Channeltrons

siehe auch:

Kanalelektronenvervielfacher, KEV, CPM, CEM, Elektronenvervielfacher, Sekundärelektronenvervielfacher

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Channeltrons (Channel Electron Multipliers, CEM oder Channel Photomultipliers, CPM) sind hochempfindliche Sekundärelektronenvervielfacher zur Detektion einzelner Elektronen, Ionen sowie energiereicher Photonen (z. B. VUV- oder Röntgenstrahlung). Sie wandeln jedes eintreffende Teilchen in eine Elektronenlawine um und erzeugen daraus einen messbaren elektrischen Impuls.

Bei diesen Detektoren handelt es sich um Strukturen in Glas- oder Keramikkörpern. Je nach Bauform besitzen Channeltrons einen geraden, gebogenen oder spiralförmigen Elektronenkanal, dessen Innenwand mit einem halbleitenden Material beschichtet ist. Trifft ein Elektron auf die besagte Schicht, so wird es aufgrund der angelegten Hochspannung beschleunigt und löst bei den darauffolgenden Kollisionen mit der Rohrwand eine Lawine von Sekundärelektronen aus, die als Spannungspulse gemessen werden können. Die gebogene Form des Kanalrohres stellt dabei sicher, dass die bei einem Wandstoß erzeugten Sekundärelektronen sicher mehrfach auf die Wand auftreffen um somit weitere Elektronen auszulösen.

Ihr Verstärkungsfaktor beträgt bis zu 108.

Channeltrons werden in der Massenspektrometrie, der Oberflächenanalyse (z. B. Auger-Elektronenspektroskopie) und der Vakuum-Ultraviolett-Detektion verwendet. Sie sind recht robust gegenüber Magnetfeldern und mechanisch kompakter als PMTs. Sie benötigen in der Regel lediglich eine Hochspannung (typischerweise 1,5–3 kV) zwischen Eingang und Ausgang.

Die von einem Channeltron erzeugten Spannungspulse besitzen Anstiegszeiten im Bereich weniger Nanosekunden und eignen sich daher hervorragend für die hochpräzise Zeitmessung mit Time-to-Digital-Convertern (TDCs). Anwendungen wie TOF-Massenspektrometrie, ToF-SIMS oder Elektronenspektroskopie kombinieren Channeltron-Detektoren häufig mit hochauflösenden cronologic-TDCs, um die Ankunftszeit einzelner Teilchen mit Pikosekundenauflösung zu bestimmen. Werden zusätzlich Informationen über Pulsform oder Pulsamplitude benötigt, kommen schnelle ADC-Digitizer wie die Ndigo-Serie zum Einsatz.

Vorteile

  • Einzelteilchennachweis
  • hohe Verstärkung
  • geringe Totzeit
  • kompakt
  • vakuumtauglich
  • magnetfeldunempfindlicher als PMTs

Nachteile

  • begrenzte Lebensdauer durch Alterung der Emissionsschicht
  • Hochspannung erforderlich
  • keine Ortsauflösung (im Gegensatz zu MCPs)

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Schematische Darstellung des Funktionsprinzips eines Channeltrons mit Elektronenlawine, Sekundärelektronenvervielfachung und den wichtigsten Komponenten wie Dynode, Elektronenkanal, Kollektor und Hochspannungsanschluss.

Funktionsprinzip eines Channeltrons: Ein einzelnes Elektron löst an der Dynode eine Kaskade von Sekundärelektronen aus. Durch wiederholte Stöße an der halbleitend beschichteten Kanalwand wächst die Elektronenzahl exponentiell an und erzeugt am Kollektor einen messbaren Stromimpuls, der anschließend mit einem TDC oder ADC präzise erfasst werden kann.