächen des so erzeugten kompakten Blockes wird durch Aufstreichen von Metallpulver oder durch Bedampfen im Vakuum eine z. B. aus Gold, Silber oder Platin bestehende leitende Schicht aufgebracht. Dabei ist darauf zu achten, daß das aufzubringende Metall möglichst nicht in die Kanäle eindringt. Das Aufdampfen von Metall im Vakuum wird daher unter einem möglichst flachen Winkel durchgeführt. Die so hergestellten Metallschichten auf den Endflächen dienen als Elektroden, die über Leitungen 28,30 mit einer geeigneten Spannungsquelle 32 verbunden sind, um so das erforderliche axial verlaufende elektrosta-UScJbIe1 Besphlejimgungsfeld zu erzeugen. Das Rohr-On the two end faces of the compact block thus produced, a z. B. made of gold, silver or platinum existing conductive layer applied. Care must be taken that the metal to be applied does not penetrate into the channels if possible. The vapor deposition of metal in a vacuum is therefore carried out at an angle that is as flat as possible. The metal layers produced on the end surfaces serve as electrodes, which are connected via lines 28,30 to a suitable voltage source 32, so as to produce the required axially extending electrostatically-UScJbIe 1 Besphlejimgungsfeld. The pipe-

bited^lvkauJiJt^lIs .,erforderlich, in eine schützende Umhüllung geeigneter Form eingeschlossen werden.bited ^ lvkauJiJt ^ lIs., required, in a protective Enclosure of suitable form are included.

Gemäß F i g. 3 können die Rohre 18 auch ausAccording to FIG. 3, the tubes 18 can also be made from

lediglich zwei Schichten, der äußeren Schicht 24* aus niedrigschmelzendem Glas und der inneren Schicht 36 aus Blei- und Wismutglas, bestehen.only two layers, the outer layer 24 * low-melting glass and the inner layer 36 of lead and bismuth glass.

In jedem Fall besteht die Behandlung, die erforderlich ist, um die Blei- und Wismutoxyde in der inneren Schicht24 (Fig. 1) oder 26 (Fig. 3) zu reduzieren und so den inneren Flächen der Kanäle die gewünschten Widerstands- und Sekundäremissionseigenschaften zu erteilen, in einem längeren, etwa 8 bis 16 Stunden dauernden Erhitzen auf eine Temperatur zwischen 325 und 500° C. Die Kanäle werden dabei in einer Menge von z. B. 11 pro Minute von reinem Wasserstoff durchströmt. Die elektrischen Eigenschaften der so erhaltenen Schicht können durch Verändern der Behandlungszeit und Behandlungstemperatur beeinflußt werden. In either case, the treatment required to keep the oxides of lead and bismuth in the inner layer 24 (Fig. 1) or 26 (Fig. 3) and so reduce the inner surfaces of the channels to impart the desired resistance and secondary emission properties in a longer, Heating to a temperature between 325 and 500 ° C for about 8 to 16 hours. The Channels are used in an amount of z. B. 11 flows through per minute of pure hydrogen. The electrical properties of the layer obtained in this way can be influenced by changing the treatment time and treatment temperature.

Diese Behandlung kann in jedem Stadium der Herstellung, d. h. vor dem Zerschneiden des Ausgangsrohres oder nach Bildung des kompakten Blockes, durchgeführt werden.
Die verschiedenen beschriebenen Schichten und insbesondere die Schicht, die den Körper des rohrförmigen Elementes bildet, brauchen nicht unbedingt aus Glas zu bestehen. Die die gewünschten Widerstands- und Sekundäremissionseigenschaften aufweisende Schicht braucht nicht durch chemische Reduktion von in der inneren Schicht enthaltenden Metallverbindungen gebildet werden.This treatment can be carried out at any stage of manufacture, ie before the starting tube is cut or after the compact block has been formed.
The various layers described, and in particular the layer which forms the body of the tubular element, need not necessarily be made of glass. The layer having the desired resistance and secondary emission properties need not be formed by chemical reduction of metal compounds contained in the inner layer.

Claims (10)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Sekundärelektronenvervielfacher mit einer Vielzahl geradlinig verlaufender, eng benachbarter, paralleler Kanäle, deren Innenflächen mit einer sekundäremissionsf ähigen Widerstandsschicht belegt sind, an die zur Erzeugung eines parallel zur Kanalachse verlaufenden elektrischen Feldes eine Spannung angelegt ist, wobei die Kanäle sich etwa in der Bahnrichtung der in sie eintretenden Primärelektronen erstrecken und das Verhältnis der Länge zur Weite jedes Kanals derart groß gewählt ist, daß die mit einer Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Kanalachse in den Vervielfacher eintretenden Elektronen mindestens einmal auf die Widerstandsschicht auftreffen, nach Patent 1 197 179, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Widerstandsschicht belegten Kanäle aus einer Anzahl gleich langer rohrförmiger Elemente (18) bestehen, die je aus mindestens zwei koaxialen Schichten mit gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, aber verschiedenen Schmelzpunkten bestehen, wobei die äußerste Schicht (20; 34) den tiefsten Schmelzpunkt hat und die innerste Schicht (24; 36) den Kanal1.Secondary electron multiplier with a large number of rectilinear, closely spaced, parallel channels, the inner surfaces of which are covered with a secondary emissive resistive layer are occupied, to the generation of an electrical parallel to the channel axis A voltage is applied to the field, the channels extending roughly in the direction of the trajectory in them entering primary electrons extend and the ratio of the length to the width of each channel is chosen so large that with a velocity component perpendicular to the channel axis electrons entering the multiplier hit the resistive layer at least once impinge, according to Patent 1 197 179, characterized in that the channels covered with a resistive layer are made of consist of a number of tubular elements (18) of equal length, each of which consists of at least two coaxial layers with the same thermal expansion coefficient, but different There are melting points, the outermost layer (20; 34) having the lowest melting point and the innermost layer (24; 36) the channel 072072 bildet, und parallel nebeneinanderliegend ein Rohrbündel bilden, in welchem die äußersten Schichten der einzelnen rohrförmigen Elemente miteinander verschmolzen sind.forms, and parallel to each other form a tube bundle in which the outermost Layers of the individual tubular elements are fused together. 2. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen der das Rohrbündel bildenden Elemente mit einer elektrisch leitenden Schicht bedeckt sind.2. secondary electron multiplier according to claim 1, characterized in that the End faces of the elements forming the tube bundle with an electrically conductive layer are covered. 3. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste Scheint (20; 34) aus einem niedrigschmelzenden Glas besteht. 3. secondary electron multiplier according to claim 1 or 2, characterized in that the outermost shine (20; 34) consists of a low-melting glass. 4. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes rohrförmige Element (18) aus drei Schichten besteht, von denen die mittlere Schicht aus Glas besteht.4. secondary electron multiplier according to claim 1, 2 or 3, characterized in that each tubular element (18) consists of three layers, of which the middle layer consists of glass. 5. Sekundärelektronenvervielfacher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste Schicht jedes rohrförmigen Elementes aus niedrigschmelzendem Glas, die innerste Schicht aus einem Glas mit Sekundäremissionsfähigkeit und die mittlere Schicht aus höherschmelzendem Glas besteht.5. secondary electron multiplier according to claim 4, characterized in that the outermost layer of each tubular element made of low-melting glass, the innermost Layer made of a glass with secondary emissivity and the middle layer made of higher melting point Glass is made. 6. Verfahren zur Herstellung eines Sekundärelektronenvervielfachers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von rohrförmigen Elementen zu einem Bündel zusammengefaßt und durch Erwärmen auf eine Temperatur, die über dem Schmelzpunkt der äußersten Schicht, aber unter dem Schmelzpunkt der Schicht mit dem nächsthöheren Schmelzpunkt liegt, zu einem Block verschmolzen wird.6. Method of manufacturing a secondary electron multiplier according to one of claims 1 to 5, characterized in that a number of tubular elements to combined in a bundle and heated to a temperature above that Melting point of the outermost layer, but below the melting point of the layer with the next higher one Melting point is fused to form a block. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als innerste Schicht jedes rohrförmigen Elementes ein elektrisch isolierendes Material verwendet wird, das mindestens eine reduzierbare Metallverbindung, die bei chemischer Reduktion einen sekundäremissionsfähigen Stoff ergibt, enthält, und daß die rohrförmigen Elemente einem auf die innerste Schicht einwirkenden chemischen Reduktionsvorgang unterworfen werden. 7. The method according to claim 6, characterized in that each as the innermost layer tubular element, an electrically insulating material is used, which is at least a reducible metal compound which, when chemically reduced, produces a secondary emissive Substance results, contains, and that the tubular elements are subjected to a chemical reduction process acting on the innermost layer. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallverbindung ein Bleioxid oder ein Wilmutoxid verwendet wird.8. The method according to claim 7, characterized in that a metal compound is used Lead oxide or a Wilmut oxide is used. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reduktionsvorgang so vorgenommen wird, daß die rohrförmigen Elemente erwärmt werden und ein Wasserstoffstrom durch die erwärmten rohrförmigen Elemente geleitet wird.9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the reduction process so it is made that the tubular elements are heated and a hydrogen stream is passed through the heated tubular elements. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Elemente mehrere Stunden lang auf eine Temperatur zwischen 325 und 5000C erwärmt werden.10. The method according to claim 9, characterized in that the tubular elements are heated to a temperature between 325 and 500 0 C for several hours. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 509 780/332 1.66 © Bundesdruckerei Berlin509 780/332 1.66 © Bundesdruckerei Berlin
DEB67688A 1960-04-20 1962-06-15 Secondary electron multiplier and method of manufacturing the multiplier Pending DE1218072B (en)

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