» www.elektroncso.hu » cikkek

Fotoelektronsokszorozó csövek
Szuhay Péter

Csövek képei: 1. kép Egy szép régi amerikai gyártmányú FES, az RCA 7265. Hossza majdnem 20 centiméter, 14 dinódája van, 2,4 kilovolt tápfeszültségnél az erősítése 9 milliószoros, az eredő érzékenység 1400 A/lm. Egy szép régi amerikai gyártmányú FES, az RCA 7265. Hossza majdnem 20 centiméter, 14 dinódája van, 2,4 kilovolt tápfeszültségnél az erősítése 9 milliószoros, az eredő érzékenység 1400 A/lm. 2. kép Egydinódás tipusok. Balról jobbra feu1, feu2 és feu4. Egydinódás tipusok. Balról jobbra feu1, feu2 és feu4. 3. kép Háromféle kialakítás: balról jobbra: Zeiss M12FS35, RCA 5819 és japán (valószínűleg Hamamatsu) gyártmányú DG4. Háromféle kialakítás: balról jobbra: Zeiss M12FS35, RCA 5819 és japán (valószínűleg Hamamatsu) gyártmányú DG4. 4. kép Feu74 tipus huzallábakkal. A csillám távtartón keresztül sejlik a dinódák íves vonala. Feu74 tipus huzallábakkal. A csillám távtartón keresztül sejlik a dinódák íves vonala. 5. kép Ugyanaz a 9 dinódás FES a világ két végéről: RCA 931 és Toshiba 1P21. S4 fotokatódja mindössze 20 mikroamper/lumen érzékeny, de dinódánként 100 V feszültséggel az erősítés kereken egymilliószoros Ugyanaz a 9 dinódás FES a világ két végéről: RCA 931 és Toshiba 1P21. S4 fotokatódja mindössze 20 mikroamper/lumen érzékeny, de dinódánként 100 V feszültséggel az erősítés kereken egymilliószoros 6. kép M3FS19 az egykori NDK-ból (pici cső, 20 milliméteres fotokatód) és EMI 9589KA (nagyobb cső, kb. 100 mm átmérőjű fotokatód) M3FS19 az egykori NDK-ból (pici cső, 20 milliméteres fotokatód) és EMI 9589KA (nagyobb cső, kb. 100 mm átmérőjű fotokatód) 7. kép Pillantás az EMI 9589KA fotokatódján keresztül a csőbe. A katód mögött látszik a tölcsérszerű fémbevonat és a lyukas fémtányér által alkotott lencse. A lyukban az első dinóda zsalugátere látszik. Még néhány drótmaradvány és égésnyom is felismerhető a tányéron: valószinüleg innen párologtatták a fotokatódot. Pillantás az EMI 9589KA fotokatódján keresztül a csőbe. A katód mögött látszik a tölcsérszerű fémbevonat és a lyukas fémtányér által alkotott lencse. A lyukban az első dinóda zsalugátere látszik. Még néhány drótmaradvány és égésnyom is felismerhető a tányéron: valószinüleg innen párologtatták a fotokatódot. A fényképek a szerző saját gyűjteményéből készültek.

Egy szép régi amerikai gyártmányú FES, az RCA 7265. Hossza majdnem 20 centiméter, 14 dinódája van, 2,4 kilovolt tápfeszültségnél az erősítése 9 milliószoros, az eredő érzékenység 1400 A/lm. Az elektroncső gyűjtemények ritka és szép darabjai a fotosokszorozó [3], máshol foto-elektronsokszorozó, röviden FES csövek, mint az a képen mutatott darab is. Fotokatódjuk, dinódának nevezett segédelektródjaik és anódjuk van, természetesen vákuumban. Alapelvük egyszerű: a fotokatódból a fényfoton által kilökött elektron az elektromos tér által felgyorsítva a dinódába ütközik. A dinódából, annak speciális anyaga ( céziummal bevont ezüst -magnézium lemez) révén több elektront tud kilökni, ezek a további gyorsító tér hatására repülnek tovább a következő dinódára. Az utolsó dinódából az elektronok az anódra esnek, a kimeneti jel az anódáram. Egy dinódával is akár ötszörös áramerősítést lehet elérni és vannak 10-14 dinódás csövek is. A fotokatód 100 mikroamper/lumen alatti érzékenysége a sok dinóda után az anódban akár 100 Amper/lumen eredő érzékenységet is eredményezhet. Mivel a dinódánkénti gyorsítófeszültségek, amelyek egyenként 100 V körüliek összeadódnak, a csőre elég nagy feszültséget kell adni. A nagyfeszültséget stabilizálni szokták: ennek ugyanis sokadik hatványával arányos az érzékenység. A legegyszerűbb foto-elektronsokszorozóknak csak egy dinódájuk van. Ezeket fotométerekben és hangosfilmvetítőkben is használták, mondhatjuk, hogy jó érzékeny fotocellaként. A második képen három ilyen eszköz látszik. Közös jellemzőjük, hogy a fotokatód a búra belsejére gőzölt barnás színű fémkeverék, a fény az átlátszó búrarészen keresztül esik rá. Egydinódás tipusok. Balról jobbra feu1, feu2 és feu4. Háromféle kialakítás: balról jobbra: Zeiss M12FS35, RCA 5819 és japán (valószínűleg Hamamatsu) gyártmányú DG4. Ha már több dinóda van, sajátos geometriákat kell kitalálni az elektron "lavina" terelgetésére. Három jellegzetes elrendezés látható a 3. képen. Mindhárom cső fotokatódja a homloklapra gőzölt fém, a fényt a homloklap üvegén át kapják. A cső legfelső, tükröző fémbevonatú részében a fotokatód elektronjait elektrosztatikus "lencse" gyűjti az első dinódára. A cső közepe táján vannak a dinódák, az utolsó dinódánál az anód. A cső alsó része a kivezetéseknek, a getternek ad helyet. A legkorszrűbb a zsalugáterszerű kialakítás, amit az angol nyelvű katalógusok "venetian blind" szóval jelölnek. A dinódák elrendezése különösen jól látszik a 4. képen, ez a legrégebbi stílus egy aránylag korszerűbb kialakítású csőben. Más fotokatód kialakítású az 5. képen látható két FES. Ezekben a fény az elektrosztatikusan árnyékoló ritka dróthálón át jut a fémlemezre párologtatott fotokatódra. Tehát a fotokatód nem kerek, hanem kb. 10 x 30 mm-es téglalap, a fényt a cső tengelyére merőlegesen kell beküldeni a paláston keresztül. Feu74 tipus huzallábakkal. A csillám távtartón keresztül sejlik a dinódák íves vonala. Ugyanaz a 9 dinódás FES a világ két végéről: RCA 931 és Toshiba 1P21. S4 fotokatódja mindössze 20 mikroamper/lumen érzékeny, de dinódánként 100 V feszültséggel az erősítés kereken egymilliószoros A homloklap, amire a fotokatódot gőzölik meglehetősen különböző méretű lehet. Katalógusban lehet 25 cm-es átmérőt is találni. A 6. képen egy kövérebb és egy mini FES látszik együtt. M3FS19 az egykori NDK-ból (pici cső, 20 milliméteres fotokatód) és EMI 9589KA (nagyobb cső, kb. 100 mm átmérőjű fotokatód) A fotokatód spektrális érzékenysége legalább ötféle lehet legalábbis a katalógusokban. Leggyakrabban az S11 jelű katóddal találkozunk, mint a 7. képen is. A színből már sejthetjük, hogy ez a katód kékérzékeny. A kékérzékeny katódot a nukleáris technika használta tömegesen, ez ugyanis illeszkedik a nátriumjodid szcintillátor által kibocsájtott villanás spektrumához [2]. Ritkább a teljes látható tartományban érzékeny katód, ez ránézésre fakó világoskék, de lehet barnás is. Ha a homloklap kvarcüvegből van, lehet ultraibolya érzékeny is a fotokatód [1]. Pillantás az EMI 9589KA fotokatódján keresztül a csőbe. A katód mögött látszik a tölcsérszerű fémbevonat és a lyukas fémtányér által alkotott lencse. A lyukban az első dinóda zsalugátere látszik. Még néhány drótmaradvány és égésnyom is felismerhető a tányéron: valószinüleg innen párologtatták a fotokatódot. A FES csövek érdekessége, hogy az egyszerű működési elv miatt rendkívül gyorsak. Tessék elképzelni, milyen gyorsnak számított 1958-ban az 1. képen levő FES 3 ns anód felfutási ideje (és hogyan mérték meg ?). Ha hozzájutunk egy igazi FES csőhöz érdemes kipróbálni. A katalógus szerinti feszültségosztót kell rákapcsolni, az anódba pedig egy 100 mikroamperes árammérőt tehetünk. A nagyfeszültséget csak akkor kapcsolhatjuk rá, ha a fotokatód teljes sötétségben van. Szokták mondani, hogy a fotokatódot még kikapcsolt tápfeszültség esetén is óvni kell az erős fénytől (napsütéstől). Ha a működő cső katódjára nagyon gyenge fényt engedünk megjön az anódáram. Kipróbálhatjuk például, hogy 0,3 mA nyitóárammal mekkorát világít egy LED 20 cm távolságba. Mielőtt persze összeraknánk a nagyfeszültségű tápot meg az osztót érdemes a csövet egyszerű fotocellaként kipróbálni, hogy egyáltalán működőképes-e. Fotocella anódnak az első dinódát használhatjuk. Ha van fókuszelektród, azt is kössük hozzá. Már 20-30 Volt anódfeszültséggel látnunk kell az áramot.

 

Felhasznált irodalom:

[1] PHILIPS	Electron tubes Part 6, June 1970 (angol nyelvű katalógus, 16 oldalas gyakorlati bevezetővel, kb. 250 oldalnyi FES adatlap)
[2] Hartmann Werner, Bernhad Fritz:	Fotovervielfacher und ihre Anwendung in der Kernphysik, Akademie Verlag Berlin, 1957, 185 oldal
[3] Valkó Iván Péter:	Elektroncsövek és félvezetők, Tankönyvkiadó 1974, 766 oldal (16.2.A fejezet, mindössze 1 oldal)