JPH06139995A - ２次電子増倍管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、出力端付近での加速電界の
リークの発生がなく、加速電界のリークに起因する増倍
作用の飽和の発生がない２次電子増倍管を提供すること
である。 【構成】 一端側および他端側にそれぞれ陰極１および
陽極４を備え、２次電子放出能を有するセラミック半導
体材料からなる筒体１１の一端側の開口に入射した電子
もしくはイオンを上記筒体１１の内壁面に衝突させて２
次電子を放出させ、放出された２次電子を上記陰極１と
陽極４との間に印加された高電圧に引かれて上記筒体１
１の内部を他端に向かって通過する過程で増倍し、筒体
１１の上記他端側に配置されたコレクタ２６に集めて２
次電子流として検出する２次電子増倍管である。上記筒
体１１の他端部は、その外周面に絶縁体層１２に代えて
上記陽極４として機能する電極膜２２が形成される。そ
して、筒体１１の他端開口から筒体１１内に上記絶縁層
１２と電極膜２２との境界付近までピン状のコレクタ２
６の先端２６aが挿通されて遊嵌状態で保持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２次電子放出能を有す
るセラミック半導体材料の筒体からなる２次電子増倍管
に関し、より詳しくは、２次電子増倍管の陽極の電極構
造の改良に関する。

【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、２次電子放出能を有す
る半導体材料を筒体に形成した２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２次電子増倍装置
が使用されている。

【０００３】この種の２次電子増倍装置は、２次電子増
倍管内で発生した２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、２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、２次電子増倍装置では、２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】正の電荷を持った正(プラス)イオンの検出
には、図２に示すような陽極接地方式が採用される。図
２に示す２次電子増倍装置６は、２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iが入射
する入射端を構成するコーン状部２aを有し、その外周
面に陰極１を形成してなる２次電子増倍管２を備える。

【０００５】上記２次電子増倍管２の出力端から０．５
mmないし１．０mmのギャップgをおいて円形の金属板か
らなるコレクタ３を配置している。そして、陰極１には
アースに対して−３ＫＶないし−４ＫＶの高電圧Ｅhを
印加する。一方、２次電子増倍管２の他端側に形成され
た陽極４にはアースに対して−１００Ｖないし−２００
Ｖの加速電圧Ｅｌを印加している。この加速電圧Ｅｌに
より、増倍電流を上記コレクタ３に集めている。陽極４
に印加される加速電圧Ｅｌは、上記陽極４とアースとの
間に接続された金属皮膜もしくはカーボン等の抵抗Ｒに
よる電圧降下により得ている。

【０００６】コレクタ３にて集められる出力電子流は、
上記コレクタ３とアースの間に生じる浮遊容量Ｃsにチ
ャージされ、チャージされた電荷は負荷抵抗Ｒｌを通し
て放電される。この放電により負荷抵抗Ｒｌの両端に生
じる電圧は、前置増幅器５にて増幅されて取り出され
る。

【０００７】上記では、陽極４に印加される加速電圧Ｅ
ｌは、陽極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が、上記加速電圧Ｅｌは、図３
に示すように、陽極４とアースとの間に加速電圧Ｅｌの
印加用の直流電源Ｅaが接続されることもある。

【０００８】一方、負の電荷を有している電子の検出に
は、図４に示すような陰極接地方式が採用される。この
陰極接地方式では、陰極１が直接、接地されるか、直流
電源Ｅbにより比較的低い正(プラス)の直流電圧が印加
される。この陰極接地方式では、コレクタ３はアースに
対して正(プラス)の高電位になるので、コレクタ３と前
置増幅器５との間には、直流阻止用のカップリングコン
デンサＣが挿入される。この陰極接地方式でも、加速電
圧Ｅbの印加用の直流電源Ｅaに代えて、抵抗(図示せ
ず。)が接続されることもある。

【０００９】上記のような２次電子増倍装置に使用され
る２次電子増倍管２は、図５に示すように、チタン酸亜
鉛等の２次電子放出能を有する材料からなり、外周面が
グレーズ層からなる厚さが２０μmないし３０μmの厚さ
の絶縁層１２により被覆されている。そして、２次電子
増倍管２の他端側に陽極４として使用される電極膜１３
が形成され、この電極膜１３の上にリード線１４が巻回
されて、このリード線１４とアースとの間に抵抗Ｒが接
続される。上記２次電子増倍管２の他端開口に対向し
て、コレクタ３が保持されている。

【００１０】上記のように、２次電子増倍管２の他端側
に形成した電極膜１３にリード線１４を巻回する代わり
に、図６に示すように、上記電極膜１３の外側に金属製
のキャップ１５を外嵌し、このキャップ１５とアースと
の間に抵抗Ｒを接続している。そして、このキャップ１
５にはピン状のコレクタ１６を、ハーメチックシール１
７により絶縁状態で同軸に保持し、２次電子増倍管２の
他端部に上記コレクタ１６を遊嵌状態で保持している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な陽極の電極構造を有する２次電子増倍管２では、２次
電子増倍管２の他端側の絶縁層１２の上に陽極の電極膜
１３が形成されているので、電極膜１３の下部の絶縁層
１２の点Ｐに、たとえばピンホールによる絶縁不良箇所
があると、この絶縁不良箇所で加速電界のリークが発生
する。この加速電界のリークの発生により、加速電界の
リーク発生位置であるＰ点から２次電子増倍管２の他端
側の出力端面までの加速電界が平坦になって増倍作用が
飽和する。この増倍作用の飽和により、従来の２次電子
増倍管２では、その入出力の線形性が損なわれる等の致
命的な動作状態となるという問題があった。

【００１２】本発明の目的は、出力端付近での加速電界
のリークの発生がなく、加速電界のリークに起因する増
倍作用の飽和の発生がない２次電子増倍管を提供するこ
とである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、外
周面がセラミック絶縁体層で被覆されてなる２次電子放
出能を有するセラミック半導体材料の筒体からなり、一
端側および他端側にそれぞれ陰極および陽極を備え、筒
体の上記一端側の開口に入射した電子もしくはイオンが
上記筒体の内壁面に衝突して放出した２次電子が上記陰
極と陽極との間に印加された高電圧に引かれて上記筒体
の内部を他端に向かって通過する過程で増倍され、筒体
の上記他端側に配置されたコレクタに集められて２次電
子流として検出される２次電子増倍管であって、上記筒
体の他端部はその外周がセラミック絶縁体に代えて上記
陽極として機能する電極膜が形成される一方、上記コレ
クタはピン形状を有して筒体の他端開口から筒体内に上
記絶縁体層と電極膜との境界付近まで挿通されて遊嵌さ
れて保持されていることを特徴としている。

【００１４】

【作用】２次電子増倍管の陽極として機能する電極膜は
筒体の他端部に直接形成されて筒体に支持されている。
したがって、上記電極膜と筒体の電極膜の形成部分全体
が等電位の陽極として機能する。よって、筒体の一端か
ら電極膜との境界まで２次電子の加速電界が形成されて
おり、この境界位置まで筒体内に先端部が挿通されてい
るコレクタに、２次電子が捕捉される。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、セラミック半導体材料
からなる筒体の電極膜の下部全体が陽極として機能し、
筒体の一端から電極膜との境界まで２次電子の加速電界
が形成されており、この境界位置まで筒体内に先端部が
挿通されているコレクタに、２次電子が捕捉されるの
で、筒体の他端の電極膜の下にはピンホール等の電界リ
ークの発生の原因となる絶縁層がなく、電界リークによ
る飽和が発生して、線形性が悪化する等の従来の２次電
子増倍管が有していた問題を完全に解消することができ
る。

【００１６】

【実施例】以下に、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２次電子増倍管の構造を図
１に示す。

【００１７】図１の２次電子増倍管は、図６において説
明した２次電子増倍管２に本発明を適用したもので、図
６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】図１に示す２次電子増倍管２１では、外周
面が絶縁層で被覆され、一端側に陰極１を有するセラミ
ック半導体材料からなる筒体１１の他端側は、その外周
面にセラミック絶縁体１２に代えて上記陽極として機能
する電極膜２２を形成している。そして、上記筒体１１
の電極膜２２の形成部分には、ハーメチックシール１７
により絶縁状態で軸心部分にピン形状のコレクタ２６が
支持された金属製キャップ１５を外嵌させている。これ
により、キャップ１５の軸心部分に支持された上記コレ
クタ２６は、上記筒体１１の他端開口から筒体１１内に
挿通され、その先端２６が絶縁体層１２と電極膜２２と
の境界付近に達した状態で上記筒体１１の他端部分に遊
嵌した状態で保持される。

【００１９】上記筒体１１のセラミック半導体材料とし
ては、たとえばチタン酸亜鉛が使用される。絶縁層１２
は、その厚みが２０μmないし３０μmであり、筒体１１
の他端部に幅Ｗの電極膜２２の形成部分を残して、筒体
１１の外周面にグレーズを塗布して約摂氏８００度で焼
き付けることにより形成される。また、上記電極膜２２
は、厚さが数μmであり、銀ペーストを上記筒体１１の
他端部に幅Ｗが４mmにわたって塗布して約摂氏５００度
で焼き付けることにより形成される。

【００２０】このような構成であれば、上記電極膜２２
は筒体１１の他端部に直接形成されて筒体１１に支持さ
れ、上記電極膜２２と筒体１１の電極膜２２の形成部分
全体が等電位の陽極４として機能することになる。した
がって、筒体１１の一端から絶縁層１２と電極膜１３と
の境界まで２次電子の加速電界が形成され、しかも、コ
レクタ２６はその先端部２６aがこの境界位置まで筒体
１１内に挿通され、コレクタ２６の先端部２６aに２次
電子が捕捉される。

【００２１】上記実施例からもわかるように、セラミッ
ク半導体からなる筒体１１の他端の電極膜１３の下には
ピンホール等の電界リークの発生の原因となる絶縁層１
２がない。したがって、電界リークによる飽和が発生し
て、２次電子増倍管２１の入出力の線形性が悪化するの
を防止することができる。

【００２２】次に上記実施例に係る２次電子増倍管２１
と従来の２次電子増倍管２との動作例の比較データを図
７に示す。

【００２３】図７は入射電流−出力電流特性図で、従来
例に比べて実施例の入出力の線形性に優れていることが
明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る２次電子増倍管の一実施例の構
成を示す一部破断説明図である。

【図２】 従来の２次電子増倍管を使用した陽極接地方
式の２次電子増倍装置の構成の説明図である。

【図３】 従来の２次電子増倍管を使用したいま一つの
陽極接地方式の２次電子増倍装置の構成の説明図であ
る。

【図４】 従来の２次電子増倍管を使用した陰極接地方
式の２次電子増倍装置の説明図である。

【図５】 従来の２次電子増倍管の陽極の電極構成図で
ある。

【図６】 従来の２次電子増倍管の陽極のいま一つの電
極構成図である。

【図７】 入射電流−出力電流特性図である。

【符号の説明】

１ 陰極 ２ 陽極 １１ 筒体 １２ 絶縁層 １３ 電極膜 １５ キャップ １６ コレクタ ２１ ２次電子増倍管 ２６ コレクタ ２６a 先端部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周面がセラミック絶縁体層で被覆され
   てなる２次電子放出能を有するセラミック半導体材料の
   筒体からなり、一端側および他端側にそれぞれ陰極およ
   び陽極を備え、筒体の上記一端側の開口に入射した電子
   もしくはイオンが上記筒体の内壁面に衝突して放出した
   ２次電子が上記陰極と陽極との間に印加された高電圧に
   引かれて上記筒体の内部を他端に向かって通過する過程
   で増倍され、筒体の上記他端側に配置されたコレクタに
   集められて２次電子流として検出される２次電子増倍管
   であって、上記筒体の他端部はその外周がセラミック絶
   縁体に代えて上記陽極として機能する電極膜が形成され
   る一方、上記コレクタはピン形状を有して筒体の他端開
   口から筒体内に上記絶縁体層と電極膜との境界付近まで
   挿通されて遊嵌されて保持されていることを特徴とする
   ２次電子増倍管。