DE2832965A1 - Anordnung fuer ortsempfindliche detektion von photonen- und/oder teilchenstrahlung - Google Patents

Description

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"Anordnung für ortseiapfindliche Detektion von Photonen- und/oder Teilchenstrahlung"

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für ortsempfindliche Detektion von Photonen- und/oder Teilchenstrahlung mit Hilfe einer Mikrokanalplatte mit innerer sekundärer Elektronenemission, bei welcher Anordnung die Mikrolcanäle in der Sättigung arbeiten und durch die Mes-

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sung von Ausgangsladungen die einfallende Strahlung orten.

Die bekannten Anordnungen, die einen Mikrokanalplatten enthaltenden Elektronenvervielfacher besitzen, verstärken lediglich die Signale, unabhängig vom Ort der detektierten Strahlung. Die Informationen über den Ort der Strahlung wird hier nicht durch die Verwendung des Elektronen-^tikrokanalplatten)Vervielfachers erhalten und es ist notwendig, zusätzliche Mittel zum Erhalten der· erwähnten Ortsinformationen einzusetzen.

Diese Mittel enthalten im allgemeinen einen Kollektor, der die Ausgangsoberflache des Elektronenvervielfachers wenigstens teilweise bedeckt und beispielsweise ein Mehranodenkollektor in Form diskreter" Anoden, ein Cross-bar-System, ein Kollektor vom C. CD.-Typ (Charge Coupled Device) oder ein Leuchtstoff schirm ist.

Die zusätzlichen Mittel werden in der erfindungsgemässen Anordnung nicht mehr benötigt. Die Informationen über die Position (Ort) der detektierten Strahlung wird durch die Messung der am Ausgang des Elektronenvervielfachers detektierten Ladungsmenge erhalten, die der einfallenden Strahlung entspricht. Zum Erhalten der Ortsinformationen über die detektierte Strahlung durch die erwähnte Messung ist einerseits die Anordnung derart ausgeführt, dass der Vervielfachungs-

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faktor vom wirksam benutzten Oberflächenteil des Elektronenvervielfacher s abhängig ist, während zum andern der Vervielfachungsfaktor geringe Schwankungen in der Grössenordnung von einigen Prozent erfährt.

Eine Anordnung, auf welcher die"Erfindung weiter basiert, ist die Anordnung gemäß der Beschreibung in der deutschen Patentanmeldung P 28 09 151.2 der Anmelderin. Nach der erwähnten Anmeldung wird eine seringe Schwankung im Vervielfachungsfaktor durch die Verwendung zweier miteinander kombinierter Mikrokanalplatten erhalten, wobei jeder Mikrokanal der der einfallenden Strahlung zugewandten Mikrokanalplatte während der Vervielfachung im Ladungssättigungszustand arbeitet, während die Mikrokanale der zweiten Mikrokanalplatte im Oberflächensättigungszustand für jeden benutzten Mikro-■ kanalteil arbeiten. In der ersten Mikrokanalplatte erfährt jedes einzelnen Elektron eine Vervielfachung, bei der der Vervielfachungsfaktor durch ein einfaches Elektronspektrum gekennzeichnet ist (Kurzbezeichnung: S.E.U.

und beschrieben in "Acta Electronica", Band 11, Nr. 1,

S. 99··»205, Januar 1971)> das die Form einer Gaussischen Glockenkurve mit geringer Halbwertbreite A Q besitzt, die einem Auflösungsvermögen · für die Ausgangsladung Q der Mikrokanalplatte entspricht, wobei das Auflösungs-

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vermögen bedeutend geringer als 100$ ist. Jede mittlere Ladung Q aus einem Mikrokanal der ersten MikrokaisLplatte, welche beispielsweise einem am Eingang dieses Kanals eingefangenen Elektron entspricht, erreicht den Eingang einer entsprechenden Anzahl von Mikrokanälen einer zwei— .ten Platte, in der der Durchmesser der Mikrokanäle viel geringer als der Durchmesser der· Mikrokanäle der ersten Platte ist. Die erwähnten mittleren Ladungen sind gross genug und die Schwankungen _+ —-— der erwähnten Ladungen genügend geschwächt, damit unter Berücksichtigung der den Hauptflächen der ex-wähnten zweiten Mikrokanalplatte zugeführten elektrischen Potentiale die erwähnten Ladungen in der zweiten Mikrokanalplatte eine Verstärkung erfahren, die einen Oberflächensättigungszustand für jeden Mikrokanalplattenteil auslösen wird, der durch jede erwähnte mittlere Ladung benutzt wird, unabhängig von den Schwankungen der erwähnten Ladungen am Ausgang der ersten Mikrokanalplatte. Auf diese ¥eise entspricht jedes am Ausgang der ersten Mikrokanalplatte detektierte Elektron einer nahezu gleichen Ladung Qmax, die höchstens beispielsweise um einige Prozent schwankt und der maximalen Ladung entspricht, die im Sättigungszustand von jedem Mikrokanalplattenteil der zweiten Mikrokanalplatte während der Vervielfachung jeder Elementarladung geliefert werden kann. Nach der erwähnten Patentanmeldung ist also das endgültige Ergebnis, dass durch

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die starke Verringerung der Schwankungen im Vervielfachungsfaktor die ursprüngliche Quantifizierung der elektronischen Ladungen am Eingang nach grosser Verstärkung 'aufrechterhalten bleibt, was für die Detektion

.5 und die Zählung der erwähnten Ladungen besonders wichtig ist. Es werden jedoch keine Informationen über den Oi-t der eingefangenen Strahlung gegeben.

In der erfindungsgemässen Anordnung werden die beschriebenen und auf diese Weise arbeitenden kombinierten Mikrokanalplatten dazu verwendet, die geringen Schwankungen im Vervielfachungsfaktor aufrechtzuerhalten, jedoch wird ihre Struktur geändert, um Informationen über den Ort der auf tiebenden Strahlung zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Erkeirfcnis zugrunde, dass die Ladung Qmax, die von einem im Oberflächensättigungszustand arbeitenden Mikrokanalplattenteil geliefert wird stark vom elektrischen Feld der ersten Verstärkungsstufe für die Elektronen abhängig ist. Die Erfindung liefert eine Mikrokanalplattenstruktur mit einer elektrischen Feldverteilung am Eingang der Mikrokanäle der zweiten MikrokanäL-platte, die im wesentlichen "parallel zur ersten Mikrokanalplatte verläuft. Für diese Struktur gibt es eine zweideutige Beziehung zwischen der elektrischen Feldstärke und der von jeder Strahlung angeregten Zone, wobei es durch die Messung der Ausgangs ladung Qmax, die einer Strahlung entspricht, mög-i

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lieh, ist, die angeregte Zone zu identifizieren und die Strahlung zu orten. ¥enn t, die dielektrische Konstante des Mikrokanalplattenmaterials bezeichnet und S die dielektrische Konstante des von jeder Strdiung angeregten Ober— flächenteils der zweiten Mikroka.nalplatte ist, ist der

Wert der übereinstimmenden Ausgangsladung gemäss der Angabe in der erwähnten französischen Anmeldung eine steigende Funktion des zusammengesetzten variablen Parameters: CS(E_O - E₁) #-S( AV _ _Ei) ' ₍₁)

worin E das elektrische Feld am Ausgang der Kanäle bezeichnet, das einem Vervielfachungsfaktor 1 'je Vervielfachungspegel entspricht, während E das Feld am Eingang bezeichnet, das ungefähr gleich dem Quotienten des Potentialunterschieds ^V zwischen den Hauptflächen und der Dicke 1 des Mikrokanalplattenteils ist.

Dadurch bietet die Erfindung zwei Möglichkeiten zur Verwirklichung einer nicht gleichmässigen Verteilung des Feldes E des ersten Vervielfachungspegels der zweiten Mikrokanalplatte.

Nach einer ersten Möglichkeit wird diese Feldverteilung durch einen gleichmässigen Pofentialunterschied zwischen den Hauptflächen der zweiten Mikrokanalplatte und einer variablen Dicke 1 der zweiten Mikrokanalplatte erreicht; nach einer zweiten Möglichkeit ist die Dicke der zweiten Mikrokanalplatte konstant und der Potential-

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unterschied variiert entlang den Hauptflächen der zweiten Mikrokanalplatte.

Erfindungsgemäss "wird also eine Anordnung zum Detektieren und Orten einzelner Photonen- und/oder Teilchenstrahlungen erhalten, welche Anordnung nacheinander, j in Richtung auf die Verschiebung der Strahlung gesehen,
nötigenfalls einen Umsetzer zum Umsetzen der Strahlung
4,Ti Elektronen, einen Elektronenvervielfacher aus einer
ersten Platte mit Mikrokanälen für sekundäre Elektronenemission und mit parallelen Hauptflächen und einer zweiten Mxkrokanalplatte,'die an der ersten Mxkrokanalplatte angebracht ist, und,ein System zum Sammeln und Messen
der elektrischen Ladungen am Ausgang des Mikrokanalplat— tenverstärkers enthält, wobei den Hauptflächen der Platten verschiedene elektrische Potentiale zugeführt werden und diese 'Potentiale von der äussere'n Hauptfläche der ersten Platte der schichtweise gestapelten Mikrokanalplatten in Richtung auf die äussere Hauptfläche der zweiten
Platte der schichtweise gestapelten Platten erhöhen, wobei der Durchmesser der Mikrokanäle der zweiten Platte kleiner als der Durchmesser der Mikrokanäle der ersten Platte ist, während einerseits die den Hauptflächen der ersten Platte zugeführten elektrischen Potentiale auf jeder dieser Hauptflächen gleichmässig und ausserderu derax-tig

sind, dass jeder Mikrokanal der erwähnten ersten Platte

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im Sättigungszustand bei der Vervielfachung eines einfachen Elektrons arbeitet und zum andern die den Hauptflächen der zweiten Platte zugeführten Potentiale derart sind, dass unter Berücksichtigung der Ausgangsladung der ersten Platte, die die Folge der erwähnten Vervielfachung eines einfachen Elektrons ist die erwähnte zielte Platte stellenweise im Oberflächensättigungszustand bei der Vervielfachung der erwähnten aus der ersten Platte herrührenden Ladung arbeitet. Die erfindungsgemässe Anordnung ist dadurch ge- - kennzeichnet, dass die geometrische Struktur der zweiten Mikrokanalplatte zusammen mit dem elektrischen Potential an der Ausgangshauptfläche dieser Platte dafür sorgen, dass .die Verstärkung am Ausgang der zweiten Mikrokanalplatte und mit der Wert der einem Strahlungsquantum entsprechenden Ladung von der Einfallsstelle der erwähnten Strahlung abhängig ist. Vorzugsweise hat die erste Mikrokanalplatte gebogene Mikrokanäle oder chevronstreifenartig Kanäle, um bei einem sehr hohen Vervielfachungsfaktor (1O beispielsweise) ohne die Gefahr einer wesentlichen Ionenrückkopplung arbeiten zu können.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Struktur der zweiten Mikrokanalplatte und die elektrische Feldverteilung derart, dass in einer Detektionsebene die Ortung.der Strahlung zeilenweise er—

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folgen kann. ·

Dazu hat die zweite Mikrokanalplatte beispielsweise ebene Hauptflächen, die einen Dieder (Zweiebenenwinkel) bilden, und die Ausgangshauptfläche der zweiten Platte wird auf ein gleichmässiges Potential gebracht. Die Stelle der Strahlung wird in einer Richtung senkrecht auf der Seite des Dieders gemessen. Nach einer anderen Ausführungsform, bei der die zweite Mikrokanalplatte parallele und ebene Hauptflächen hat und das Potential an ihrer Ausgaiigshauptf lache linear gemäss einer Richtung variiert und konstant ist nach einer der Senkrechten auf der erwähnten Richtung, wird der Ortshinweis der Strahlung in der erwähnten Richtung erhalten.

Nach weiteren Ausführungsformen ist es durch die - Struktur der zweiten Mikrokanalplatte und das ihrer Ausgangshauptflache zugeführte Potential möglich, den Ortshinweis in zwei Richtungen zu erhalten. Eine Anordnung, die einen splchen Vorgang ermöglicht, enthält eine zweite Mikrokanalplatte mit parallelen ebenen Hauptflächen, deren Ausgangshauptfläche mit einer mäanderförmigen Widerstandsschicht versehen ist, zwischen deren Enden ein elektrisches Potentialunterschied angelegt wird. Nach einer anderen Ausführungsform ist die zweite Mikrokanalplatte treppenförmig mit zueinander parallelen Stufen ausgeführt und die oberen Flächen der Stufen bilden mit der Eingangshauptfläche einen

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Winkel und alle ein mit dem Potential der Eingangshauptfläche gleiches Potential führen.

Andere Anordnungen, die es ermöglichen, Ortshinweise der Strahlung nach zwei Richtungen zu erhalten, verwenden Anordnungen, die Stellenhinweise in einer einzigen Richtung ergeben, und sind mit einem Spalt versehen, der den Eingang der Anordnung in einer Richtung abtastet, die einen Vinkel mit der erwähnten Richtung bildet, wobei der erwähnte Spalt vor dem Umsetzer angeordnet ist, der die Strahlung in Elektronen umwandelt.

Nach einer besonderen Ausführungsform wird die Stelle der Strahlung mit Polarkoordinaten bezeichnet. Dazu ist die Ausgangshauptfläche der zweiten Mikrokanalplatte konkav oder konvex und ausserdem rotationssymmetrisch um eine Achse, die senkrecht auf der ersten Mikrokanalplatte steht, wobei der erwähnten Ausgangshauptfläche ein.gleichmassiges Potential zugeführt wird; ein Schlitz, der sich um die Drehungsachse dreht und vor dem Umsetzer Strahlung-Elektronen angeordnet ist, tastet den Eingang der Anordnung ab. ·

Die erwähnten Ausführungsformen lassen nahe der

Grenze des Auflösungsvermögens eine Auflösung in der Grössenordnung von 100 Punkten über die ganze Breite des Vervielfachers zu, was unter Berücksichtigung der Einfachheit der Struktur des erwähnten Vervielfachers besonders vorteilhaft ist.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Anordnung in der Perspektive, in der eine zweite Mikrokanalplatte eine einheitliche Dicke hat \und das Potential an der Ausgangshauptflache der erwähnten zweiten Mikrokanalplatte schwankt.

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Anordnung, deren zweite Mikrokanalplatte eine nicht einheitliche Dicke hat.

Fig. 3 eine Anordnung in der Perspektive, bei der drei Mikrokanalplatten übereinander angeordnet sind, wobei zwei der erwähnten Mikrokanalplatten eine nicht einheitliche Dicke haben,

Fig. h eine Anordnung in der Perspektive, bei der' die zweite Mikrokanalplatte eine einheitliche Dicke hat, während die Ausgangshauptfläche dieser zweiten Mikrokanalplatte mit einer mäanderförmigen ¥iderstandsschicht versehen ist,

Fig. 5 eine Anordnung in der Perspektive, deren zweite Mikrokanalplatte eine Treppenform hat, Fig. 6 eine Anordnung in der Perspektive mit einer einen beweglichen Spalt enthaltenen Blende,

Fig. 7 einen Schnitt durch die Anordnung, die die Stelle der Strahlung in Polarkoordinaten angibt.

In Fig. 1 ist ein Teil der Anordnung in der Perpektive dargestellt. In dieser Figur 1 ist ein Umsetzer,

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der die Strahlung in Elektronen umwandelt, nicht dargestellt, d.h. das Organ das unter dem Einfluss der zu detektierenden Strahlung Elektronen aussendet. Bei Photonenstrahlung z.B. ist das erwähnte Organ eine flache Photokathode, die vor dem Eingang der Anordnung aufgestellt ist. Jeder Pfeil 11, 12,

13 gibt eines der isolierten primär zu detektierenden Elektronen an, die auf einer Hauptfläche 16 einer ersten Mikrokanalplatte Ik, die eine einheitlicher Dicke d besitzt, auf treffen, wobei jedes Elektron einer Strahlung entspricht.

An der ersten Mikrokanalplatte lh ist eine zweite Mikrokanalplatte 15 angebracht, deren Dicke d„ ebenfalls konstant ist, und deren Hauptfläche 17 mit der der Hauptfläche 16 gegenüberliegenden Hauptfläche der Mikrokanalplatte 1k zusammenfällt. Die Mikrokanäle i4a, 15a der erwähnten Mikrokanalplatten lh, 15 sind nicht masstabgerecht dargestellt. Die Figur 1 veranschaulicht jedoch den grossen Unterschied zwischen den Durchmessern d, d^T der Mikrokanäle i4a, 15a in den Mikrokanalplatten 14, 15·' der Durchmesser d der Mikrokanäle 1^a der Platte 14 ist nämlich viel grosser als der Durchmesser d¹ der Mikrokanäle 15a der Platte 15· Die Hauptflächen 16, 17 der beiden Mikrokanalplatten 14, 15 sind metallisiert. Hinsichtlich der Hauptflächen 16 und I7 ist der elektrische Widerstand der darauf angebrachten Metallisierung so gering, dass jeder Hauptfläche 16, I7 ein gleichmassiges elektrisches Potential zugeführt werden kann, ins-

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besondere das Potential V. für die Hauptfläche i6 und das ' Potential V~ für die Hauptfläche 17· Dagegen ist der elektrische Widerstand der auf der Hauptfläche 18 angebrachten Metallisierung sehr gross. Auf der erwähnten Metallisierung der Hauptfläche 18 sind zwei parallele Metallstreifen 19

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'und 20 angeordnet, deren elektrischer Widerstand gering ist und denen zueinander verschiedene Potentiale V und V„ derart zugeführt sind, dass das elektrische Potential auf der Hauptfläche 18 linear zwischen den Streifen 19 und 20 in Richtung der x-Ach.se variiert, die senkrecht auf den erwähnten Streifen 19» 20 steht. Parallel zur Hauptfläche und dieser gegenüberliegend ist ein Ladungskollektor (Sammler) in Form einer einfachen Diode 21 angeordnet, welcher dem Potential V_n ausgesetzt ist. Die zugeführten Potentiale V_, V₁-I V„, V„, Vr sind so gewählt, dass durch die Mikrokanäle i4a, 15a der Mikrokanalplatten 14, 15 und durch das ganze System hindurch ein elektrisches Feld von der Hauptfläche 16 bis zur Ano.de3 21 orientiert ist. Da das Potential auf der Hauptfläche 18 mit dem Abstand χ (Achse x) linear variiert, variiert der Potentialunterschied Δ-V zwischen den Hauptflächen 17 und 18 ebenfalls linear mit diesem Abstand x. Die elektrischen Potentiale V_Q, V , V , V„, V. sind so eingestellt, dass die Mikrokanalplatten lh, 15 in. gleicher Weise arbeiten wie in der erwähnten französischen Patentanmeldung beschrieben wurde. Ein Elektron, beispiels-

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weise das mit 12 bezeichnete Elektron, wird zunächst in einem Mikrokanal 1 4a mit dem Durchmesser d stark vervielfacht, wobei der Mikrokanal 14a im individuellen Sättigungszustand arbeitet. Zum.Erhalten eines grossen Vervielfachungs-

faktors, der beispielsweise 10 ohne wesentliche Ionenrückkopplung erreichen kann, enthält die Mikrokanalplatte 14 vorzugsweise gebogene Mikrokanäle 1 4a oder chevronstreifenartige Mikrokanäle. Am Ausgang der Mikrokanalplatte 14 ruft die erwähnte Vervielfachung eine mehrfachelektronische La-

Λ Q

dung Q hervor, deren Schwankung +_ ■ in halber Höhe des einfachen Elektronspektrums derart ist, dass das Auflösungsvermögen kleiner als 100$ ist, und auf 50^ absinken kann. Die Ladung Q ist in den Mikrokanälen 15a mit dem Durchmesser d¹ des Teils der Mikrokanalplatte 15> der gegenüber dem die Ladung Q liefernden Mikrokanal 14a in der Mikrokanalplatte 14 liegt gleichmässig verteilt. Unter Berücksichtigung der Potentiale V„ und V₁, V arbeitet der erwähnte Mikrokanalplattenteil im Oberflächensättigungszustand, und bei einer beliebigen LadungsSchwankung _+ am Eingang. Am Ausgang der Mikrokanalplatte 15 ist die Ladung Qmax durch die Formel (i) gegeben, (siehe Seite 6). Der ¥ert dieser Ladung Qmax ist vom Potentialunterschied A V zwischen den Hauptflächen des Verstärkungsteils der Mikrokanalplatte 15 abhängig, wobei der erwähnte Potentialunterschied selbst von der x-Koordinate abhängig ist. Der Vert der Ladung Qmax, der an der Anode 21 registriert

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wird, gibt die Stelle auf der x-Koordinate an, an der die Strahlung,die das Elektron 12 hervorgerufen hat, eingefallen ist.

Ein kennzeichnendes Beispiel von Elementen, die Teile eirer Vervielfachungstreppe bilden, ist folgendes:

Die Mikrokanalplatte 1^ enthält gebogene Mikrokanäle 14a, bei denen das Verhältnis zwischen ihrer Länge L und ihrem Durchmesser d gleich — = 80 ist; der Durchmesser der Mikrokanäle 1 ha. beträgt d = 40 um; der Potentialunterschied V„ -

V. zwischen den Hauptflächen der Mikrokanalplatte Ik beträgt etwa 1500 V, was hinsichtlich dieser Mikrokanalplatte einen Vervielfachungsfaktor von ungefähr 10 für ein einfaches Elek-

. tron und ein Auflösungsvermögen von ungefähr 50$ ergibt. Die an der Mikrokanalplatte 1^ anliegende Mikrokanalplatte 15 enthält gerade Mikrokanäle 15a der Länge L¹, bei denen das Verhältnis -τη· = ^O ist, und deren Durchmesser d¹ 12,5 Vim beträgt. Der Abstand zwischen den Metallstreifen 19 und 20 in Richtung der x-Koordinate beträgt etwa 3 cm. Der Potentialunterschied V₁ - V_ beträgt 600 V, was bedeutet, dass für ein einfaches Elektron der Vervielfachungsfaktor

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zwischen 5·10 und 5·10 in Richtung der x-Koordinate variiert. Am Ausgang der Mikrokanalplatte I5 ergibt sich auf diese Weise in der x-Koordinate eine LadungsSchwankung von 5·10 bis 5*10 e (e = Ladung des Elektrons) bei einem Auf-. lösungsvermögen = Ο,θ6. Unter Bex^ücksichtigung des Auf-

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lösungsvermögens erhalt man somit in Richtung der x-Koordinate η unterscheidbare Punkte, wobei

In Fig. 2 wird eine weitere Anordnung nach der Erfindung in einem Schnitt durch eine Symmetriefläche der erwähnten Anordnung dargestellt. Wie bereits in Fig. 1 dargestellt, sind erste (14) und zweite (15) Mikrokanalplatte, die aneinander längs der.Jiaüptflache 17 angeordnet sind. Die Mikrokanalplatte 1k enthält vorzugsweise gebogene Mikrokanäle 1 4a oder chevronstreifenax-tige Mikrokanäle. Die Mikrokanalplatte 15 enthält gerade Mikrokanäle 15a mit verschiedenen Längen. Die Hauptflächen 17 und 18 der Platte 15 sind beispielsweise flach und bilden einer Dieder.

seitlich Parallel zur Hauptfläche 18 befindet sich/die Anode 21. Die Hauptfläche 18 ist einem konstanten Potential V_ ausgesetzt, was auch bei den Hauptflächen i6"und 17 der Fall ist, von denen die erste Hauptfläche 16 das Potential V. führt und die zweite Hauptfläche 17 das Potential V_. Diese Potentiale sind derart, dass im ganzen System das elektrische Feld von 16 nach 21 ox-ientiert ist. Ausserdem sind die erwähnten Potentiale derart, dass die Mikrokanäle 14a, 15a der Mikro— kanalplatten 1k und 15 gleiche Funktionen wie in Fig. 1 haben. Die Ladung Qmax, die von einem Teil der Mikrokanalplatte I5 geliefert wird, ist nach der .Formel (i) von der Dicke 1 (bzw. der Dicke d^) der Mikrokanalplatte 15 abhängig. Diese Dicke

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ist in einer senkrecht zur Papierebene der Fig. 2 verlaufenden Richtung konstant, dagegen in Richtung der x-Koordinate veränderlich. Die Messung der von der Anode 21 aufgefangenen 'Ladung ermöglicht somit die Stellen- bzw. Orts- !bestimmung der Strahlung in Richtung, der x-Koordinate. Nach

!einer Abwandlung dieser Ausführungsform zur Ermittlung einer Ladung Qmäx, die entlang der x-Koordinate linear variiert, wird die Hauptfläche 18 der Mikrokanalplat-te 15 derart profiliert, dass ihre Dicke 1 nach einer hyperbolische Funktion in Abhängigkeit von dem Abstand χ variiert.

Um nach einer anderen Abwandlung der Erfindung eine zweite Koordinate hinsichtlich der Stelle der detektierten Strahlung zu erhalten, wurde der einfache Kollektor (Anode 21) der Anordnung nach Fig. 1 oder nach Fig. 2 durch einen Kollektor mit Drähten, die beispielsweise parallel zur Richtung -x verlaufen ersetzt, bzw. wurde der Kollektor durch eine Widerstandsanode ersetzt, die an ihrem Ende mit zwei parallelen Elektroden versehen ist. In diesem Fall wird die Stelle jeder Strahlung elektronisch durch die Messung des Verhältnisses der an beiden erwähnten Elektroden gesammelten Ladungsmengen ermittelt.

Um de Stelle der Strahlung durch zwei Koordinaten anzugeben, benutzt die Erfindung einen weiteren Vervielfacher, der drei übereinander angeordnete und aneinander liegende Mikrokanalplatten Ik, 15, 31 enthält, wie in Fig. 3 darge-

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stellt. Die Mikrokanalplatten 14 und 15 sind mit den Mikrokanalplatten identisch, die mit den Ziffern Ik und I5 in Fig. 2 bezeichnet sind, und funktionieren in gleicher Weise. Am Ausgang der Mikrokanalplatte I5 ist die Ladung, die .an der für die Mikrokanalplatten I5 und 3I gemeinsamen

Metallisierung (Haupfcfläche 18) aufgefangen wird., von der Koordinate χ (Achse Ox) abhängig, d.h. man erhält eine Ladung Q/ ^. Die auf der Mikrokanalplatte 15 liegende dritte \^x J

Mikrokanalplatte 31 ist keilförmig ausgebildet und ihr orthogonaler Querschnitt hat eine Rippe, die mit Oy parallel verläuft. Die elektrischen Potentiale zum Speisen der Haupt— flächen 17> 18 der Mikrokanalplatten 14, I5 sind so gewählt, dass die Mikrokanalplatte 31 ebenfalls im Oberflächensättigungszustand arbeitet, wobei sie die Ladung Q/ ■. am Ausgang der Mikrokanalplatte 15 zur Erzeugung einer Ladung Qy/ ■> vervielfacht, die von Q/ ^, d.h. vom Abstand χ abhängig ist. Dies bedeutet, dass zur Bestimmung der Stelle auf der zweiten Koordinate y, an der die Strahlung auftritt, die Grossen Q/ χ und Q / χ gleichzeitig von einer Recheneinheit verarbeitet werden müssen. Um das Auflösungsvermögen des Systems nicht zu beeinträchtigen, ist der Durchmesser der Mikrokanäle der Mikrokanalplatte 31 viel kleiner als derjenige Durchmesser d¹ der Mikrokanäle 15a der Mikrokanalplatte 15·

Fig. h zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung zur Ermittlung des Ortes der Strahlung in zwei Ko-

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ordinaten durch den ausschliesslichen Gebrauch zweier Mikrokanalplatten 14 und 15 nach Fig. 1. Die auf der Hauptfläche
18 angeordnete Metallisierung wird durch einen mäanderförmigen ¥iderstandsstreifen ^-1 mit kleinem Schritt gebildet, wobei verschiedene Potentiale V₁ und V„ an die entsprechenden
. Enden h2 und V3 des Yiderstandsstreifens hi gelegt werden.
Es besteht also ein Potentialunterschied zwischen den Hauptflächen 17> 18 der Mikrokanalplatte 15 und dieser Potentialunterschied schwankt vom einen Punkt der Mikrokanalplatte 15 zum anderen, so dass die Ladung Qmax am Ausgang der Mikrokanalplatte 15 für die Stelle charakteristisch ist, an dexdie detektierte Strahlung auftritt.

In einer anderen Ausführungsform wird die Stellenbezeichnung der Strahlung nach zwei Koordinaten durch eine

sehr besondere Struktur der Mikrokanalplatte 15 erhalten.

Diese Struktur ist in der Perspektive in Fig. 5 dargestellt. Die Fig. 5 zeigt ebenfalls die Mikrokanalplatte 14, deren
Mikrokanäle 1^a beispielsweise gebogen sind (nicht dargestellt) . An der Seite ihrer Ausgangshauptfläche ist die Mi-

krokanalplatte 15 treppenförmig und sind die auf diese Weise gebildeten "Stufen" 50 identisch und zueinander parallel.
■ Die Oberflächen 51 und die Gegenstufen 52 der erwähnten Stufen 50 sind durch entsprechende senkrecht zueinander stehende Ebenen verwirklicht. Die Mikrokanäle münden praktisch

an der Senkredten an den oberen Flächen der Stufen aus,

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und sind parallel zu den Gegenstufen 52. Die Seiten der - Dieder, die einerseits durch die Hauptflache 17 (gemeinsam mit der Platte 1k) der Mikrokanalplatte 15 und zum andern durch eine obere Fläche einer Stufe gebildet sind, verlaufen parallel mit der Achse Oy. Die Achse Ox ist parallel zur Schnittlinie der Ebene der Gegenstufen und der Hauptfläche 17· Die Länge der zu einer gleichen Stufe 50 gehörenden Miarokanäle ist nur vom Yert χ abhängig und ändert sich sprunghaft in der Richtung Oy von der einen Stufe 50 zur anderen. Die oberen Flächen 51 der Stufen 50 sind metallisiert und einem gleichen elektrischen Potential in bezug auf die oberen Flächen der Hauptflächen l6 und 17 derart ausgesetzt, dass alle Stufenteile der Mikrokanalplatte 15 i^m Oberflächensättigungszustand arbeiten. Die Ladung Qmax, die am Ausgang einer Stufe 50 zur Verfügung steht und der Formel (i) entspricht, ist dabei nur von der x-Koordinate und von der Stufe 50 abhängig, die für die Vervielfachung benutzt wurde. Auf diese Weise ist eine Ortsbestimmung der Strahlung in y-Richtung möglich. Die Ortsbestimmung kann verbessert werden, wenn jede Stufe 50 nur eine geringe Breite B hat.

Nach einer weiteren Ausführungsform werden miteinander zu kombinierende Mikrokanalplatten 1^ und I5 nur für die Ortsermittlung einer Strahlung entlang nur einer einzl- gen Koordinate benutzt, wobei die andere Koordinate mit

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Hilfe sequentieller Analysemittel bestimmt wird, die sich vor dem Eingang oder vor dem Ausgang des aus zwei miteinander verbundenen Milcrolcanalplatten 1^- und 15 gebildeten Systems bewegen«

Fig. 6 veranschaulicht eine derartige Ausführungs-

■ form der Erfindung. Die erste Koordinate χ wird mit Hilfe zweier aneinander angebrachter Milcrolcanalplatten 14 und 15 erhalten, wobei die Länge der Mikrokanäle (nicht dargestellt) in der Mikrokanalplatte 15 nur in der Richtung χ schwankt.

Eine derartige Anordnung wurde bereits anhand der Fig. 2 näher erläutert. Vor dem Eingang der Platte 14 und dem Organ für die Lieferung der Elektronen, die der zu detektierenden Strahlung entsprechen (wobei eine Photokathode erwähnt ist im Falle eines Photonendetektors) wird bei konstanter Geschwindigkeit der Spalt 61 bewegt, der senkrecht auf der Seite des von den Hauptflächen 17 und 18 der Platte 15 gebildeten Dieders orientiert ist. Die Position des Spalts 61 bei der Detektion einer Strahlung ( Messung einer Ladung Qmax) liefert die zweite Koordinate y. Um die Position des Spalts auf genaue Weise zu bestimmen, erfolgt die Bewqguuig des Spalts synchron mit einer Zeitbasis, die zum gleichen Zeitpunkt wie die erwähnte Bewegung eingeschaltet wird. Der erwähnte Spalt 61 kann mehrere Formen aufweisen. Er kann ein ausschliesslich mechanischer Spalt sein (Oeffnung in einem sich bewegenden Schirm), oder er kann als elektroop-

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tischer Spalt ausgebildet sein, beispielsweise in Form einer optischen Transparenz, die sich im Innern eines elektrisch gesteuerten Materials befindet, z.B. in einem Flüssigkristall.

In einer anderen Anordnung, nach der Erfindung, die in einem Schnitt durch eine Symmetrieebene in Fig. 7 dargestellt ist, enthält die Vervielfachungsstufe eine bereits beschriebene Mikrokanalplatte ΛΚ mit parallelen Hauptflächen i6 und 17 und eine Miki"okanalplatte 15 > die an der Mikrokanalplatte 14 angebracht ist. Die Ausgangshauptflache 18 der Mikrokanalplatte 15 ist jedoch konkav oder konvex. Eine Sammelanode 71 j die die gleiche Form wie die Ausgangshauptfläche 18 hat, befindet sich in ihrer Nähe. Die Achse AA¹ ist eine Rotationssymmetrieachse des Vervielfachers. Am Ausgang der Mikrokanalplatte 15 befinden sich somit Zonen mit konstantem Vervielfachungsfaktor, die auf zur Rotationssymmetrieachse AA¹ konzentrischen Kreisen liegen, deren Kreisebene senkrecht zur RotationsSymmetrieachse AA' verläuft. Ein Spalt (nicht gezeichnet), der sich vor dem die Strahlung in Elektronen umsetzenden Organ befindet und von dem eines seiner Enden eine feste Position auf der Achse AA¹ einnimmt, dreht sich in einer Ebene, die senkrecht auf der Achse AA¹ steht. Auf diese Weise kann die Ortsbestimmung der Strahlung in Polarkoordinaten erfolgen, wobei eine Koordinate durch Messung der Ladung Qmax am Ausgang des Ver-

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vielfachers an der Anode 71 erhalten wix-d und sich auf den Radius bezieht, wahrend die andere durch die Messung der Position des Spalts erhalten wird und sich auf den Winkel bezieht.

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   PATENTAJSTSPRUECHE:

   Anordnung zum Detektieren und Orten einzelner Photonen— und/oder Teilchenstrahlungen, welche Anordnung nacheinander,in der Verschiebungsrichtung der Strahlung gesehen, nötigenfalls einen Umsetzer zum Umsetzen der

   ι Strahlung in Elektronen, einen Elektronenvervielfacher aus einer ersten Platte mit Mikrokanälen für sekundäre. Elektronenemission und mit parallelen Hauptflächen, und einer zweiten Mikrokanalplatte, die an der ersten Mikrokanalplatte angeordnet ist, und ein SjBteni zum Sammeln und Messen der elektrischen Ladungen am Ausgang des Mikrolaaalplattenverstärkers enthält, wobei den Hauptflächen der Platten verschiedene elektrische Potentiale zugeführt werden und diese Potentiale von der äusseren Hauptfläche der ersten Platte der schichtweise gestapelten Mikrokanalpiatten in Richtung auf die äussere Hauptfläche der zweiten Platte der erwähnten schichtweise gestapelten Platten erhöhen, wobei der Durchmesser der Mikrokanäle der zweiten Platte kleiner ist als der Durchmesser der Mikrokanäle der ersten Platte, während einerseits die den Hauptflächen der ersten Platte zugeführten elektrischen Potentiale gleichmässig auf jeder dieser Hauptflächen und ausserdem derart sind, dass jeder Mikrokanal der erwähnten ersten Platte im Sättigungszustand bei der Vervielfachung eines einfachen Elektrons arbeitet, und zum andern die den Haupt-

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   flächen der zweiten Platte zugeführten Potentiale derart sind, dass unter Berücksichtigung der Ausgangsladung der ersten Platte, die die Folge der erwähnten Vervielfachung eines einfachen Elektrons ist, die zweite Platte stellenweise im Oberflächensättigungszustand bei der Vervielfachung der von der ersten Platte herrührenden Ladung arbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Struktur der zweiten Mikrokanalplatte zusammen mit dem elektrischen Potential an der Ausgangshauptfläche dieser Platte dafür sorgen, dass die Verstärkung am Ausgang der zweiten MikrokareL-platte und damit der Wert der einem Strahlungsquantum entsprechenden Ladung von der Einfallsstelle der erwähnten Strahlung abhängig ist.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle der ersten Mikrokanalplatte gebogen oder chevronstreifenartig sind.

   3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 für die Bestimmung einer Koordinate χ der Stelle, an der die Strahlung auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptflächen der zweiten Mikrokanalplatte einen Dieder bilden, dessen Rippe senkrecht auf die Achse der x-Werte stdib, wobei das elektrische Potential an jeder Hauptfläche gleichmässig ist.

   k. Anordnung nach Anspruch 3₅ dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangshauptfläche der zweiten Mikrokanalplatte

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   ein Teil eines hyperbolischen Zylinders ist, dessen Erzeugenden parallel zur Rippe des Dieders verlaufen und derart gebildet sind, dass in einem Plattenschnitt durch eine Ebene hindurch, die senkrecht auf die Rippe des Dieders steht, das Verhältnis zwischen einerseits dem Abstand eines Punkts der Ausgangshauptfläche zur senkrechten Px-ojektion auf der Eingangshauptfläche und zum andern der senkrecht auf der Rippe gemessene Koordinate χ der erwähnten Projektion vom hyperbolischen Typ ist.

   5· Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die. Hauptflächen der zweiten Mikrokanalplatte parallel verlaufen und dass der Eingangshauptfläche der erwähnten Platte ein konstantes elektrisches Potential zugeführt wird, während ein variables elektrisches Potential die Ausgangshauptfläche dieser Platte erreicht.

   6. Anordnung nach Anspruch 5» zur Bestimmung einer !Coordinate χ der Stelle, an der die Strahlung auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass das variable Potential an die Ausgangshauptfläche mit Hilfe einer auf der erwähnten Fläche angebrachten Schicht mit hohem elektrischem ¥iderstand angelegt wird, wobei ein elektrischer Potentialunterschied . zwischen zwei Metallstreifen angelegt wird, deren elektrisches Widerstand gering ist und die parallel mit der Schicht in der Richtung senkrecht auf der Achse der x-¥erte verlaufen.

   7. Anordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet,

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   dass das variable elektrische Potential an der Ausgangshauptfläche mit Hilfe einer streifenförmigen Widerstandsschicht zugeführt wird, die auf der erwähnten Hauptfläche angeordnet ist, wobei die Streifenforiu eine Vielzahl von
   Mäandern mit regelnlässigem kleinem Schnitt enthält, wobei ein elektrischer Potentialunterschied zwischen den Enden
   des erwähnten mäanderfömrigen Streifens angelegt wird.
   8. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangshauptfläche der zweiten Mikrokanalplatte konkav oder konvex ist und insbesondere rotationssymmetrisch um eine Achse, die senkrecht auf der ersten Mikrokanalplatte steht, wobei der erwähnten Ausgangshauptfläche ein konstantes elektrisches Potential zugeführt wird.

   9· Anordnung nach Anspruch 1 odar 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangshauptflache der zweiten Mikrokanalplatte treppenförmig ist, wobei die oberen Flächen der erwähnten Treppenform parallel zueinander sind sowie auch ihre Gegenstufen, wobei die erwähnten oberen Flächen und
   die Eingangshauptfläche dex- zweiten Mikrokanalplatte einen Dieder bilden, und allen oberen Flächen das gleiche konstante elektrische Potential zugeführt wird.

   10. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Mikrokanalplatte ein Dieder mit flachen Seiten ist, und dass die Anordnung eine diederförmige

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   Mikrokanalplatte mit flachen Seiten enthält, die am k\xs~ gang der zweiten Mikrokanalplatte angeordnet ist, wobei der Durchmesser der Kanäle der erwähnten dritten Platte kleinei· als der Durchmesser der Mikrokanäle der zweiten Platte ist, während die Rippen der Dieder in verschiedenen Richtungen orientiert sind und das elektrische Potential an jeder Hauptfläche dex- dritten Platte konstant ist.

   11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3> ^ und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Koordinate y der Stelle der detektierten Strahlung an einem Kollektor mit parallelen Drähten erhalten wird, die senkrecht auf der Richtung Oy siäien und in der Nähe der Ausgangshauptfläche der zweiten Mikrokanalplatte angeordnet sind.

   12. ' Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3> h und 6, dadurch gekennzeddmet, dass die zweite Koordinate y dex-Stelle der delektierten Strahlung an einer Widerstandanode erhalten wird, die an ihren Enden zwei parallele Elektroden enthält und in der Nähe der Ausgangshauptfläche der zweiten Mikrokanalplatte angeordnet ist.

   13· Anordnung räch einem der Ansprüche 3) ^ und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen Spalt enthält, der in bezug auf die Linien mit grösserer Neigung der Ausgangshauptflache der zweiten Mikrokanalplatte in bezug auf ihre Eingangshauptfläche schräg orientiex-t ist, oder noch in bezug auf die Senkrechte auf den äquipotentiallinien

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   der erwähnten Ausgangshauptflächen, wobei sich der erwähnte Spalt senkrecht auf der Längsridtung für die Eingangshauptfläche der ersten Mikrokanalplatte und vor dem Umsetzer Strahlung-Elektronen verschiebt.

   1 ^-. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mit einem Spalt versehen ist, der um die Umdrehu11gsach.se der Ausgangshaupt fläche der zweiten Mikrokanalplatte dreht und sich vor der Aus gang staiptf lache der Mikrokanalplatte und hinter dem Umsetzer Strahlung-Elektronen verschiebt.

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