JPH05234565A - 二次電子増倍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 利得が高くリニアリティの良好な二次電子増
倍装置を提供することである。 【構成】 二次電子増倍管１の一端側から入射した電子
もしくはイオンが内壁面に衝突して放出された二次電子
が二次電子増倍管１の上記一端側に配置された陰極と他
端側に配置された陽極３との間に印加された高電圧Ｅ_H
による電界に引かれて二次電子増倍管１の内部を他端側
に向かって通過する過程で増倍され、上記他端側にてコ
レクタ５に集められて二次電子流として検出される二次
電子増倍装置である。上記陽極３の二次電子増倍管１の
上記一端側の端部３ａが二次電子増倍管１の出力端７を
構成しており、上記コレクタ５は、その先端が二次電子
増倍管１の他端開口から上記出力端７の手前に達するま
で二次電子増倍管１内に挿入され、上記陽極３および二
次電子増倍管１と絶縁状態で保持されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は二次電子増倍装置に関
し、より詳しくは、少なくとも内壁面が二次電子放出能
を有する半導体材料で形成されてなる筒状の二次電子増
倍管から出力する二次電子を検出して空間中のイオンや
電子を検出する二次電子増倍装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、宇宙空間に存在するイオンや電子
を検出する装置、あるいは各種イオンや原子の質量を分
析する質量分析計等においては、二次電子放出能を有す
る半導体材料を筒状に形成した二次電子増倍管を使用
し、イオンや電子を検出する装置等に直接、取り付けて
使用することができる、いわゆるチャンネル・エレクト
ロン・マルチプライヤ（ＣＥＭ）と呼ばれる二次電子増
倍装置が使用されている。

【０００３】この種の二次電子増倍装置は、二次電子増
倍管内で発生した二次電子を電界をかけて引っ張りなが
ら増倍するものであるから、二次電子増倍管のイオンや
電子等が入射する入射端が陰極に、出力端が陽極にな
る。そして、二次電子増倍装置では、二次電子増倍管の
陽極を接地して使用するか、陰極を接地して使用するか
により、陽極接地方式と陰極接地方式の２つの接地方式
がある。

【０００４】従来のこの種の二次電子増倍装置の一例を
図４に示す。この図４の二次電子増倍装置は陽極接地方
式のもので、二次電子放出能を有するチタン酸亜鉛系の
セラミックからなる半導体材料を筒状に形成してなり、
一端側に正(プラス)イオンＭが入射する入射端を構成し
ている漏斗状の入射部１a を有し、その外周面に電源Ｅ
_Hにより負（マイナス）の高電圧が印加される陰極２を
備えてなる二次電子増倍管１を備える。この二次電子増
倍管１は、その中間部に増倍部１ｂを、また、その他端
部に出力部１ｃを備える。

【０００５】二次電子増倍管１の出力部１ｃは、図５に
示すように、二次電子増倍管１の他端側の外周面を一巡
して形成されてなる出力端電極（陽極）３と、二次電極
増倍管１の他端部に外嵌してこの出力端電極に導電的に
固定されてなる金属製のコレクタキャップ４と、二次電
子増倍管１の増倍部１ｂにて増倍された二次電子を捕捉
するコレクタ５と、上記コレクタキャップ４に固定され
てコレクタ５を保持する保持部材６とからなる。

【０００６】上記出力端電極３は、たとえば幅Ｄが４ｍ
ｍ程度で、その二次電子増倍管１の上記一端側の端部３
ａが二次電子増倍管１の出力端７を構成する。また、上
記コレクタ５は、二次電子増倍管１の上記他端側の内径
よりも小さい径を有するピン形状を有する。上記コレク
タ５は、その先端が二次電子増倍管１の他端開口から上
記出力端７の位置ないしは上記出力端７を約１ｍｍ越え
る程度、二次電子増倍管１の他端部に挿入された状態
で、上記保持部材６により保持される。上記コレクタ５
は、保持部材６の中心部に形成された穴６ａを貫通し、
ハーメチックシール８により、二次電子増倍管１および
上記出力端電極３と電気的に絶縁された状態で保持部材
６に保持される。

【０００７】上記のような出力部の構成を有する二次電
子増倍装置において、図４に示すように、陰極には、高
電圧源Ｅ_Hからアースに対して−３キロボルトないし−
４キロボルトの負の高電圧Ｅ_Hが印加される。一方、二
次電子増倍管１の出力端電極（陽極）３には、（−１０
０）ボルトないし（−２００）ボルトの加速電圧が印加
され、この加速電圧で増倍電流を上記コレクタ５に集め
るようにしている。出力端電極３に印加される上記加速
電圧は、コレクタキャップ４とアースとの間に接続され
た抵抗Ｒによる電圧降下により得ている。コレクタ５に
て集められる出力二次電子流は、抵抗Ｒ_Lにより電圧に
変換され、増幅器９により増幅される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な出力部の構造を有する二次電子増倍装置では、上記し
たように、コレクタ５は、その先端が二次電子増倍管１
の他端開口から上記出力端７の位置ないしは上記出力端
７を約１ｍｍ越える程度、二次電子増倍管１の他端部に
挿入された状態で、保持部材６により保持されているの
で、コレクタ５の先端部が二次電子増倍管１の増倍部１
ｂに近い位置にある、もしくは増倍部１ｂ内に突出して
いる。このため、二次電子増倍管１の出力端７附近は、
図６に等電位面１１の状態を示すように、コレクタ５の
先端部と二次電子増倍管１の上記出力端７附近との間で
等電位面１１の間隔が密になっており、その部分で急激
な電位勾配が生じている。この電位勾配は、出力端７附
近の二次電子に影響を与える。すなわち、二次電子増倍
管１の増倍部１にて増倍された二次電子は、上記出力端
７に達する約３ｍｍのところからコレクタ５に収束され
はじめるが、急激な上記電位勾配により、二次電子には
出力端７附近ではかなり強い力が作用し、二次電子増倍
管１の内壁には衝突せずにコレクタ５に捕捉されてしま
う。

【０００９】したがって、従来の上記二次電子増倍装置
では、二次電子増倍管１の出力端７附近に増倍に寄与し
ない部分が生じ、利得が低いという問題があった。ま
た、上記従来の二次電子増倍装置では、急激な上記電位
勾配により、二次電子には出力端７附近ではかなり強い
力が作用するので、殆どの二次電子はコレクタ５の先端
に強制的に収束されて捕捉されてしまい、入射イオン量
が大きくなると、コレクタ５先端附近の二次電子の密度
が非常に高くなり、リニアリティが低下するという問題
があった。

【００１０】本発明の目的は、利得が高くリニアリティ
の良好な二次電子増倍装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、少
なくとも内壁面が二次電子放出能を有する半導体材料よ
りなる筒状の二次電子増倍管を備え、この二次電子増倍
管の一端側から入射した電子もしくはイオンが上記内壁
面に衝突して放出された二次電子が二次電子増倍管の上
記一端側に配置された陰極と他端側に配置された陽極と
の間に印加された高電圧による電界に引かれて上記二次
電子増倍管の内部を上記他端側に向かって通過する過程
で増倍され、上記他端側にてコレクタに集められて二次
電子流として検出される二次電子増倍装置であって、上
記陽極は二次電子増倍管の上記他端部にその外周面を一
巡して形成されてなり、二次電子増倍管の上記一端側の
端部が二次電子増倍管の出力端を構成しており、上記コ
レクタは二次電子増倍管の他端側の内径よりも小さい径
を有するピン形状を有し、その先端が二次電子増倍管の
他端開口から上記出力端の手前に達するまで二次電子増
倍管内に挿入され、上記陽極および二次電子増倍管と絶
縁状態で保持されていることを特徴としている。

【００１２】

【作用】コレクタの先端は、二次電子増倍管の出力端の
手前に位置しており、コレクタはいわば出力端電極によ
り静電的にシールドされた状態となる。これにより、コ
レクタの先端部附近の等電位面はほぼ出力端電極の内側
に分布することになる。これにより、コレクタの先端部
附近の等電位面の間隔が大きくなり、電位勾配が緩やか
になる。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、コレクタの先端部附近
の等電位面はほぼ出力端電極の内側に分布し、コレクタ
の先端部附近の等電位面の間隔が大きくなって電位勾配
が緩やかになるので、二次電子には出力端附近で強い力
が作用することはなく、入射イオン量が大きくなって
も、コレクタ先端附近の二次電子の密度が大きくなるこ
とがなく、入射に対する出力のリニアリティが向上する
一方、コレクタの電場が出力端附近に影響を与えなくな
るので、二次電子増倍管の増倍部はその出力端まで完全
に二次電子の増倍に寄与することができ、利得の高い二
次電子増倍装置を得ることができる。

【００１４】

【実施例】以下、添付の図面を参照して本発明の実施例
を説明する。本発明に係る二次電子増倍装置の一実施例
の出力部を図１および図２に示す。

【００１５】上記二次電子増倍装置は、図４および図５
において既に説明した陽極接地方式のものにおいて、コ
レクタ５の先端が二次電子増倍管１の他端開口から、二
次電子増倍管１の上記他端部にその外周面を一巡して形
成されてなる出力端電極（陽極）３の二次電子増倍管１
の入射端側の端部である出力端７の手前に達するまで、
二次電子増倍管１内に挿入した状態で、保持部材６をコ
レクタキャップ４に固定してなるものである。上記コレ
クタ５は、コレクタキャップ４にハーメチックシール８
により、絶縁状態で貫通して保持される。これにより、
上記コレクタ５は、上記出力端電極３および二次電子増
倍管１と絶縁状態で保持される。

【００１６】図１に示すものでは、出力端電極の幅Ｄ₁
が約４ｍｍであり、コレクタ５の先端から出力端７まで
の距離ｄ₁は約２ｍｍに設定されている。また、図２に
示すものでは、出力端電極３の幅Ｄ₂が約６ｍｍであ
り、コレクタ５の先端から出力端７までの距離ｄ₂は約
２ｍｍに設定されている。

【００１７】なお、図１および図２において、図５に対
応する部分には対応する符号を付して示し、重複した説
明は省略する。

【００１８】このような構成であれば、図１および図２
からも分るように、コレクタ５の先端は、二次電子増倍
管１の出力端７の手前に位置しており、上記コレクタ５
は出力端電極３により静電的にシールドされた状態とな
っており、図３に示すように、コレクタ５の先端部附近
の等電位面１２はほぼ出力端電極３の内部に分布してい
る。これにより、コレクタ５の先端部附近の等電位面の
間隔が大きくなって、電位勾配が緩やかになり、二次電
子には出力端附近で強い力が作用することはない。した
がって、入射イオン量が大きくなっても、コレクタ５の
先端附近の二次電子の密度が大きくなることがなく、入
射に対する出力のリニアリティが向上する。また、コレ
クタ５の電場が出力端７附近に影響を与えなくなるの
で、二次電子増倍管１の増倍部１ｂはその出力端７まで
完全に二次電子の増倍に寄与することができ、利得も高
くなる。

【００１９】上記実施例では、コレクタ５をコレクタキ
ャップ４と保持部材６を用いて二次電子増倍管の他端部
に保持させるようにしたが、たとえば二次電子増倍管１
の他端部に絶縁物を介してコレクタ５を保持することも
できる。

【００２０】本発明は、上記実施例のような陽極接地方
式の二次電子増倍装置に限らず、陰極接地方式の二次電
子増倍装置にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る二次電子増倍装置の一実施例の
出力部の構成の詳細を示す部分断面図である。

【図２】 本発明に係る二次電子増倍装置のいま一つの
実施例の出力部の構成の詳細を示す部分断面図である。

【図３】 本発明に係る二次電子増倍装置の出力部にお
ける等電位面の分布の測定図面である。

【図４】 従来の二次電子増倍装置の全体構成の説明図
である。

【図５】 図４の二次電子増倍装置の出力部の構成の詳
細を示す部分断面図である。

【図６】 図４の二次電子増倍装置の出力部における等
電位面の分布の測定図面である。

【符号の説明】

１ 二次電子増倍管 １ａ 入射部 １ｂ 増倍部 １ｃ 出力部 ２ 陰極 ３ 出力端電極 ３ａ 端部 ４ コレクタキャップ ５ コレクタ ６ 保持部材 ６ａ 穴 ７ 出力端 ８ ハーメチックシール ９ 増幅器 １１ 等電位面 １２ 等電位面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも内壁面が二次電子放出能を有
   する半導体材料よりなる筒状の二次電子増倍管を備え、
   この二次電子増倍管の一端側から入射した電子もしくは
   イオンが上記内壁面に衝突して放出された二次電子が二
   次電子増倍管の上記一端側に配置された陰極と他端側に
   配置された陽極との間に印加された高電圧による電界に
   引かれて上記二次電子増倍管の内部を上記他端側に向か
   って通過する過程で増倍され、上記他端側にてコレクタ
   に集められて二次電子流として検出される二次電子増倍
   装置であって、上記陽極は二次電子増倍管の上記他端部
   にその外周面を一巡して形成されてなり、二次電子増倍
   管の上記一端側の端部が二次電子増倍管の出力端を構成
   しており、上記コレクタは二次電子増倍管の他端側の内
   径よりも小さい径を有するピン形状を有し、その先端が
   二次電子増倍管の他端開口から上記出力端の手前に達す
   るまで二次電子増倍管内に挿入され、上記陽極および二
   次電子増倍管と絶縁状態で保持されていることを特徴と
   する二次電子増倍装置。