Вторично-электронный усилитель Советский патент 1936 года по МПК H01J43/06 

Известно, что при падении электронов с достаточной скоростью на электроды, обладающие малой работой вылета, число вторичных электронов, выбивдемых из электрода, может в несколько раз превосходить число упавших первичных. На техническом использовании этого явления основано устройство фотоэлементов и других электронных приборов, именуемых обычно приборами со вторично-электронным усилением.

Точно так же известно и технически использовано многократное повторение процесса вторично-электронного усиления, предложенное Л. . Кубецким и описанное в выданном ему авторском свидетельстве № 45765.

Основное затруднение при осуществлении многократного усиления электронного тока заключается в том, что электрод, служащий приемником первичных электронов, должен в то же время служить источником вторичных электронов, используемых в следующем каскаде. При этом возникает естественное требование, чтобы в месте падения первичных электронов электрическое поле было направлено так, чтобы не препятствовать выходу вторичных. Для соблюдения этого требования до сего времени приходилось искусственно изменять траектории электронов, например, помощью наложения магнитного поля и направлять, таким

образом, поток электронов к тем участкам электродов, где направление электрического поля было бы благоприятно для отсасывания вторичных электронов.

Настоящее изобретение рещает эту задачу без применения магнитного поля. Сущность его заключается в следующем. Траектории электронов, движущихся в электрическом поле, как известно, совпадают с направлением силовых линий поля только при бесконечно малых скоростях электронов, и только для равномерных полей и полей радиальных имеет место полное совпадение траекторий с силовыми линиями поля. В полях криволинейных траектория электрона оказывается тем более отличной от направления поля в данной точке, чем ббльшую скорость электрон в ней имеет. Поэтому оказалось возможным найти такое расположение и конфигурацию электродов, при которых первичный электрон неизбежно попадает на тот участок электрода, возле которого направление электрического поля благоприятствует отводу вторичных электронов к следующему электроду.

На чертеже фиг. 1 изображает схему предлагаемого изобретения. Электрод К, являющийся источником первичных электронов, располагается возле электрода /, несущего положительный потенциал, причем расстояние и форма электрода /

подобраны так, что при сообщении электроду 1 нужного для работы прибора положительного потенциала траектории всех первичных электронов, вылетевших из электрода К, заканчиваются на той части электрода /, которая поставлена в смысле направления и напряженности электрического поля в такие же условия по отношению к электроду 2, в каких находится электрод К по отношению к электроду 7. Повторяя то же по отношению к последующим электродам 2, 5 и Л, можно получить мультипликаторную систему с произвольным числом каскадов, не требующую для своего действия никаких магнитных полей.

Основное требование, которое должно быть соблюдено при выборе формы электродов, заключается в том, что электрическая линза, образуемая полем двух смежных подобных электродов должна давать неизменное электронное изображение испускающего электроны участка предшествующего электрода на геометрически подобном участке каждого последующего. Техническое осуществление принципа, схематически описанного и изображенного на чертеже фиг. 1, может быть выполнено в виде различных конструктивных вариантов. При этом нет особой необходимости ограничиваться приданием электродам таких форм, при которых образуемые электрическим полем электростатические линзы остаются подобными только сферическим линзам световой оптики. Наоборот, во чногих случаях оказывается практически более удобным пользоваться линзами цилиндрическими как симметричными, так и асимметричными. Точно так же, в виду того, что для вторично-электронного ус-иления безразлично, имеет ли место полная фокусировка электронного изображения или нет, и для достижения максимального эффекта существенно лишь сохранение подобия в расположении изображения на электродах и их формы возможно применение скошенных оптических систем, имеющих ломаную, плоско или пространственно искривленную электронно-оптическую ось.

Изложенный выше принцип построения электронно-оптической системы для вторично-электронного усиления может

быть применен к построению различных электронных мультипликаторов, независимо от их назначения, способа получения первичных электронов, наличия или отсутствия дополнительных электродов и полей, производящих модуляцию электронных пучков в любых частях их пути и в любых каскадах мультипликатора. Ниже рассмотрены несколько вариантов, снабженных многокаскадными мультипликаторами, электронно-оптические системы которых соответствуют изложенным принципам. Как уже указывалось, применение предлагаемой настоящим изобретением электронно-оптической системы не ограничивается только фотоэлементами и охватывает все виды электронных мультипликаторов.

Для изменения фокусных расстояний отдельных линз (всех или, если нужно, части их) стенкам электродов могут быть приданы различные наклоны к оси прибора. Подобный конструктивный вариант электродов изображен на чертеже фиг. 2. Правой и левой стенкам электродов при этом может придаваться различный наклон к оси и они образуют конические поверхности с различными углами у вершин. Совокупное применение конических стенок с различными углами у вершины и отверстий различного диаметра позволяет практически осуществить в этой простой электроннооптической системе любые характеристики.

Во многих случаях применение нескольких параллельных оптических систем представляет преимущества перед применением одной. Так, с повышением рабочих напряжений часто оказывается более выгодным пользоваться электронной оптикой с малыми значениями апертуры. При этом оказывается затруднительным, однако, получение больших значений тока из-за порчи от перегрузки отдельных участков электродов. В этом и подобных случаях задача решается, согласно настоящему изобретению, применением нескольких одинаковых параллельно работающих систем. Для осуществления их электродам может быть придана форма, например, изображенная на чертеже фиг. 3, где 7 и 2 представляют собой два подобных электрода, образующие параллельные электроннооптические системы, использующие разный наклон электродных поверхностей к оптической оси при одновременной разнице в отверстиях передней и задней стенок.

В более простом случае подобные системы могут быть образованы рядами плоских сеток с точно совпадающими отверстиями, причем каждая нечетная пара сеток образует электронно-оптическую систему и каждая четная ограничивает пространство с ослабленным электрическим полем. Во всех этих случаях сохранение круглой формы отверстий ведет к образованию электрическими полями электронных линз, близких по своим свойствам к сферическим линзам геометрической оптики. В том случае, если применить отверстия щелевые при плоских или призменных стенках электродов, образуемая электрическим полем линза становится подобной цилиндрической линзе геометрической оптики. Устройство электродов при этом может быть конструктивно весьма различным. В частном случае, изображенном на чертеже фиг. 4, электроды образованы из одинаковых решеток из круглых прутков или проволок, укрепленных на равных расстояниях параллельно друг другу. Испускателю первичных электронов (катоду) в этом случае также может быть придана форма рещетки /. При надлежащем выборе напряжений и геометрических размеров электрическое поле между рещеткой / и решеткой 2 образует ряд цилиндрических линз, собирающих электроны, испущенные решеткой /, в электронное изображение на решетке 3, совпадающее с ее прутками. В свою очередь вторичные электроны, выбитые из решетки 3, собираются рядом цилиндрических линз, образованных полем между электродами 5 и в электронное изображение, совпадающее с прутьями решетки 5. В этом случае электронно-оптическая ось системы представляется рядом паралг лельных плоскостей, параллельных прутьям решеток.

Как уже упоминалось ранее, электронно-оптическая ось систем мультипликаторов, основанных на изложенных принципах, может быть изогнутой. Для иллюстрации на фиг. 5 изображено

в перспективе устройство фотоэлемента с четырехкаскадным мультипликатором, электронно-оптическая ось которого приближенно может быть принята за поверхность кругового цилиндра. Для пояснения на фиг. б изображена схема этого устройства с указанной на ней пунктиром траекторией электронов.Первая электронная линза образуется полем между краем отверстия 2 катода / и внутренним крылом электрода 3. Эта линза, благодаря скошенности ее оси, дает электронное изображение части поверхности катода влзле внутреннего края отверстия 4 в электроде 3. Электрод 5 своим внутренним крылом с краем отверстия 4 создает поле, подобное полю в отверстии 2, вследствие чего вторичные электроны, освободившиеся с электрода 4, будут собраны линзой, находящейся у отверстия 4 в изображение возле края отверстия 6 электрода 5. Тот же процесс повторится на электродах 7 и 9 окончательно весь усиленный в каскадах электронный ток окажется собранным на последнем электроде //, представляющем собой анод прибора. В этом случае, очевидно, нельзя говорить об электронных изображениях катода в буквальном смысле, так как электронно-оптическая система, представленная системой кривых цилиндрических линз, не дает чистых изображений. Однако, подобие электронных линз всех каскадов вызывает появление подобных геометрических распределений электронов на подобных участках электродов всех каскадов и в этом смысле только что описанная система подчиняется принципам, изложенным выше.

Предмет изобретения.

1.Вторично-электронный усилитель многократного действия для осуществления способа по авторскому свидетельству № 45765, отличающийся тем, что электродам его придана чашеобразная форма, состоящая из двух поверхностей, разделенных пространством, внутри которого электрическое поле ослаблено, с целью обеспечения работы катода только в одном направлении.

2.Видоизменение усилителя по п. I, отличающееся применением электроннооптической системы электронных линз

цилиндрического преломления, например, образованных электродами в форме решеток из параллельных проводников или в форме щелей в плоских параллельных диафрагмах.

3. Форма выполнения усилителя по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что отдельные элементы его наклонены друг

к другу под углом, равным, большим или меньшим угла, образуемого осью каждой линзы с поверхностью электрода, возле которого она образована, причем огибающая всех электронных траекторий внутри системы является поверхностью кругового или спирального цилиндра.

фИГ.2

фиг.З