JPH01289063A - 多チャンネル中性粒子分析器 - Google Patents

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） 本発明は中性粒子の質量及びエネルギーを分析する多チ
ヤンネル中性粒子質量エネルギー分析器に関する。

（従来の技術） 核融合プラズマ等、中性粒子発生源から放出される中性
粒子の質量及びエネルギーを測定するために、従来では
第４図に示す中性粒子分析器を用いていた。

中性粒子は電気的に中性であるため、電荷を持つ粒子に
変換する。この変換された粒子は磁界及び電界の中を通
ずと偏向され、その軌跡は曲線を描くことになる。

前記磁界・電界での偏向において、磁界による偏向は中
性粒子の運動量、すなわちエネルギーによってその偏向
の大きさが決まる。電界による偏向は中性粒子の質量に
よってその偏向の大きさが決まる。

ある位置から前記磁界・電界を通し、どれだけ偏向した
かを調べることにより、その中性粒子の質量及びエネル
ギーを測定することができる。

第４図に示す従来のｒｉｒ性粒子粒子分析器いて、中性
粒子入射部（１）から入射した中性粒子はストリッピン
グセル（２）において水素ガス等をイオン化し、荷電変
換される。

荷電変換された荷電粒子は荷電変換前の中性粒子と同等
のエネルギーを持っている。この荷電粒子は次に偏向電
磁石板（３）に入る。

この偏向電磁石板（３）は互いに異なる極の平板を、第
１図において同一面に重なるようある間隔を保ち向かい
合せたもので、その各偏向電磁石板（３）の形状は長方
形の板状である。この２枚の偏向電磁石板（３）の間に
は第１図において上下方向に平行な磁束が通っている。

偏向電極板（４）の形状は直角三角形をしており、その
長手になる底辺を前記偏向電磁石板（３）の長辺に稜す
るように設ける。この偏向電極板（４）も前記偏向電磁
石板（３）と同様に２枚の電極板を、第１図において同
・−面に重なるようある間隔を保ち向かい合せたもので
ある。

前記ストリッピングセル（２）は偏向電磁石板（３）の
偏向電極板（４）が設けられている辺の一端に設けられ
、荷電粒子は偏向電磁石板（３）の長辺に対し垂直な角
度を持って前記磁束の中に入射するようになっている。

入射した荷電粒子はその運動と通過する磁束により、力
を受ける。第４図の従来例において、磁束の流れが図面
の裏から表にかけであるとすると、この磁束の方向と荷
電粒子の進行方向は直交しており、これにより偏向電磁
石板に入射した荷電粒子は常にその進行方向に対し図上
右側９０°の方向に力を受ける。そのため、荷電粒子は
偏向電磁石板（３）の間も通過している間は右回りの円
の軌跡を描くことになる。

前記荷電粒子は円を描いた後再び入射した側の辺に達し
、偏向電磁石板（３）間から出る。これは磁束の通過が
なくなることであり、進行方向右側９０°への力は受け
なくなる。この荷電粒子は次に偏向電極板（４）の間に
入射する。この偏向電極板（４）には正及び負の電圧が
印加されている。荷電粒子は何らかの形で電荷を帯びて
いるため、この−偏向電極板（４）のいずれか一方に引
かれることになる。この引かれる強さは荷電粒子の帯び
ている電荷の大きさに左右されるため、その軌跡は荷電
粒子固有のものとなる。

この軌跡の差異は前に荷電粒子が偏向電磁石板（３）の
間を通過する際にも生じる。すなわち、ストリッピング
セル（２）を出た荷電粒子が持つ運動エネルギーによっ
て受ける力の大きさに差があるため、その差異は偏向電
磁石板（３）の出口に相当する長辺に達した時にはその
長辺上の位置の差として表われる。

次に荷電粒子はそれぞれ偏向電極板（４）の間に入射す
るが、ここでは図面において荷電粒子の進行方向に対し
右側に受ける力がないため、偏向電磁石板（３）の間を
出た直後の進行方向がそのまま保持されている。偏向電
極板（４）に入射した荷電粒子は図面上において垂直方
向の力を受け、軌跡は垂直方向に曲線を描く。

すなわち、偏向電磁石板（３）と偏向電極板（４）を通
ってきた荷電粒子は空間的にその質量、エネルギーに対
応した分布を持つことになる。

第４図中におけるマルチチャンネル粒子検出器（５）は
荷電粒子が偏向電磁石板（３）を出た直後の方向に対し
ある角度を持つように設けられている。

このマルチチャンネル粒子検出器（５）の構成を第５図
（ａ）（ｂ）に示す。第５図（ａ）はマルチチャンネル
プレートの平面図である。

このマルチチャンネル粒子検出器（５）は内径１０〜２
０μｍ程度のガラス管（以下チャンネルという）を多数
束ね、これを厚さ０．５〜１ｍ程度の板に切ったもので
ある。このガラス管の内壁には適当な抵抗値の二次電子
放出材料が塗着されている。このような各チャンネルは
それぞれ電子増倍管になっており、このチャンネルの両
端に電圧を印加して使用する。チャンネルに電圧を印加
した状態で、負の電圧を印加した開口部から電子が入る
とチャンネル内壁に衝突し、二次電子を放出させる。こ
れらの電子が再び電界によって加速されチャンネル内壁
の対向面に再び衝突し、次々に二次電子を放出させてい
く。これをくり返すことによって、チャンネル内の電子
流は増加する。

第５図（ｂ）の断面図において、マルチチャンネルプレ
ート（５１）の検出面側には負電圧を印加し、アノード
（５２）を設ける面には正電圧を印加する。

アノード（５２）はマルチチャンネルプレート（５１）
の正電圧印加面にある面積に設けた電極で、正の電圧を
印加する。本従来の技術では、偏向電極板（４）から出
てきた荷電粒子の二次元的位置検出のため、マルチチャ
ンネルプレート（５１）を複数のアノード（５２）の面
積ごとに分割し、その面積ごとに荷電粒子の検出を行う
。すなわち、あるアノード（５２）に対応したマルチチ
ャンネルプレート（５１）上の面積に入射した荷電粒子
はそのアノード（５２）によって検出される。このため
、マルチチャンネルプレート（５１）上のどの位置に荷
電粒子が入射したかを知ることができる。

以上によって質量及びエネルギーの測定を行う。

（発明が解決しようとする問題点） 前記構成になるマルチチャンネル中性粒子質量エネルギ
ー分析器のマルチチャンネルプレートは一枚の板である
ため、チャンネルに印加する電圧によってチャンネルが
破壊されることがある。この破壊はリークにつながるた
め、−度破壊されるとそのマルチチャンネルプレートは
使えなくなってしまう。

また、荷電粒子の進入方向に対してマルチチャンネルプ
レートは角度を持って設けられているため、チャンネル
に対し垂直に入射する場合に比べて、必要とする入射面
は大きくならざるを得なかった。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、入射した中性粒子を荷電粒子に荷電変換する
荷電交換手段と、この荷電交換手段で荷電変換した荷電
粒子に磁界を作用させ、前記荷電粒子の進路を磁界の作
用前後では反転させるエネルギー分析手段と、前記エネ
ルギー分析手段を通過した前記荷電粒子に２つの電極に
より電界を作用させ、その質量に応じて前記電極のいず
れかに曲げるＭＭ分析手段と、この質量分析手段を通過
した前記荷電粒子がどの位置から出てきても同一条件で
検出できるよう複数の放射線検出器を配ヱしたことを特
徴とする。

（作用） 前記構成におけるヤルチチャンネルプレートによって荷
電粒子を検出すると、荷電粒子の方向に対してマルチチ
ャンネルプレートの検出面は垂直になっているため、有
効入射面は、最大な状態で使用することができる。

また、従来のものとは異なり、同じ有効面積であっても
階段状になっているため、個々のマルチチャンネルプレ
ートの集合として形成されている。

このため、あるマルチチャンネルプレートが破壊されて
も、他のマルチチャンネルプレートには何ら影響がない
ため、その破壊されたマルチチャンネルプレートのみ交
換すればよい。また、破壊されていないマルチチャンネ
ルプレートは通常の検出を行える。

（実施例〉 本発明における一実施例を第１図に示し説明する。

第１図は本実施例の構成するものであり、第４図で説明
した従来の技術において、マルチチャンネル粒子検出器
のかわりに階段状のマルチチャンネルプレートを用いた
マルチチャンネル粒子検出器を設けたものである。

この階段状のマルチチャンネルプレートを説明するのが
第１図乃至第３図である。第１図は本実施例におけるマ
ルチチャンネル粒子検出器の構成を説明する構成図であ
る。中性粒子はストリッピングセル（２）で電荷変換さ
れ、偏向用電磁石板（３）でそのエネルギーに応じて軌
道を変曲される。

この後偏向用電極板（４）でその質量に応じて軌道を変
曲される。

このようにして２回の軌道修正を受けた荷電粒子はマイ
クロチャンネル粒子検出器（６）に入射することになる
。

第２図及び第３図で示すこのマイクロチャンネル粒子検
出器（６）には階段状のフレーム（６１）に取り付けら
れたマウント（６２）と、このマウント（６２）に取り
ｆ寸けられたマルチチャンネルプレートト（６３）と、
このマルチチャンネルプレート（６３）の信号を検出す
るアノード（６４）が取り付けられており、マルチチャ
ンネルプレート（６３）の面は偏向用電磁石板（３）を
出力したｖｉ後の荷電粒子の方向に対し垂直に保たれて
いる。第２図（ａ）はマルチチャンネル粒子検出器を示
ず構成図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）を矢印Ａ方向か
ら見た側面図である。

このマルチチャンネルプレート（６３）は第３図（ｂ）
の平面図に示すように、？−１１１長い形状をしている
が、これは長手方向に２分割されている。この２分割さ
れたマルチチャンネルプレート（６３）ごとにアノード
（６４）が取り付けられており、別個に検出可能である
。荷電粒子には秤類があり、各社類ごとに質量が決まっ
ている。このため、偏向用電磁石板（３）によって軌道
を曲げられる度合に差を生じ、同粁の荷電粒子ごとに分
布する。このため、その８類の荷電粒子が集中して分布
する部分ごとにマルチチャンネルプレート（６３）を設
ける。ことにより、各種類の荷電粒子ごとに検出するこ
とができる。第３図（ａ）はマルチチャネルプレートの
一部断面側面図で、マウント６２、セラミック６５、プ
レート６６、セラミック６５、アノード６４、絶縁板６
７で形成されている。

これにって、有効入射面を最大にすると共に、あるマル
チチャンネルプレート（６３）が破壊されても階段ごと
に分割されているため、全てが破壊されることはなく、
破壊されたマルチチャンネルプレート（Ｇ３）のみを交
換すればよい。

［発明の効果］ 本発明によれば、偏向用電磁石板を出た時の荷電粒子の
方向に対して垂直になると共に、同じエネルギーの荷電
粒子ならばイロ向用電磁石間の磁界方向に同・−距離移
動した所で検出すべく、階段状にマルチチャンネルプレ
ート（６３）を設けたなめ、同じ範囲面積の荷電粒子を
検出する場合に必要な面積を最少にすると共に、荷電粒
子のエネルギーの大小にかかわらず、質量の検出におい
て偏向用１！磁石の磁界方向の変位を同一条件で検出で
きる。

また、マルチチャンネルプレートが複数に分割されてい
るため、いずれか１つが破壊されてもそのマルチチャン
ネルプレートのみ交換すればよく、従来のように一部が
破壊されたために全てを交換する必要がなくなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明における一実施例の中性粒子分析器の
構成を説明する構成図、第２図（ａ）（ｂ）は第１図に
おけるマイクロチャンネル粒子検出器を説明する構成図
、第３図（ａ）（ｂ）はマルチチャンネルプレートを説
明する構成図、第４図は従来の技術を説明する構成図、
第５図（ａ）（ｂ）は従来の技術におけるマルチチャン
ネルプレート粒子検出器を説明する構成図である。 １・・・・・・中性粒子入射部 ２・・・・・・ストリッピングセル ３・・・・・・偏向電磁石板 ４・・・・・・偏向電極板 ５・・・・・・マルチチャンネル粒子検出器５１・・・
・・・マルチチャンネルプレート５２・・・・・・アノ
ード ６・・・・・・マイクロチャンネル粒子検出器６１・・
・・・・フレーム ６２・・・・・・マウント ６３・・・・・・マルチチャンネルプレートＧ４・・・
・・・アノード 代理人　弁理士　　則　近　憲　俗 間　　山王　− 第　　１　　図 ５１　マルチチャンネル 第　　５　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中性粒子を荷電粒子に荷電交換する荷電交換手段と、こ
   の荷電交換手段で荷電交換した荷電粒子に磁界を作用さ
   せ前記荷電交換した荷電粒子の持つエネルギーに応じて
   その進路を湾曲させるエネルギー分析手段と、このエネ
   ルギー分析手段で進路を湾曲させられた荷電粒子に電界
   を作用させ、その質量に応じてその進路を前記エネルギ
   ー分析手段による進路の湾曲の方向に対して垂直な方向
   に湾曲させる質量分析手段と、この質量分析手段を通過
   した前記荷電粒子に対し、面が垂直に近い状態となるよ
   うな複数の放射線検出器を階段状に設けたことを特徴と
   する多チャンネル中性粒子分析器。