JPH01239749A

JPH01239749A - 荷電粒子検出器

Info

Publication number: JPH01239749A
Application number: JP6347488A
Authority: JP
Inventors: Kiyokazu Kawamura; 川村　清和
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1988-03-18
Publication date: 1989-09-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、中性粒子計ｎ１その他の放射線計測等、核融
合計測技術に好適な荷電粒子検出器に係わり、特に構造
の改良によって組立て、調整等の不具合を除去し、かつ
、電子増幅倍機能を高めた荷電粒子検出器に関する。

（従来の技術）従来、この種の荷電粒子検出器には、セラトロン検出器
とマイクロチャンネルプレート検出器の２種類がある。

前者のセラトロン検出器は、第６図および第７図に示す
ように所定長さの平板状絶縁ベース１上の両端部に立設
されたサポートおよび端子機能を持った複数の支持部材
２，２間にウェーブ状またはスパイラル状に成形された
内径２１程度、長さ１００ｍｍ程度のアルミナ管３が設
けられ、そのアルミナ管３の内壁には２次電子放出を起
す酸化薄膜（Ｍ　ｇ　Ｏ等）がコーティングされている
。このアルミナ管３の荷電粒子入射口側および電子出射
口側にはそれぞれ加速電極４およびバイアス電極５が設
けられ、これら電極４，５から引出し線が導出されて前
記支持部材２．・・・に固定されている。

さらに、前記アルミナ管３の電子出射口側から約０．１
ｍＩＩ程度離れた対向位置にコレクタ６が配置され、電
子出射口からの出力電子がコレクタ６によって電気信号
に変換された後、コンデンサ７を通してプリアンプへ導
入される。８は加速用電源、９はバイアス電源である。

しかして、以上のようなセラトロン検出器は、加速用電
源８およびバイアス電源９を印加した状態で入射口側か
ら荷電粒子ａを入射すると、この荷電粒子ａは電子増倍
機能を持つアルミナ管３内壁の酸化薄膜に衝突してそれ
ぞれ複数個の２次電子すを放出する。このアルミナ管３
の内壁で放出された２次電子すは加速用電源８による電
界で加速され、放物線軌道を描きながら再び内壁に衝突
して２次電子すを放出し、アルミナ管３にそって□前記
電子放出動作を多数回繰り返すことにより増倍された多
数の２次電子を放出する。

一方、後者のマイクロチャンネルプレート検出器は、第
８図および’ＭＳ９図に示すように酸化薄膜をコーティ
ングしてなる内径１２μｍ程度の多数の鉛ガラスのチャ
ンネルプレート１１を一様に傾けることにより、全チャ
ンネルプレート１１゜・・・を平行に束ねた平板状とし
た構成である。１２はアルミナ、１３はねじである。

このマイクロチャンネルプレート検出器は、各チャンネ
ルプレート１１．・・・がそれぞれ独立した２次電子増
倍機能を持っており、かつ、２次電子放出率を上げるた
めにプレート製作後に水素還元を行っている。

このマイクロチャンネル検出器もセラトロン検出器と同
様な動作を行ってプレート内壁で放出された２次電子を
増倍しながら多数の電子を放出する。

（発明を解決しようとする課題）しかしながら、以上のような検出器は、全体の構造が複
雑なうえ、検出性能を高めるために次のような問題があ
った。

■、マイクロチャンネルプレート検出器では、各チャン
ネルプレート１１の内径が１０μｍ程度であるので、製
作コストが高いばかりか、製作過程のバラツキが直接製
品のバラツキとなって現われるために歩留りが非常に悪
い。

■、また、各検出器の電子出射口とコレクタ６のギャッ
プは０．１ｍｍを保持して平行に設定しなければならず
、その組立ておよび調整作業が長時間を必要とする。

■、また、アルミナ管３およびチャンネルプレー１１１
．・・・の内径が非常に細く空気が内部に溜っている場
合があるので、使用前にエージングを行う必要がある。

■、さらに、■と同様な理由から高真空領域例えば１Ｏ
−６ｔｏ、ｌの環境には使用しにくい。

本発明は以上のような問題点を改善するためになされた
もので、組立ておよび調整作業が容易であり、２次電子
の増倍機能を飛躍的に高めうる荷電粒子検出器を提供す
ることを目的とする。

〔発明の構成］（課題を達成するための手段）本発明は、２次電子放出材をコーティングした複数個の
ティパー状の電子増倍用チャンネル管を非平行で、かつ
、ティパーを有する様に束ねて構成１、た荷電粒子検出
器である。

（作用）従って、本発明は以上のような手段とすることにより、
荷電粒子入射口から入射された荷電粒子は各チャンネル
管の内壁に衝突して２次電子を放出するが、それぞれの
チャンネル管は電子出射口に向かって絞られており、か
つ、複数のチャンネル管を束ねたものは非平行でティパ
ー状に構成されているので、電子出射口側に近付くにし
たがって電子の衝突回数が増加し、それに伴って放出電
子を指数的に増加させることができる。

（実施例）以下、本発明に係わる荷電粒子検出器の一実施例につい
て第１図および第２図を参照して説明する。これらの図
において２１は荷電粒子入射口側の口径を大きく、かつ
、電子出射口側の口径を小さくした。いわゆるティパー
状に形成された断面円形状の電子増倍用チャンネル管で
あって、これは石英ガラス、アルミナあるいはセラミッ
ク等で形成され、その内表面には適宜な抵抗値を持つ２
次電子放出材料例えば酸化マグネシューム（ＭｇＯ）等
がコーティングされている。ところで、電子増倍管は、
以上のような複数個の電子増倍用チャンネル管２１．・
・・を非平行で、かつ、ティパー状を有する様に束ねて
構成され、しかも。

各チャンネル管２１．・・・の荷電粒子入射面、電子出
射面は同一面位置に設定される。なお、実際の製作に当
たっては複数のチャンネル管２１．・・・を非平行かつ
ティパー状に束ねて各端部を同一面となる様に切断すれ
ばよい。これら所定個数のチャンネル管２１．・・・に
よって構成された電子増倍管の荷電粒子入射端側外周に
は多数のチャンネル管２１、・・・を結束する如くリン
グ状の加速電極２２が設けられ、また他端側外周には同
様に多数のチャンネル管２１．・・・を結束する如くリ
ング状のバイアス電極２３が設けられている。

そして、束ねられた後数個のチャンネル管２１゜・・・
の荷電粒子入射口側は平板状絶縁ベース２４の一端側に
立設された加速電極給電板２５の円形孔部２５ａに挿入
されて固定され、一方、電子出射口側は支持部材２６に
より前記荷電粒子入射口側よりも十分に低い位置に設置
され、あるいは絶縁ベース２４上に直接設置される。こ
の支持部材２６はバイアス電源の給電端子の機能も兼ね
備えている。２７は電子増倍管の電子出射口から出射さ
れる電子を収集する金属性コレクタであって、電子出射
口から僅か離れた位置に対向配置されている。２８は絶
縁ベース２４に立設されてｍｌレクタ２７を固定し、か
つ、コレクタ２７からの信号取出端子２９の機能を持つ
絶縁支柱である。

そして、以上のような荷電粒子検出器において加速用電
極２２とバイアス電極２３間に例えば５０００Ｖの加速
電源３１が印加され、またバイアス電極２３とコレクタ
１７間に１００〜１５０程度のバイアス電源３２が印加
され、またコレクタ２７はコンデンサ３３を介してプリ
アンプ３４に接続されている。図中、３５は出力電子流
である。

次に、以上のように構成された機器の動作を説明する。

先ず、電極２２−２３間、電極２３−コレクタ２７間に
所定の電圧を印加した後、荷電粒子３６が各チャンネル
管２１の内壁に衝突する角度をもって電子増倍管の入射
口側へ入射する。ここで、各チャンネル管２１内に入射
された荷電粒子３６は管内壁に衝突して２次電子３７を
放出するが、この放出された２次電子は加速用電Ｆｉ、
３１の電位勾配によって加速され、かつ、入射荷電粒子
３６の初速により決定される放物線軌跡を描きながら加
速進行し、常に反対側の内壁に衝突しながら２次電子の
放出を繰返す。

しかして、本発明機器においては、各チャンネル管２１
．・・・が電子出射口側に近ずく程その口径が小さくな
るようにティパー状に形成されているので、２次電子が
各チャンネル管２１．・・・の内部に進行して行くにつ
れてその軌道距離が短くなり、それに伴って衝突回数が
指数的に増倍されていき、結果的には次の式で表すよう
な放出電子数が得られる。すなわち、従来のものはその
放出電子数がｎｍ個となるが、本発明機器では（ｎｌｌ
）Ｋ個となり、従来のものに比較して放出電子数の増倍
の相乗効果が顕著に出てくる。なお、上式においてｎは
入射荷電粒子数、１は衝突回数、ｋはティパー状係数（
ｋ＜１）である。

しかも、本機器は、各チャンネル管２１．・・・をティ
パー状としただけでなく、電子増倍管全体としても非平
行、かつ、例えば粒子入射口側を高くし電子出射口側を
低くする。いわゆるティパー状に形成しているので、テ
ィパー状係数が大きくなり２次電子の衝突回数が益々増
加する。また、従来のように内径が小さく、かつ、均−
太さのものを必要とせず、粒子入射口側が電子出射口側
よりも大きくすればよいので、製作上のバラツキがそれ
程問題になることはなく歩留りの問題を解決できる。ま
た、電子出射口側は多数のチャンネル管２１、・・・を
束ねても全体として小さいので、従来のマイクロチャン
ネルプレート検出器のように出射口全体とコレクタとの
ギャップを０．１＋ｎｍ程度で平行にするものに比べて
、その組立て、調整作業が非常に容易である。さらに、
各チャンネル管２１の荷電粒子入射口側の口径が大きい
ので、使用前のエージングが不必要であり、使用真空領
域も１０”’ｔゆ１．以下と広くなる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない、
すなわち、第１図のものは断面円形状のチャンネル管２
１を用い、かつ、電子増倍管全体の断面も円形としたが
、例えば第３図および第４図に示すように断面長方形ま
たは断面正四角形の各チャンネル管２１ａ、・・・を弓
状に成形し、これらを多数重ね合せた多層構造の四角錐
の形態のものを用いてもよい。また、電子増倍管として
は、第５図（ａ）のように三角形型、同図（ｂ）のよう
な半球型あるいは同図（Ｃ）のような多角形型のものを
用いてもよい。これら第３図、第５図のものは、第１図
のものと同様に全体として非平行、かつ、ティパー状に
形成されていることは言うまでもない。その他、本発明
はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる
。

［発明の効果〕以上詳記したように本発明によれば、ティパー状の多数
のチャンネル管を非平行、かつ、ティパー状になるよう
に束ねたことにより、組立て調整作業が容易であり、２
次電子の衝突回数が多くなって従来のものに比べて放出
電子数を格段に増倍でき、また使用真空領域を拡大でき
る荷電粒子検出器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図およば第２図は本発明に係わる荷電粒子検出器の
一実施例を説明するために示したもので、第１図は一部
切り欠いて示す外観斜視図、第２図は電圧印加状態およ
び２次電子放出状態を示す図、第３図および第４図は本
発明機器の他の実施例であって、第３図は外観斜視図、
第４図はそ２１・・・チャンネル管、２２・・・加速電
極、２３・・・バイアス電極、２５・・・加速電極給電
板、２６・・・給電端子、２７・・・コレクタ、２８・
・・絶縁支柱、３１・・・加速用電源、３２・・・バイ
アス電源、３５・・・出力電子流、３６・・・荷電粒子
、３７・・・２次電子。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第２図第３図　　　第４図第５図（ａ）（ｂ）第６図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

２次電子放出材をコーティングした複数個のティパー状
の電子増倍用チャンネル管を非平行で、かつ、ティパー
を有する様に束ねて構成したことを特徴とする荷電粒子
検出器。