Fotomultiplier RCA 7764
Von Jens Romeikat bekam ich zwei
Fotomultiplier-Röhren RCA 7764. Sie wurden mit einer Fokussierungsspule
eingesetzt, die aber laut Datenblatt (https://frank.pocnet.net/sheets/049/7/7764.pdf)
nicht unbedingt erforderlich sind. Für einen ersten Test brauche ich
eine Hochspannungsquelle und acht hochohmige Widerstände mit 10 MOhm.
Die Röhre hat einen Noval-Sockel und arbeitet mit sechs Dynoden. Das
Datenblatt empfiehlt eine Betriebsspannung von 1200 V. Die Fotokathode
ist die linsenförmige Front der Röhre mit einer dünnen Metallisierung.
Photonen lösen hier Elektronen aus, die zu der ersten, mit 300 V
positiv geladenen Dynode beschleunigt werden. Dort schlagen sie
Sekundärelektronen frei, die mit 150 V zur zweiten Dynode beschleunigt
werden. Zur jeweils folgenden Dynode und am Ende zur Anode besteht eine
Potentialdifferenz von jeweils 150 V. Jedes Elektron schlägt beim
Aufschlag auf eine Dynode etwa vier Sekundärelektronen frei. Bei sechs
Dynoden wird eine Verstärkung von ca. 5000 erreicht. Die
Empfindlichkeit liegt dann in der Größenordnung Mikrolumen.
Für den Versuch habe ich meinen vorhandenen Hochspannungsgenerator
für negative Spannungen umgebaut. An der Kathode soll dann bis zu ca.
-1kV liegen, an der Anode etwa 0 V. Der Spannungsteiler verwendet acht
Widerstände mit 10 MOhm, wobei zwei in Reihe zwischen Kathode und
Dynode1 liegen. Als Arbeitswiderstand liegen 100 kOhm in der
Anodenleitung. Der Spannungsabfall am Anodenwiderstand wird mit einem
DVM oder dem Oszi gemessen. Die Widerstandkette ist eigentlich viel zu
hochohmig für eine genaue Messung. Aber erstens bringt mein
Spannungswandler nicht genügend Leistung für kleinere Widerstände. Und
zweitens erreiche ich damit eine Schutzfunktion. Wenn zu viel Licht auf
die Kathode fällt, bricht schon die Dynodenspannung ein, sodass die
Verstärkung automatisch reduziert wird. Der Anodenstrom kommt dann nie
über wenige Mikroampere hinaus. Der Grenzwert von 5 mA wird sicher
eingehalten.
Bei
mittlerem Umgebungslicht messe ich mit meinem DVM zwischen Kathode und
Dynode1 ca.160 V, zur Dynode 2 nur 60V und in den folgenden Stufen 32
V, 3V, 11 V, 30 V und 45 V. Weil das DVM einen Innenwiderstand von 10 M
hat, messe ich jeweils an einem 10M-Widertsand und verdopple die
abgelesene Spannung. Das ist zwar nichts genaues, reicht aber für
diesen Zweck. Ich erkenne, dass die Gesamtspannung vom Spannungswandler
nur ca. 340 V beträgt. Und in der dritten Stufe ist der Strom bereits
so groß, dass die Spannung völlig einbricht und der Strom deutlich
reduziert wird. Am Anodenwiderstand liegen 300 mV, der Anodenstrom
beträgt also 3 µA
Für
eine sinnvolle Messung muss ich zuerst einmal für absolute Dunkelheit
sorgen. Dazu habe ich eine Zipfelmütze aus Alufolie gebaut. Die
Ausgangsspannung sinkt nun auf 3 mV, der Anodenstrom also auf 30 nA.
Die Messung am Spannungsteiler zeigt nun eine gleich verteilte Spannung
mit 45 V an jedem Widerstand, also insgesamt 360 V. Bisher hatte
ich den Spannungswandler mit 9 V betrieben. Bei einer Eingangsspannung
von 12 V steigt die Hochspannung auf insgesamt 640 V. Die
Gesamtverstärkung der Röhre wird etwa 10-fach größer, ich messe jetzt
30 mV am Anodenwiderstand. Wenn ich den gesamten Aufbau zusätzlich
abschatte komme ich runter bis auf 1 mV. Irgendwo kommt also noch Licht
rein. Man sieht schon, die maximale Empfindlichkeit ist noch lange
nicht erreicht.
Sie auch: http://b-kainka.de/bastel98.htm
https://mitxela.com/projects/photomultiplier_tubes
