Funktion und Beschaltung von Fokus Elektroden bei Photomultiplier

[DL8BCN]

Hallo, ich habe heute den halben Tag nach Infos zu Fokuselektroden bei Photomultipliern gesucht und fast nichts gefunden
Ich bekomme demnächst ja noch XP2412 PM's.
Die haben Fokuselektrode(n).
Weiß jemand, ob die nur bei bildgebenden Verfahren benötigt werden, oder auch für die Gammaspektroskopie?
Im Datenblatt steht was von 500V.
Hatte nicht mal jemand so etwas beschrieben?
Wurde da über ein hochohmiges Poti eine einstellbare Spannung angelegt?

[Henri]

Hallo, ich habe heute den halben Tag nach Infos zu Fokuselektroden bei Photomultipliern gesucht und fast nichts gefunden
Ich bekomme demnächst ja noch XP2412 PM's.
Die haben Fokuselektrode(n).
Weiß jemand, ob die nur bei bildgebenden Verfahren benötigt werden, oder auch für die Gammaspektroskopie?
Im Datenblatt steht was von 500V.
Hatte nicht mal jemand so etwas beschrieben?
Wurde da über ein hochohmiges Poti eine einstellbare Spannung angelegt?

Du hast doch das Datenblatt, da steht doch drin, wie die beschaltet werden sollen 

Es gibt ja verschiedene Bautypen, davon hängt das ab... je nachdem wie der Hersteller sich die Funktionsweise gedacht hat.

Das hier kennst Du?

https://www.hamamatsu.com/content/dam/hamamatsu-photonics/sites/documents/99_SALES_LIBRARY/etd/PMT_handbook_v4E.pdf

Da ist an verschiedenen Stellen grundsätzlich etwas zu "focusing electrode" und verschiedenen Bauformen erklärt.

Viele Grüße!

Henri

[Henri]

Hier

https://www.portalnaukowy.edu.pl/grafika_1/pmt/xp2412.pdf

findet man das Datenblatt.

Ganz unten auf der ersten Seite findet sich das Spannungsteiler-Verhältnis. "G" ist die Fokus-Elektrode. Also 0,5 zur Kathode und 1,5 zu D1 und fertig 

Und Deine 500V ist die Maximalspannung, die zwischen K und G erlaubt ist, bevor die Funken fliegen und sich das Ding in Rauch auflöst. Vielleicht entsteht dann auch Röntgenstrahlung, wer weiß? Ist ja eine Vakuumröhre.

Ich habe dieses Modell auch in meinem Spektrometer, glaube ich. Läuft mit 650V am besten.  Das heißt, 27V zur Kathode und 81V zu D1. Und 54V zwischen allen anderen Dynoden.

Höhere Spannung bringt höhere Verstärkung, aber die Linearität sinkt, und die brauchen wir ja für die Spektroskopie. Es kann Sinn machen, bis 450V runterzugehen, wenn man dann die niedrigste Energie, die man abbilden möchte, noch zu sehen bekommt. Das hängt von der nachgeschalteten Elektronik, der Größe des Arbeitswiderstandes und dem Kristall ab. Aus NaI(Tl) kommt recht viel Licht, also braucht man gar nicht so viel Verstärkung. Und man verstärkt auch immer das Rauschen mit, das möchte man ja ebenfalls nicht.

Schöne Röhren bekommst Du da. Selbst wenn Dein Kristall kleiner als 3" sein sollte, ist das für die Auflösung sogar besser, da die Uniformität der Photokathode zum Rand hin schlechter wird.

[DL8BCN]

Hallo Henri, danke für deine Info!
Ja, ich habe das Datenblatt. Sonst hätte ich diesen Röhrentyp auch nicht gekauft
Das Thema hatten wir ja schon.
Meine Frage war, ob es eine variable Spannung sein muss, wegen der Fokussierung.
Aber wie du oben geschrieben hast, kann es eine feste Spannung sein.
Aktuell verwende ich ja die XP3312 in meiner Anlage und die Röhre hat keine Fokuselektroden.
Und tatsächlich verwende ich genau die 650V die du erwähnt hast!
Interessant ist bei der XP2412 die höhere Verstärkung aufgrund der erhöhten Anzahl der Dynoden.
Da will ich mit Experimentieren.
Meine sehr gut funktionierende Anlage werde ich nicht verändern
Und tatsächlich konnte ich nur Aufrund des Preises nicht widerstehen.
Der Verkäufer gibt seine PMT´s für 7 bis 10 Euro ab!

[Henri]

Hallo Henri, danke für deine Info!
Ja, ich habe das Datenblatt. Sonst hätte ich diesen Röhrentyp auch nicht gekauft
Das Thema hatten wir ja schon.
Meine Frage war, ob es eine variable Spannung sein muss, wegen der Fokussierung.
Aber wie du oben geschrieben hast, kann es eine feste Spannung sein.
Aktuell verwende ich ja die XP3312 in meiner Anlage und die Röhre hat keine Fokuselektroden.
Und tatsächlich verwende ich genau die 650V die du erwähnt hast!
Interessant ist bei der XP2412 die höhere Verstärkung aufgrund der erhöhten Anzahl der Dynoden.
Da will ich mit Experimentieren.
Meine sehr gut funktionierende Anlage werde ich nicht verändern
Und tatsächlich konnte ich nur Aufrund des Preises nicht widerstehen.
Der Verkäufer gibt seine PMT´s für 7 bis 10 Euro ab!

Bei einem uralten PMT von RCA, den ich noch rumliegen habe, sieht das Datenblatt tatsächlich einen regelbaren Widerstand vor. Da darf man sich den optimalen Arbeitspunkt dann selber suchen. Aber wenn das Datenblatt einen festen Wert vorgibt, braucht man sich das Leben ja nicht unnötig schwer zu machen 

Ja, der Preis ist tatsächlich sehr attraktiv. Man könnte z.B. auch mal mit Cherenkov-Strahlung experimentieren, also einen PMT in ein lichtdichtes Rohr kleben, dieses mit destilliertem Wasser füllen, und dann beobachten, dass man mehr Impulse registriert, wenn dieses senkrecht zur Erdoberfläche steht, als wenn man es waagerecht ausrichtet. Ich habe leider noch ein paar PMT ungenutzt rumliegen, für die ich deutlich mehr gezahlt habe. Bevor die nicht "verbraucht" sind, lohnt es sich nicht wirklich, noch mal nachzuordern...

Viel Spaß jedenfalls beim Experimentieren!

[DL8BCN]

Hallo noch mal, für "R" für die Dynoden-Teilerwiderstände kann man z.B. 10M nehmen, oder?
Also ist man dann bei 5M für K>G , 15M für K>D1 und für den Rest 10M.
Dann komme ich in Summe auf 120M.
Bei 650V fließt da dann nur sehr wenig Strom.
Wenn ich mich nicht verrechnet habe sind das 5,4 µA.
Oder ob man besser auf 5MOhm für "R" geht?

Ich muss noch mal nachsehen, welche Widerstandswerte ich für die Röhre XP3312 genommen habe.
Das sollte hier ja ähnlich sein.

[Henri]

Hallo noch mal, für "R" für die Dynoden-Teilerwiderstände kann man z.B. 10M nehmen, oder?
Also ist man dann bei 5M für K>G , 15M für K>D1 und für den Rest 10M.
Dann komme ich in Summe auf 120M.
Bei 650V fließt da dann nur sehr wenig Strom.
Wenn ich mich nicht verrechnet habe sind das 5,4 µA.
Oder ob man besser auf 5MOhm für "R" geht?

Ich muss noch mal nachsehen, welche Widerstandswerte ich für die Röhre XP3312 genommen habe.
Das sollte hier ja ähnlich sein.

Genau, für R kannst Du nehmen, was gut passt. Das hängt von der Leistungsfähigkeit Deiner Hochspannung ab. Ein kleines R gibt bessere Ergebnisse vor allem bei hohen Impulsraten, allerdings ist der Stromverbrauch deutlich höher und die Hochspannung irgendwann auch gefährlich. Es gibt (v.a. alte) Geräte, da ist R=10k... Der Spannungsteiler wird warm, und man muss warten, bis sich alles thermisch stabilisiert hat. Für Batteriebetrieb also ungeeignet. Und die Hochspannungsnetzteile sind lebensgefährlich.

Viele Integral-Detektoren und fertige Spannungsteiler haben ein Gesamt-R von 10-15M, was einen ganz guten Kompromiss darstellt. Allerdings kommt mit so was z.B. der Theremino-Adapter nicht klar. Der braucht mindestens 100M.

Ist also eine Frage, was Du hast und was Du möchtest. Ich würde eher lieber hochohmiger verschalten.

[DL8BCN]

Hallo, vielen Dank für die weitere sehr hilfreiche Info
Ich habe heute schon die Photomultiplier bekommen!
Das hat diesmal alles super geklappt
Das Herstellungsjahr auf den Aufklebern ist etwas widersprüchlich.
Siehe Bilder.
Auf einem Aufkleber steht: 21-May-90
Auf der selben Röhre ist aber noch ein zweiter blauer Aufkleber wo folgendes steht: 02.07.15
Das kann 2. Juli 2015 heißen, was ich nicht glaube, oder 15. Juli 2002.
Ist jetzt auch egal, wenn die Röhren funktionieren.

[DL8BCN]

Hallo, für die Röhre XP3312 verwende ich die Schaltung siehe unten.
Dort ist ein Kondensator zwischen Kathode und der letzten Dynode D8 von 10nF.
Außerdem je ein Kondensator zwischen den letzten beiden Dynoden.
Und ein 1M Widerstand zwischen Anode und der letzten Dynode.
Ob ich diese Schaltung auch analog zur XP2412 verwenden kann?
Die Spannungsteilerkette ist klar.
Es geht eigentlich nur um die Kondensatoren und den Anodenwiderstand.
Ich weiß auch nicht, was C1 macht!
Die anderen beiden C´s sind klar.
Sie dienen dazu die Spannung konstant zu halten.
Zwischen PIN1 und 18 ist eine interne Brücke.
Das ist die Fokuselektrode G.

[Peter-1]

Warum sind bei Profigeräten die Spannungsteiler so niederohmig?
Um stabile Verhältnisse bei den Impulsen zu gewährleisten. Ohne die Kondensatoren würde die Spannung an den Dynoden bei jedem Puls nachgeben, mit dem Effekt dass dann die Verstärkungsverhältnisse kaum erklärbar wären ( absacken ).
C1 versucht also bei diesen hochohmigen Verhältnissen die Spannung zu stabilisieren, bzw. konstant zu halten.
Bei sehr hoher Impulsfolge geht die Spannung aber trotzdem nach unten.
D.h. die Verstärkung des PMT läßt nach und damit verschiebt sich bei einem MCA auch das ermittelte Spektrum.

Ich würde bei dieser Art der Beschaltung immer darauf achten, dass keine zu hohe Zählrate erreicht wird.

Peter

[DL8BCN]

Hallo, ja das klingt logisch!
Übrigens ist wohl noch ein Fehler in der Sockelbeschaltung im rechten Bild.
Der 4M7 Fokuselektrodenwiderstand muss zwischen D1 und G und nicht nur nach Masse.
Sonst würde die Fokuselektrode gar keine Spannung sehen
Oder ist das falsch?
Ich muss nun warten, bis ich die bestellten 10M Widerstände bekomme.
Dieser Wert ist in üblichen Sortimenten nicht enthalten.
Da geht es meist nur bis 2M oder 3M und ich möchte keinen "Widerstandsigel" bauen...

PS: Schon wieder falsch: Zwischen G und D1 muss 15MOhm sein nicht 10M 

[Radioquant98]

Hochohmige Widerstände rauschen mehr als Niederohmige. Es muß halt je nach Anwendung ein Kompromiß geschlossen werden.

Viele Grüße
Bernd

[Henri]

Ich muss nun warten, bis ich die bestellten 10M Widerstände bekomme.
Dieser Wert ist in üblichen Sortimenten nicht enthalten.
Da geht es meist nur bis 2M oder 3M und ich möchte keinen "Widerstandsigel" bauen...

PS: Schon wieder falsch: Zwischen G und D1 muss 15MOhm sein nicht 10M 

Wenn ich recht sehe, haben Deine PMTs doch bereits einen fertigen Spannungsteiler? Warum willst Du noch was neues bauen bzw. was ändern?

[DL8BCN]

Hallo Henri, nein, es gibt keinen Spannungsteiler auf der runden Platine!
Es gibt nur ein paar Stützkondensatoren mit Widerständen in Reihe (Siebung?)
Und den 14-poligen Steckverbinder, sowie die über 10nF DC entkoppelte Koax-Steckverbindung.
Weil ich nicht weiß, wie die ursprüngliche Schaltung war, benutze ich die originalen Bauteile gar nicht, sondern baue mir die Schaltung neu auf.
Das ist beim XP3312 und auch beim XP2412 so.

[DL8BCN]

Hallo, inzwischen habe ich den Spannungsteiler aufgebaut, einen 3-Zoll Plastikszintillator Bicron BC-408  angekoppelt, den Mu-Metallzylinder aufgeschoben und alles in eine lichtdichte Aludose gepackt.
Im Prinzip funktioniert es nun.
Die ausgekoppelten Impulse sind aber sehr leise und hören sich eher wie ein prasselndes Rauschen oder Knistern, als ein Knacken an.
Vermutlich kommt das von dem sehr hochohmigen Aufbau.
Ich bin mir auch nicht sicher wegen dem Wert des Anodenwiderstands.
Das heißt, der Widerstand der von der Anode zu der letzten Dynode (D10) geht.
Ich habe da nun 2M2 genommen.
In manchen Unterlagen findet man auch 1M.
Viel Raum zum Experimentieren...
Oder tatsächlich mal viel niederohmiger machen mit z.B. 100k bis 200kOhm Gesamtwiderstand.