Die Erfindung betrifft eine Elektronen-Vervielfacher-Anordnung umfassend einen in einem Vakuum anzuordnenden oder angeordneten Elektronen-Vervielfacher, der eine Ausgangsimpedanz aufweist und mit einer Signalauswerte-Vorrichtung, insbesondere Verstärker oder Oszilloskop, die eine Eingangsimpedanz aufweist, wobei zwischen der Anode des Elektronen-Vervielfachers und der Eingangs- Signalleitung der Signalauswerte-Vorrichtung eine Impedanz-Anpassungseinheit vorgesehen ist.

Elektronen-Vervielfacher sind im Stand der Technik bekannt. Typische in

Fachkreisen bekannte Ausführungen sind z.B. Photomultiplier (PMT)oder Multi- Channel-Plates (MCP) oder Micro-Sphere-Plates (MSP).

Alle beruhen im Wesentlichen auf dem Prinzip Elektronen in einem elektrischen Feld zwischen wenigstens zwei Elektroden zu beschleunigen und nach Aufprall auf die Elektrodenoberflächen Sekundärelektronen freizusetzen, was mindestens einmalig, bevorzugt mehrmalig erfolgt. Ein durch Elektronen gebildetes Signal kann so durch die Vervielfachung der Elektronen verstärkt werden.

Anfängliche Elektronen können dabei in einem Elektronen-Vervielfacher selbst erzeugt werden, z.B. in einem sogenannten Photomultiplier, in welchem Photonen durch den äußeren photoelektrischen Effekt aus einer Kathode der

Elektrodenanordnung sogenannte Photoelektronen auslösen, die sodann weiter vervielfacht werden, insbesondere mittels mehreren als Dynoden bezeichneten Elektroden eines Photomultipliers bis zum Auftreffen der Elektronen auf der Anode der Elektrodenanordnung, von wo Sie als Strom abfließen. In einem solchen Photomultiplier sind üblicherweise die Elektroden alle zusammen in einer

Glasröhre in einem Vakuum untergebracht.

Multi-Channel-Plates oder auch Mikro-Sphere-Plates umfassen üblicherweise einen mit Kanälen ausgebildeten Körper bzw. mit Hohlräumen zwischen gesinterten Kugeln ausgebildeten Körper, dessen gegenüberliegende Oberflächen die Kathode und Anode bilden. Zwischen diesen werden von der Kathodenseite auftreffende Elektronen durch die Kanäle oder Hohlräume hindurchbeschleunigt und lösen bei Stößen mit der Oberfläche der Kanäle oder Hohlräume

Sekundärelektronen aus, was zur Vervielfachung führt. Diese beiden Arten von Elektronen-Vervielfachern sind üblicherweise Bauelemente, die zum Betrieb in einer Vakuum-Apparatur eingesetzt werden. Photomultiplier sind häufig in einer Röhrenbauform ausgeführt, bei der in der Röhre selbst bereits ein Vakuum vorliegt.

Es ist bekannt, dass solche oder auch andere hier nicht genannte Elektronen- Vervielfacher eine Ausgangsimpedanz aufweisen, die im Regelfall abweichend ist zu der Eingangsimpedanz einer Signalauswerte-Vorrichtung, die vorgesehen ist, um das Elektronen-Signal auszuwerten. Typische Ausgangsimpedanzen liegen z.B. bei einem Photomultiplier bei ca. 100 bis 200 Ohm, insbesondere 150 Ohm. Eingangsimpedanzen liegen z.B. bei Oszilloskopen und Verstärkern häufig bei 50 Ohm oder bei schnellen Verstärkern, insbesondere Transimpedanz-Verstärkern bei 3 Ohm.

Durch die unterschiedlichen Impedanzen und die daraus resultierende Impedanz- Fehlanpassung kommt es zu ggfs mehrfachen Reflektionen auf den

Leitungswegen zwischen dem Elektronen-Vervielfacher und der Signalauswerte- Vorrichtung. Dies kann den bekannten Effekt des„Ringing“ erzeugen.

Es besteht daher die Notwendigkeit eine Impedanzanpassung zwischen dem Elektronen-Vervielfacher und der Signalauswerte-Vorrichtung einer Elektronen- Vervielfacher-Anordnung dieser Art zu erzielen, wofür eine Impedanz- Anpassungseinheit vorgesehen ist.

Im Stand der Technik ist es bekannt, z.B. aus den Betriebshandbüchern

kommerzieller Photomultiplier, z.B. von der Fa. Hamamatsu, als Impedanz- Anpassungseinheit im einfachsten Fall einzelne Widerstände einzusetzen, um eine Zwangsanpassung der Ausgangsimpedanz an die Eingangsimpedanz zu erzielen.

Der Einsatz solcher Widerstände zum Zweck der Impedanzanpassung hat jedoch den Nachteil, dass sich zum einen das zeitliche Verhalten des Signales eines Elektronenvervielfachers ändern kann und auch, dass die maximal zur Verfügung stehende Signalhöhe, insbesondere also die an der Anode gesammelte

Ladungsmenge auf dem Weg zur Signalauswerte-Einheit reduziert wird.

Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung in einer Elektronen-Vervielfacher- Anordnung der eingangs genannten Art eine verbesserte Impedanz- Anpassungseinheit bereitzustellen, welche eine Signalübertragung mit größerer Signaltreue (hinsichtlich Zeitverhalten) und Effizienz (hinsichtlich Ladungsmenge) ermöglicht.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Impedanz-Anpassungseinheit durch wenigstens einen Transformator ausgebildet ist.

Ein solcher Transformator umfasst wenigstens eine Primärspule und wenigstens eine Sekundärspule. Insbesondere ist es vorgesehen, die Sekundärspule mit einer Seite an die Anode anzuschließen, wobei die andere Seite der Sekundärspule auf Massepotential liegt. So wird ermöglicht, dass ein Ladungsfluss zwischen der Anode und dem genannten Massepotential durch die Sekundärspule möglich ist.

Die wenigstens eine Primärspule des wenigstens einen Transformators liegt mit einer Seite ebenso an Massepotential und ist mit der andere Seite mit der Signalauswerte-Einheit verbunden, insbesondere über deren Eingangs- Signalleitung.

Durch elektromagnetische Energieübertragung zwischen den Spulen des wenigstens einen Transformators wird ein zum Ladungstransport zwischen Anode und Masse korrespondierender Ladungstransport zwischen Signalauswerte- Einheit und Masse erzeugt unter Anpassung der Impedanz, die durch das

Wicklungsverhältnis der primär und sekundärseitigen Spulen bewirkt wird.

So wird die Spule mit der größeren Wicklungsanzahl (hier die Sekundärspule) der Vorrichtung mit der höheren Impedanz zugeordnet, insbesondere somit dem Elektronen-Vervielfacher mit der üblicherweise höheren Ausgangsimpedanz gegenüber der Eingangsimpedanz der Signalauswerte-Einheit. Das

Wicklungsverhältnis zwischen den Spulen der Sekundär- und Primärseite des wenigstens einen Transformators entspricht dabei der Quadratwurzel aus dem Verhältnis der Impedanzen an diesen Seiten.

Vorteilhafterwiese ist abgesehen von unvermeidbaren Konversionsverlusten eine ideale Energieübertragung zwischen Sekundärseite und Primärseite möglich. Signalverluste, wie Sie durch Widerstände erzeugt werden, entfallen somit bei dieser Art der Impedanzanpassung.

Die Erfindung kann vorsehen, dass die Impedanz-Anpassungseinheit über einen Koppelkondensator an die Anode angeschlossen ist. Besonders ist dies bevorzugt, wenn der Elektronen-Vervielfacher mit geerdeter Kathode betrieben wird, um so die Hochspannung der Anode von der Impedanzanpassungs-Einheit zu entkoppeln. Nur alternierende Signale, also der sich zeitlich ändernde

Ladungstransport von der Anode wird über den Kondensator übertragen. Wird hingehen der Elektronen-Vervielfacher mit geerdeter Anode betrieben, so kann der Koppelkondensator entfallen. Die Erfindung kann weiterhin auch vorsehen, dass die Impedanz- Anpassungseinheit über einen Koppelkondensator an die Eingangs-Signalleitung der Signalauswerte-Vorrichtung angeschlossen ist. Hierdurch kann ein eventuelles Spannungspotential am Eingang der Signalauswerte-Vorrichtung von dem

Transformator entkoppelt werden, z.B. eine Bias-Spannung eines Verstärkers.

Besonders bevorzugt kann es bei allen Ausführungen vorgesehen sein, dass die Verbindung zwischen der Anode des Elektronen-Vervielfachers und der im Leitungsweg ersten Wicklung des Transformators (Sekundärwicklung des ersten oder einzigen Transformators) der Impedanzanpassungs-Einheit ohne

Widerstandselemente ausgebildet ist, insbesondere abgesehen von nicht vermeidbaren Leitungswiderständen. Darunter soll verstanden werden, dass dieser Leitungsweg keine zusätzlichen Widerstandselemente umfasst,

insbesondere die der Impedanzanpassung und/oder anderen Zwecken dienen, insbesondere worunter aber nicht solche Widerstande fallen, die sich physikalisch unvermeidbar in den Leitungen selbst ergeben.

Durch den Wert, welcher der Quadratwurzel des Wicklungsverhältnisses des wenigstens einen Transformators entspricht, wird der Anpassungsfaktor zwischen den Impedanzen bestimmt.

Es kann Vorkommen, dass ein nötiger Anpassungsfaktor nicht durch ein

benötigtes Wicklungsverhältnis zwischen Sekundär- und Primärspulen eines einzigen Transformators erzielbar ist. Z.B. kann die Anzahl benötigter Wicklungen der Sekundärseite, die mit dem Elektronen-Vervielfacher verbunden ist, zu hoch sein, als dass diese auf einen gemeinsamen Kern mit der Primärwicklung aufgebracht werden kann. Des Weiteren ist mit einer zunehmenden Anzahl von Wicklungen ein Anstieg der Induktivität verbunden, was sich auf den

Frequenzgang eines Transformators negativ auswirkt. Auch kann es sein, dass bei Rückgriff auf kommerziell erhältliche Transformatoren ein benötigtes Verhältnis nicht zur Verfügung gestellt wird. In z.B. diesen oder auch anderen Fällen, bzw. ganz allgemein kann die Erfindung weiter bevorzugt vorsehen, dass die Impedanz-Anpassungseinheit wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens drei Transformatoren umfasst.

Ein insgesamt nötiges Verhältnis von Wicklungsanzahlen kann so durch das Produkt der Wicklungsverhältnisse aller eingesetzten Transformatoren erzielt werden, insbesondere hierdurch ggfs erst zugänglich gemacht werden. Hierfür wird die Primärspule des im Leitungsweg von der Anode zur

Signalauswerteeinheit ersten Transformators mit der Sekundärspule des nächsten Transformators verbunden, dessen Primärspule mit der Sekundärspule des wiederum nächsten Transformators, ggfs. usw. bis dass die letzte Primärspule an die Eingangsleitung der Signalauswerte-Vorrichtung angeschlossen ist, ggfs über einen Koppelkondensator. Das Aufteilen eines benötigten Wandlungsverhältnisses auf mehrere Transformatoren hat dabei den Vorteil, dass der Frequenzgang insgesamt breiter ist als bei einem Transformator mit demselben Wandlungs- bzw. Wicklungsverhältnis, insbesondere aufgrund der reduzierten Induktivitäten pro Transformator.

Die Erfindung kann weiterhin bevorzugt vorsehen, dass die Primärseite und die wenigstens eine Sekundärseite des wenigstens einen Transformators elektrisch getrennte Massen aufweisen. Hierdurch kann eine Potentialtrennung beider Seiten erzielt werden, insbesondere können so der Elektronenvervielfacher und die Signalauswerte-Vorrichtung auf unterschiedlichen Potentialen betrieben werden.

In weiterhin bevorzugter Ausführung kann es vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Transformator, insbesondere jeder von mehreren

Transformatoren einen Frequenzdurchlassbereich aufweist von kleiner 100 KHz bis größer 400 MHz, bevorzugt kleiner 50 kHz bis größer 500 MHz.

Elektronensignale dieser Bandbreite können so mit hoher Effizienz und zeitlich unverfälscht durch die Impedanzanpassungseinheit durchgeleitet werden.

Die Erfindung wird anhand nachfolgender Figuren näher beschrieben. Figur 1 zeigt eine Ausführung, bei der die Anode A eines Elektronen- Vervielfachers EV, z.B. eines Photomultipliers über einen Widerstand R1 von hier 10 Kilo-Ohm auf Hochspannung gelegt ist. Die Kathode K wird somit hier geerdet betrieben. Die Anode wird über einen Koppelkondensator C1 , von hier z.B. 4,7 nF mit einer Seite der Sekundärsppule SS eines einzigen Transformators T verbunden, deren andere Seite auf Masse liegt.

Die Primärspule PS ist mit einer Seite über einen Koppelkondensator C2, von hier z.B. 100nF an die Eingangsleitung einer Signalauswerte-Vorrichtung SV angeschlossen, z.B. an ein Oszilloskop oder einen Verstärker.

Die Ausgangsimpedanz des Elektronenvervielfachers EV sei hier zu 150 Ohm angenommen und die Eingangsimpedanz zu 50 Ohm, so dass eine

Impedanzwandlung von 3:1 benötigt wird. Es muss somit der Transformator aus den Spulen SS und PS ein Wicklungsverhältnis von 1 ,73:1 aufweisen.

Bei einer angenommenen Eingangsimpedanz von nur 3 Ohm müsste das

Wicklungsverhältnis 7,07:1 sein.

Bei dieser Ausführung liegen die Primärseite und die Sekundärseite des

Transformators auf demselben Massepotential.

Erkennbar ist, dass im Leitungsweg zwischen Anode A und Masse sowie zwischen Masse und Eingangsleitung EL der Signalauswerte-Vorrichtung SV keine Widerstandselemente angeordnet sind, mit Ausnahme der nicht

vermeidbaren, insbesondere aber nahezu vernachlässigbaren

Leitungswiderstande.

Figur 2 zeigt eine andere Visualisierung der Erfindung, bei der im Vergleich zur Figur 1 der Koppelkondensator C1 nicht gezeigt ist, aber ebenso vorhanden sein kann. Hier weisen die Sekundärspule SS und die Primärspule PS des Transformators T grundsätzlich getrennte Massen auf, die über einen Widerstand R4 verbunden sein können. Dieser Widerstand kann entfallen, sofern eine vollständige Potentialtrennung beider Seiten gewünscht wird. Ansonsten

entspricht die Figur 2 der Ausführung gemäß Figur 1.

Im Beispiel der Figur 3 ist die Impedanz-Anpassungseinheit durch hier insgesamt drei Transformatoren T1 , T2, T3 ausgebildet. Die Transformatoren T1 , T2 und T3 erzeugen insgesamt in diesem Beispiel eine Impedanzanpassung um den Faktor 50, also von 150 Ohm seitens des Elektronenvervielfachers EV auf 3 Ohm seitens der Signalauswerte-Vorrichtung SV. Die Impedanzanpassungen der einzelnen Transformatoren multiplizieren sich hier zu dem benötigten Wert. Dies hat z.B. den Vorteil, dass auf mehrere, z.B. kommerziell erhältliche Transformatoren

zurückgegriffen werden kann, die jeweils einzeln das benötigte

Anpassungsverhältnis nicht bereitstellen können.

Auch hier können die Transformatoren beidseits an derselben oder an getrennten Massen angeschlossen sein. Insbesondere können die Widerstände R2 und R3 entfallen, um eine vollständige Trennung zu bewirken. R1 kann ebenfalls entfallen.

Figur 4 zeigt die Unterschiede in einem integrierten Ladungssignal unter Einsatz einer im Stand der Technik bekannten Zwangsanpassung mit einem Widerstand, hier z.B. 100 Ohm in Serie zur Anode mit einer gestrichelten Linie und unter Einsatz der Erfindung mit einer durchgezogenen Linie.

Erkennbar ist es, dass unter Einsatz der Erfindung im Mittel für das Signal ein höheres Ladungsintegral vorliegt, woraus man auf eine erhöhte Effizienz der Impedanzanpassung im Vergleich zum Stand der Technik schließen kann.