JPH0414845Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、例えば質量分析計などの測定機器に
おいて使用され、＋イオンや−イオンなどを検出
する検出器に関するものである。

（従来の技術） 質量分析計などにおいて、微小なイオン電流や
電子電流を検出する検出器として二次電子増倍
管、チヤンネルトロン、マルチチヤンネルプレー
トなどが広く使用されている。

また、イオン−電子コンバータに対向させてシ
ンチレータを設置し、そのシンチレータから発生
する光を受光する光電子増倍管を設けたダリー
（Daly）型二次イオン検出器も使用されている。

ダリー型二次イオン検出器では、イオン−電子
コンバータから発生した電子はシンチレータとの
間の電界により引き込まれてシンチレータに衝突
し、シンチレータから発生した光が光電子増倍管
で検出される。

また、コレクタスリツトと二次電子増倍管の間
にさらに二次電子増倍管を挿入し、コレクタスリ
ツトを通つてきたイオンをその挿入された二次電
子増倍管で加速することにより感度を上げた検出
器が報告されている（マス・スペクトロスコピー
（MASS SPECTROSCOPY）誌、第33巻、第２
号、第145〜147頁（1985）参照）。

その検出器によれば、従来の二次電子増倍管の
みを用いた検出器に比べて約３倍の検出感度が得
られると報告されている。

しかしながら、これらの検出器の場合、生体成
分の分析や公害分析などにおける微量分析におい
ては、検出感度の点で限界があり、例えばpg／
1μl程度が限界である。

二次電子増倍管でダイノードの印加電圧を高く
すると利得は増大するが、信号とともにノイズも
増幅されるためＳ／Ｎ比（信号対ノイズの比）が
改善されず、したがつて感度は増大しない。

（考案が解決しようとする問題点） そこで、本考案者らは、従来の二次電子増倍管
に比べて例えば約10倍以上というように大幅に検
出限界を向上させることのできる検出器として、
第３図に示される構造の検出器を開発した。

第３図において、１４は増倍器としての二次電
子増倍管であり、７段のダイノードD_y1〜D_y7が
設けられている。ダイノードの段数は適当に変更
することができる。ダイノードD_y1〜D_y7の間に
は各段で発生する二次電子を増幅するように電圧
が印加されている。増倍器として二次電子増倍管
１４に代えてチヤンネルトロンを使用することも
できる。

二次電子増倍管１４の出口側にはシンチレータ
２２が設けられている。シンチレータ２２の表面
には金属膜２４が形成されている。金属膜２４を
有するシンチレータ２２は二次電子増倍管１４の
出口にその二次電子増倍管１４の内側を向くよう
に配置され、絶縁物２６を介して二次電子増倍管
１４に一体的に固着されている。シンチレータ２
２はまた、二次電子増倍管１４とは別体のものと
することもできる。

シンチレータ２２の背面側には、光ガイド２８
を介して光電子増倍管３０が設けられている。光
ガイド２８は合成樹脂や石英ガラスなどで形成さ
れ、光を効率よく通すような構造に構成されてい
る。

なお、１６は第１段目のダイノードD_y1に入射
する荷電粒子の方向を制御するデフレクタであ
り、１８は最終段のダイノードD_y7から放出され
る二次電子の方向を制御してシンチレータ２２に
導くデフレクタである。

シンチレータ２２としては種々の材料が使用さ
れるが、一例としてはRMA番号でP46の蛍光体
Y₃A_l5O₁₂；Ceを挙げることができる。金属膜２
４は例えばアルミニウム蒸着膜である。

第３図の検出器において、二次電子増倍管１４
の１段目のダイノードD_y1に荷電粒子または中性
粒子が入射すると、ダイノードD_y1から二次電子
が発生する。その二次電子は２段目のダイノード
D_y2で増幅され、その増幅された二次電子がさら
に３段目のダイノードD_y3で増幅されるというよ
うに、ダイノードD_y4，D_y5，D_y6，D_y7で順次増
幅され、最終段のダイノードD_y7で発生した二次
電子はシンチレータ２２に入射する。シンチレー
タ２２で発生した光は光ガイド２８を通って光電
子増倍管３０に導かれて検出される。

シンチレータ２２の表面の金属膜２４に電圧を
印加して最終段のダイノードD_y7で発生した二次
電子を加速してシンチレータ２２に入射させるこ
とができるようになつている。

第３図の検出器では、増倍器１４からの二次電
子を一旦シンチレータ２２で光に変換することに
より、ノイズが減少してＳ／Ｎ比が向上するもの
と考えられる。

本考案は、第３図に示されたような検出器にお
いて、さらに高感度の検出を行なうことを可能に
するとともにダイナミツクレンジの広い検出を行
なうことを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本考案の検出器では、入射粒子を二次電子に変
換し増幅する増倍器の最終段ダイノード又は出口
に接近してマルチチヤンネルプレートが設けら
れ、このマルチチヤンネルプレートの出口に電子
を光に変換するシンチレータが設けられ、このシ
ンチレータからの光を受光する位置に光電子増倍
管が設けられており、前記増倍器と前記マルチチ
ヤンネルプレートの間に電子を集める第１のコレ
クタが着脱可能に挿入され、前記マルチチヤンネ
ルプレートと前記シンチレータの間に電子を集め
る第２のコレクタが着脱可能に挿入され、前記第
１のコレクタの出力、前記第２のコレクタの出力
及び前記光電子増倍管の出力のうちのいずれかを
選択できるようになつている。

本考案で検出の対象となるのは荷電粒子及び中
性粒子であり、これらを総称して荷電粒子等とい
う。

（実施例） 第１図は増倍器として二次電子増倍管を使用し
た実施例を表わしている。なお、第３図と同一の
部分には同一の記号を付して説明を省略する。

D_y1〜D_y12は二次電子増倍管３１のダイノード
である。この例では12段のダイノードを備えたも
のを示すが、ダイノードの段数はこれに限られる
ものではない。

最終段のダイノードD_y12の出口に接近してマル
チチヤンネルプレート３２が設けられている。マ
ルチチヤンネルプレート３２の出口には電子を光
に変換するシンチレータ２２が設けられ、シンチ
レータ２２の背面側にはシンチレータ２２からの
光を受光するように光電子増倍管３０が設けられ
ている。光電子増倍管３０の出力端子はプリアン
プに導かれている。

初段のダイノードD_y1から最終段のダイノード
D_y12までのダイノード間にはそれぞれ抵抗ｒが設
けられている。初段のダイノードD_y1と最終段の
ダイノードD_y12の間にはダイノード間で二次電子
を増幅させるための電圧V₁が印加され、抵抗ｒ
により分割されている。

最終段のダイノードD_y12とマルチチヤンネルプ
レート３２の入口面との間には最終段のダイノー
ドD_y12で発生した電子をマルチチヤンネルプレー
ト３２に引き込むための電位差V₂が与えられて
いる。また、マルチチヤンネルプレート３２の入
口面と出口面の間にはマルチチヤンネルプレート
３２に入射した電子を増幅するための電位差V₃
が与えられている。

本実施例では二次電子増倍管３１、マルチチヤ
ンネルプレート３２及びシンチレータ２２が一体
的に組立てられている。光電子増倍管３０はその
受光面がシンチレータ２２に直接に接するように
設けられる。

本実施例の検出器において、初段のダイノード
D_y1に荷電粒子の一例としてイオンが入射したと
すると、そのイオンはダイノードD_y1〜D_y12間で
電子電流として増幅された後、最終段のダイノー
ドD_y12とマルチチヤンネルプレート３２の入口面
の間の電位差で加速されてマルチチヤンネルプレ
ート３２に入射する。マルチチヤンネルプレート
３２で増幅された電子電流はシンチレータ２２で
光に変換され、光電子増倍管３０で再び電子電流
として増幅される。光電子増倍管３０からの出力
信号はプリアンプを経て信号処理系へ送られる。

第１図の実施例において、最終段のダイノード
D_y12とマルチチヤンネルプレート３２の入口の間
に電子を集めるコレクタとなる電極板を挿入する
ことができるようにし、その挿入されたコレクタ
からの信号は配線３４を経てプリアンプへ送られ
るようにする。また、マルチチヤンネルプレート
３２の出口とシンチレータ２２の間にも電子を集
めるコレクタとなる電極板を挿入することができ
るようにし、その挿入されたコレクタからの信号
は配線３６を経てプリアンプへ送られるようにす
る。そして、光電子増倍管３０を経る検出信号の
流れ、配線３４を経る検出信号の流れ又は配線３
６を経る検出信号の流れのいずれかを選択できる
ようにしておく。

そして、信号強度が強い場合は最終段のダイノ
ードD_y12とマルチチヤンネルプレート３２の入口
の間にコレクタを挿入して信号を読み取り、信号
強度が弱くなつてくるとマルチチヤンネルプレー
ト３２の出口とシンチレータ２２の間にコレクタ
を挿入して信号を読み取り、最も信号強度が弱く
なるとシンチレータ２２及び光電子増倍管３０を
経て信号を読み取るようにする。

このように、信号を読み取る位置を変えること
によりダイナミツクレンジの広い検出を行なうこ
とができるようになる。

第２図に他の実施例を示す。

第１図の検出器では増倍器として二次電子増倍
管３１が使用されているのに対して、本実施例の
検出器では増倍器としてチヤンネルトロン４０を
使用している。

チヤンネルトロン４０の出口にマルチチヤンネ
ルプレート３２が設けられている。マルチチヤン
ネルプレート３２、シンチレータ２２及び光電子
増倍管３０の配列は第１図の場合と同じである。

チヤンネルトロン４０の入口と出口の間には二
次電子を増幅するための電圧V₁′が印加され、チ
ヤンネルトロン４０の出口とマルチチヤンネルプ
レート３２の入口面の間及びマルチチヤンネルプ
レート３２の入口面と出口面の間にはそれぞれ第
１図の場合と同じ電圧V₂，V₃が印加される。

本実施例の検出器の動作は第１図の検出器の動
作と同じである。

また、本実施例の検出器においても、第１図の
場合と同様に、チヤンネルトロン４０の出口とマ
ルチチヤンネルプレート３２の入口の間に電子を
集めるコレクタを挿入することができるように
し、マルチチヤンネルプレート３２の出口とシン
チレータ２２の間にも電子を集めるコレクタを挿
入することができるようにする。それぞれのコレ
クタからの信号は配線３４，３６を経てプリアン
プに導かれる。そして、光電子増倍管３０を経る
検出信号の流れ、配線３４を経る検出信号の流れ
又は配線３６を経る検出信号の流れのいずれかを
選択できるようにしておく。

以上の実施例では、マルチチヤンネルプレート
３２とシンチレータ２２は増倍器としての二次電
子増倍管３１又はチヤンネルトロン４０と一体的
に組立てられているが、例えば、二次電子増倍管
３１又はチヤンネルトロン４０とマルチチヤンネ
ルプレート３２のみを一体化してもよい。さら
に、二次電子増倍管３１又はチヤンネルトロン４
０にマルチチヤンネルプレート３２、シンチレー
タ２２及び光電子増倍管３０を一体的に組立てて
もよい。

（考案の効果） 本考案の検出器では、二次電子増倍器、マルチ
チヤンネルプレート、シンチレータ及び電子増倍
管をこの順に組合わせるとともに、二次電子増倍
器とマルチチヤンネルプレートの間と、マルチチ
ヤンネルプレートとシンチレータの間にそれぞれ
電子を集めるコレクタを着脱可能に挿入してそれ
らのコレクタの出力及び光電子増倍管の出力のう
ちのいずれかを選択できるようにしたので、強い
信号から弱い信号までの広いダイナミツクレンジ
の検出を行なうことができる。そして、最も弱い
信号を検出するときは、入射した荷電粒子を電子
に変換して増倍器とマルチチヤンネルプレートで
増幅した後、シンチレータで光に変換し、その後
さらに光電子増倍管により増幅して検出するよう
にしたので、極めて微弱な荷電粒子の検出が可能
になる。

また、増倍器に印加する電圧及び光電子増倍管
に印加する電圧の他に、マルチチヤンネルプレー
トの入口面と出口面の間に印加される電圧も調節
できるので、最適な感度を得るのが容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す概略断面図、
第２図は本考案の他の実施例を示す概略断面図、
第３図は本考案者らが開発した検出器を示す概略
断面図である。 ２２……シンチレータ、３０……光電子増倍
管、３１……二次電子増倍管、３２……マルチチ
ヤンネルプレート、４０……チヤンネルトロン。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 入射粒子を二次電子に変換し増幅する増倍器の
   最終段ダイノード又は出口に接近してマルチチヤ
   ンネルプレートが設けられ、このマルチチヤンネ
   ルプレートの出口に電子を光に変換するシンチレ
   ータが設けられ、このシンチレータからの光を受
   光する位置に光電子増倍管が設けられており、前
   記増倍器と前記マルチチヤンネルプレートの間に
   電子を集める第１のコレクタが着脱可能に挿入さ
   れ、前記マルチチヤンネルプレートと前記シンチ
   レータの間に電子を集める第２のコレクタが着脱
   可能に挿入され、前記第１のコレクタの出力、前
   記第２のコレクタの出力及び前記光電子増倍管の
   出力のうちのいずれかを選択できるようになつて
   いることを特徴とする荷電粒子等の検出器。