JP2562982B2 - チャネル電子増倍管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一体セラミックボディから製造されるチャネ
ル電子増倍管およびこれを製造する方法に関するもので
ある。本発明は、より長いチャネル長さが必要とされる
場合に特に、より小型の装置のためにまた電子／壁衝突
の増大のために、チャネルが好ましくは３次元の湾曲さ
れたコンジットを提供するチャネル電子増倍管に向けら
れるものである。

［従来の技術］ 電子増倍管は標準的には光信号が衝突したときに光電
陰極から放出される電流の増幅器として供される光増倍
管で使用される。このような光増倍管装置では、光電陰
極、電子増倍管およびその他の機能部材は真空外囲器に
囲包される。外囲器内側の真空環境は本質的に安定であ
りそしてできるだけ最適の動作性能を得るために光増倍
管の製造中管理が行なわれる。この種類の応用では、、
電子増倍管は一般的には、たとえばベリリウム−銅合金
または銀−マグネシウム合金から形成される用意周到な
金属合金ダイノードを使用する。

電子増倍管について、真空外囲器を必要としない別の
応用がある。この種の応用は、たとえば、イオンの検出
が行なわれる質量分析器および電子の検出が行なわれる
電子スペクトロメータにおけるものである。これらの応
用では、検出される信号、すなわちイオンや電子、は真
空外囲器を挿通できないがその代わりに「窓なし」電子
増倍管のダイノード面に直接衝突しなければならない。

用意周到な金属合金ダイノードを付帯した電子増倍管
は、雰囲気に暴露されるときに、これらダイノードの２
次電子放出特性が悪影響を受ける点で、「窓なし」の応
用にとって満足なものではない。さらに、２次電子放出
特性での損失を補償するために動作電圧が増大されると
き、用意周到なダイノード増倍管は、個々のダイノード
から、電界放出による所望されないバックグラウンド信
号（雑音）を呈示する。これらの理由から、チャネル電
子増倍管が「窓なし」検出が必要とされるときにしばし
ば使用される。

グッドリッチらによる米国特許第3,128,408号では、
おそらくシリカに富んでいるそしてそれゆえに良好な２
次電子放出体である内部の半導体ダイノード面層と一緒
に、まっすぐな軸線を有する滑らかなガラス管を備えた
チャネル増倍管装置が開示される。内部半導体ダイノー
ド面の「連続」性により、外来の電界放出または雑音に
たいして感応度が小さく、そしてその２次電子放出特性
に悪影響を与えることなく、雰囲気に暴露することが可
能である。

滑らかなガラス管チャネルの電子増倍管は、比較的大
きな負の抵抗温度係数（TCR、temperature coefficient
of resistivity）と小さな熱伝導性を有する。かくし
て、これら電子増倍管は「熱暴走」として知られる状態
の発生を回避するために、ダイノード抵抗が比較的大き
くなければならない。熱暴走とは、ガラスチャネル電子
増倍管の熱伝導性が低いため、ダイノードの抵抗性熱が
ダイノードから適宜に伝導されずダイノード温度は連続
的に増加して、これがさらにダイノードの抵抗の減少を
生ぜしめついには破滅的な過熱状態が生じている状態で
ある。

この問題を回避するために、チャネル電子増倍管はダ
イノード抵抗を比較的高くして製造される。装置が上昇
した周囲温度で動作可能であるためには、ダイノード抵
抗はいきおい高くされなければならない。その結果、ダ
イノード偏移電流は（用意周到なダイノード増倍管と比
較して）低い値に制限されそしてその最大信号もまたこ
れに応じて制限されてしまう。その結果、チャネル増倍
管は高い信号レベルで頻繁に飽和しかくして直線性検出
器として振る舞わない。動作電圧がダイノードを横切っ
て印加されるに応じて、ダイノードの抵抗性加熱が生ず
ることが理解されよう。負の抵抗温度係数のために、よ
り大きな電力がダイノードで浪費され、これがより大き
な抵抗性加熱を招きダイノード抵抗がさらに減少する。

標準的なガラス管チャネル増倍管の欠陥を軽減する努
力において、セラミック支持体から形成されるチャネル
増倍管が開発されている。このような装置がエル、ジ
ー、ヴォルグファング（L.G.Wolgfang）による米国特許
第3,224,927号、エイ、ヴィー、フライオリ（A.V.Fraio
li）による米国特許第4,095,132号およびトヨダ（Toyod
a）による米国特許第3,612,946号に例示されている。

米国特許第3,224,427号および第4,095,137号に図示お
よび説明せられているように、電子増倍管は、セラミッ
ク材料の２つの部分から形成され、通路またはコンジッ
トは２つのセラミック部分の少なくとも一つの内面に切
り込まれる細長い管である。このようなチャネルはフラ
イオリによる米国特許に図示されるように湾曲されるか
またはヴォルフガングによる米国特許に図示されるよう
に波状とされるが、それぞれ、２次元形態に制限されか
くして電子／壁衝突の機会がごく制限されたものとな
る。

米国特許第3,612,946号では、半導電性セラミック材
料がボディおよびこれに包含される通路のためのダイノ
ード面に供される。この装置が効率の良いチャネル電子
増倍管として機能するためには、その通路の長手軸線の
方向は、セラミック材料を通る電流の方向と平行である
ことが肝要であり、このような電流は、動作に必要とさ
れる電気的ポテンシャルの適用から生ずる。

本発明は、ガラス管タイプのチャネル増倍管および用
意周到なダイノード増倍管の利益ある動作を組み合わせ
そして従来知られていない製造の容易さおよび堅牢さを
付加する点で、上記の従来技術によるチャネル増倍管の
改良に向けられるものである。

［発明が解決しようとする課題］ したがって、本発明の目的は、できるだけ最小限のバ
ックグラウンド雑音で高い利得を有するチャネル電子増
倍管を提供することである。

本発明の他の目的は、熱の効率よい放散のために一体
セラミックボディから形成されるチャネル増倍管を提供
することである。

本発明のさらに他の目的は、良好な２次電子放出特性
を有する半導電性材料から形成されるダイノード層を有
するチャネル増倍管を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、電子／壁衝突が最適化さ
れコンパクトな形態でより長いチャネルが提供されるよ
う、３次元の通路を持ったチャネル増倍管を提供するこ
とである。

本発明のさらに他の目的は、３次元の通路を持ったチ
ャネル増倍管を製造する方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、堅牢で製造が簡単なチャ
ネル増倍管を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、電気的リード線、装着ブ
ラケット、アパーチャプレートおよび同様物の絶縁支持
体にも供されるチャネル増倍管を提供することである。

本発明の上記目的およびその他の目的および利益は、
添付の図面を参照しつつ、以下の具体例の叙述からより
明瞭となろう。しかし図は単なる例示のためのものであ
り、本発明を制限するものでないことを理解されたい。

［好ましい例の説明］ 図面を参照しつつ本発明の例を説明する。なお各図面
を通じて、同様の部材には同様の参照番号が付されてい
る。

第１図および第３図を参照すると、本発明に従って構
成されたチャネル増倍管が参照番号10に図示されてい
る。チャネル増倍管は電気的に絶縁性のセラミック材料
から構成される。上述の特許第3,224,927号および第4,0
95,132号で説示されるようなチャネル通路の突き合わせ
および継ぎ合わせの問題は、一体ボディにより除去され
る。

第１図および第３図に図示される例では、チャネル増
倍管の一体ボディ12は形状が円柱状である。以下で説明
されるように、該ボデイの一端部には中空の通路すなわ
ちチャネル16へと展開する円錐形または漏斗形状の通路
すなわち入口14が提供される。チャネル16は好ましくは
３次元とされそしてチャネル増倍管10のボディ12を連通
する内部の一つまたはそれ以上の巻きを有することが可
能でありそして円柱形状のボディの入口14とは反対側の
端部18の出口でチャネル電子増倍管10を退出する。チャ
ネルの通路は、「イオンのフィードバック」により生ず
る不安定性を回避するため、増倍管利得が約１×10^-6よ
りも大きい応用では、湾曲されねばならないこともまた
理解されよう。

漏斗形状の入口14および中空の通路16の面20は、良好
な２次電子放出特性を有する半導電性材料が被着され
る。この被着物は以下でダイノード層として説明され
る。

第３図は、入力鍔部材44がセラミックボディ12に密着
して押圧されそして入口14との電気的接触が行なわれる
のに使用される第１図の修正タイプのものである。出力
のフランジ部材46もまたセラミックボディ12に押圧され
そして信号陽極48を位置決めしそしてこれを保持しそし
て出口18と電気的接触を行なうのにも使用される。

第２図を参照すると、図示の例は、自由形態チャネル
増倍管として説明可能である。この例では、増倍管10
は、拡張された漏斗形状の頭部24を有するほぼ管状の湾
曲ボディ22から構成される。通路26が湾曲ボディ22を通
じて提供されそして漏斗形状の入口通路28と連通する。
第２図の通路26は、通路26が１巻きよりも少ない２次元
通路から構成される点で、第１図の通路16と異なること
が理解されよう。第１図の例は、容積または個装上の問
題を考慮すると、第２図の例よりも好ましいものであろ
うと考えられる。第１図および第３図の例と同様に、通
路26および入口通路28の面30にはダイノード層が被着さ
れる。

第４図は、チャネル増倍管10は第１図および第３図に
図示されるものと同様の内部形態を有するが、ボディ32
は円柱形状でない点で、異なる外部形態を有する。本発
明のチャネル増倍管を製造する方法に関連して以下に説
明される理由により、所望される任意の形状の大抵のも
のが増倍管に適用可能である。

ここで第５図および第６図を参照すると、内部の複数
の中空の通路またはチャネルを使用する本発明の代替え
例が総括的に参照番号60で図示されている。チャネル電
子増倍管60は、セラミック材料の単一または一体ボディ
62と一体ボディ62の前方面および後方面66、68を相互に
連絡する複数の中空の通路64とから構成される。通路64
は直線状でもよいし、２次元で湾曲されてもよいし、ま
たは３次元で湾曲されてもよいことが理解されよう。好
ましくは、前方面および後方面66、68は、それらを金属
化することにより導電性を与えられ、ダイノード層が通
路に被着される。

本発明の増倍管の一体セラミックボディは、アルミ
ナ、ベリリア、ムライト、ステアタイトまたは同様物の
ような種々の異なる材料から製造可能である。選択され
る材料は、化学的、機械的さらに熱的にダイノード層材
料と相溶性とすべきである。それは、大きな絶縁耐力を
有しそして電気的絶縁物として振る舞うべきである。

本発明で使用されるダイノード層は種々の種類のいず
れでもよい。たとえば、第１の種類のダイノード層は、
従来のチャネル増倍管の製造で使用されると同様の総括
族のガラスから構成される。内側通路壁に適当に被着さ
れ、導電性が与えられ、そして導電材料で適宜終端され
ると、それは従来のチャネル増倍管として機能しよう。
２次電子放出特性を与える別の材料もまた使用可能であ
る。

本発明の増倍管のセラミックボディは、「セラミッ
ク」技術を使用して製造される。

一般に、内部に提供される所望の通路の形態のプレフ
ォームがアルミナのようなセラミック材料で囲包されそ
して高圧力で押圧される。

プレフォームを包含するボディが押圧された後に、そ
れは、焼成および燒結のような標準のセラミック技術を
使用して処理される。プレフォームは、高温度処理動作
中に、溶融または消散し、それにより、プレフォームと
同様の形態の通路が残される。

賦形に続いて、ボディは、先に消散されたプレフォー
ムの形状の内部の中空の通路を包含する硬質の稠密なボ
ディが形成されるよう燒結される。冷却の後、中空通路
の面は、本出願で先に説明されたようなダイノード材料
が知られている技術により被着可能である。

ひとたび、通路がダイノード材料で被着され、開口端
部および出力端部が金属化されると、ボディは、入力鍔
部材またはフランジ35、セラミックのスペーサ環部材3
4、その内面に光電子放出層を有する透過性のフェース
プレート36、出力フランジ38および信号陽極42が装着さ
れたセラミック封止部材40のような第４図に図示される
種々の電気的接続部材および支持接続部材に適合可能で
ある。装置は、第４図に図示されるような形態では、光
電管真空外囲電子増倍管として機能する。

好ましい例が図示されそして説明されたけれども、本
発明の技術思想から逸脱することなく種々の修正および
置換が可能である。それゆえ、本発明は、例示として説
明されたものでありこれに制限されるものではないこと
を理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるチャネル電子増倍管の斜視図であ
る。 第２図は、本発明による一例の斜視図である。 第３図は、追加の支持体およびその上の電子部品を付帯
して、第１図の線３−３に沿って得られる断面図であ
る。 第４図は、本発明によるチャネル電子増倍管の修正型の
ものの第３図と同様の断面図である。 第５図は、本発明による別のチャネル電子増倍管の斜視
図である。 第６図は、第５図の線６−６に沿う正断面図である。 図中の各参照番号が示す主な名称を以下に挙げる。 10……チャネル増倍管 12……一体（セラミック）ボディ 14……入口 16……中空の通路（チャネル） 34……スペーサ環部材 35……入力鍔部材またはフランジ 36……透過性のフェースプレート 38……出力フランジ 40……セラミック封止部材 42……信号陽極 44……入力鍔部材 46……フランジ部材 48……陽極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭47−41555（ＪＰ，Ａ) 特公 昭48−18028（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭52−5826（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭52−47663（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭56−19707（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭57−8618（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】A.前方面と後方面と側面とを有する電気絶
   縁性の一体セラミックボディと、該ボディの一つの入口
   と、該ボディの一つの出口と、前記入口−出口間に延在
   し該ボディの内部を通ずる一つの中空かつ湾曲した継ぎ
   目なしの通路とを備え、該中空の通路の壁は２次電子放
   出性のダイノード材料を包含するとともに、当該通路の
   壁は前記ボディの側面に関して非平行である電子増倍管
   と、 B.透過性フェースプレートと光電子放出性要素とそのた
   めの支持手段とを有する光電陰極アッセンブリと、 C.前記光電陰極アッセンブリを前記絶縁性ボディへ封止
   する手段であってそれにより該光電子放出性要素が前記
   入口で前記通路の内部の領域へ連続する当該手段と、 D.陽極と、出力信号結合手段と、該陽極のための支持手
   段とを備える陽極アッセンブリと、 E.前記陽極アッセンブリを前記絶縁性ボディへ封止する
   手段であってそれにより前記陽極が前記出口で前記通路
   の内部の領域へ連続する当該手段とを具備し、 前記通路と、前記光電陰極アッセンブリと、前記陽極ア
   ッセンブリとが前記光電子放出性要素と前記通路の壁と
   前記陽極とを包含する閉じた領域を画然しそして該閉領
   域はほぼ真空排気されている光電子増倍管。
2. 【請求項２】前記通路は前記ボディにて２次元の曲線を
   形成する特許請求の範囲第１項記載の光電子増倍管。
3. 【請求項３】前記通路は前記ボディにて３次元の曲線を
   形成する特許請求の範囲第１項記載の光電子増倍管。
4. 【請求項４】前記３次元曲線は螺旋または渦巻曲線であ
   る特許請求の範囲第３項記載の光電子増倍管。
5. 【請求項５】前記入口は漏斗形状部分を備える特許請求
   の範囲第１項記載の光電子増倍管。
6. 【請求項６】前記ダイノード材料は導電性面を有するガ
   ラスである特許請求の範囲第１項記載の光電子増倍管。
7. 【請求項７】前記通路は継ぎ目なしである特許請求の範
   囲第１項記載の光電子増倍管。
8. 【請求項８】前記光電子放出性要素は前記フェースプレ
   ートの一面の光電子放出層である特許請求の範囲第１項
   記載の光電子増倍管。
9. 【請求項９】前記光電子放出性要素と前記入口との間に
   ダイノードを備えた特許請求の範囲第１項記載の光電子
   増倍管。