JP3640470B2 - ヘリウムリークディテクタの分析管 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はヘリウムリークディテクタの分析管に関し、特に、磁場偏向型質量分析器を用いたヘリウムリークディテクタにおいて水素の散乱粒子や散乱イオンによるヘリウムイオン軌道の阻害を軽減した分析管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２を参照して従来のヘリウムリークディテクタの一例を説明する。これは校正リーク内蔵型のヘリウムリークディテクタである。
【０００３】
ヘリウムリークディテクタ４０のテストポート４１は漏れ試験が行われる被試験体４２に接続される。テストポート４１を備える配管は粗引きバルブ４３を介して粗引きポンプ４４に接続される。テストポート４１と粗引きバルブ４３の間の配管には分岐部を設け、１つの分岐配管はテストバルブ４５を介して主ポンプ４６の吸気側に接続されると共に、他の分岐配管にはベントバルブ４７が接続される。ベントバルブ４７の他端は大気に開放されている。主ポンプ４６の排気側はフォアラインバルブ４８を介して粗引きポンプ４４の吸気側に接続される。テストポート４１と粗引きバルブ４３の間には、さらに分岐部を設け、校正用バルブ４９を介して校正リーク５０が接続される。テストバルブ４５と主ポンプ４６の吸気側を結ぶ配管の中間に分岐管を設け、これに分析管５１を接続する。
【０００４】
ヘリウムリークディテクタ４０では、密閉容器である被試験体４２にテストポート４１を接続し、テストバルブ４５とフォアラインバルブ４８を開くと共に粗引バルブ４３を閉じ、被試験体４２の周りにヘリウムガスを吹き付けることにより漏れ試験を行う。この試験法を直接測定法またはダイレクトフロー測定法という。またテストバルブ４５を閉じフォアラインバルブ４８と粗引バルブ４３を開いて、ヘリウムガスの逆拡散作用を利用して漏れ試験を行う方法（逆拡散測定法またはカウンタフロー測定法）もある。ヘリウムを検知する分析管５１には、磁場偏向型質量分析管や四重極型質量分析管がある。
【０００５】
上記磁場偏向型分析管はヘリウムのみを選別し、逐次的に計測できる構造になっている。磁場偏向型分析管は、一般に、荷電粒子の運動が磁界中でローレンツ力を受けて円軌道を描くこと、およびその円軌道が粒子の質量と電荷とによって異なることを利用している。磁界中での荷電粒子の運動は一般に磁界強度をＢ、荷電粒子のエネルギ（ｅＶ）をＶ、荷電粒子の質量電荷比をＭ／ｚとし、ローレンツ力により描く円軌道の半径をｒとすれば、次式（数１）で表される。
【０００６】
【数１】
Ｍ／ｚ＝ｋ（Ｂ² ×ｒ² ）／Ｖ 但し、ｋは定数
【０００７】
図３は、従来の１８０度磁場偏向型分析管の要部の構造を示す。図３に示すごとく、磁場偏向型分析管は、加速スリット６１とヘリウムイオン分離スリット６２とヘリウムイオン検出スリット６３が形成されたイオン分離用の隔壁部材６４と、加速スリット６１に対応して配置されたイオンを生成するためのイオン源６５と、ヘリウムイオン検出スリット６３に対応して配置されたヘリウムイオンを捕らえるためのヘリウムイオン検出電極６６と、ヘリウムイオン検出電極６６を保護するシールド６７とを含んで構成される。上記ヘリウムイオン分離スリット６２はヘリウムのみを分離するためのスリットである。シールド６７は、隔壁部材６４の下面に固定され、ヘリウムイオン検出電極６６を収容する空間を形成し、この空間はヘリウムイオン検出スリット６３の箇所のみで開いている。ヘリウムイオン検出電極６６の出力信号はイオン検出器（増幅器）６８を経由して増幅して取り出される。隔壁部材６４の立設部６４ａには、上記のヘリウムイオン分離スリット６２が形成され、かつ全圧測定電極６９が設けられる。この全圧測定電極６９は、ヘリウムイオンよりも重いイオンを捕らえ、全圧を測定する。かかる構成において、イオン源６５にはヘリウム（Ｈｅ）ガスが供給される。さらにイオン源６５と加速スリット６１の間には加速電圧が印加され、イオンが移動する空間７０にはヘリウムイオンを分離するための静磁界７１が与えられている。
【０００８】
上記構成において、イオン源６５で生成されたイオンは、上記加速電圧で加速され、加速スリット６１から空間７０へ出射される。出射されたイオンの軌道は、静磁界７１に基づき、各イオンの質量電荷比に応じた軌道半径をもって決定されるため、種々の質量を持ったイオンは各々の固有のイオンビーム束となる。これらのイオンビーム束の中でヘリウムイオンのみがヘリウムイオン軌道７２に対応するように設置されたヘリウムイオン分離スリット６２を通過し、さらにヘリウムイオン検出スリット６３を通過し、ヘリウムイオン検出電極６６で捕らえられる。これによりヘリウムイオンのみが計測される。またヘリウム以外の質量の大きなガスは全圧測定電極６９に衝突し、これにより全圧が測定される。なお７３は、ヘリウムイオンよりも軽い水素イオンの軌道である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記構造を有する上記分析管には、次のような欠点が存在した。この種の分析管では、ヘリウム以外のイオンを、全圧測定電極６９や、イオン分離器としての機能を有する上記隔壁部材６４に衝突させ、散乱させるようにしていた。このため、衝突による散乱粒子や散乱イオンがヘリウムイオン軌道７２を阻害し、微小なヘリウムイオン電流の測定領域においてヘリウムイオンの収量が変動し、安定な測定ができないという不具合があった。散乱イオンは残留ガスによるものであり、水、水素が主な成分である。このうちヘリウムよりも質量の大きな水は、全圧測定に寄与し、また衝突の際に衝突によるエネルギの減衰が起こり、弾性衝突散乱を起こすものが少ない。従って、散乱イオンや散乱粒子となって運動エネルギを持ったままヘリウムイオン軌道７２を阻害することは少ない。一方、ヘリウムよりも質量の小さい水素は隔壁部材６４の壁面に衝突し、衝突の際にエネルギを数割程度しか失わないので、ほとんどが弾性散乱を起こし、散乱イオンや散乱粒子となり、ヘリウムイオン軌道７２を阻害する。より精度の高い測定を安定して行うためには、軽い水素の散乱粒子や散乱イオンがヘリウムイオン軌道７２を阻害することを軽減する必要がある。
【００１０】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、ヘリウムよりも軽い水素の散乱粒子や散乱イオンによるヘリウムイオン軌道の阻害を軽減し、微小なヘリウムイオン電流の測定領域でもヘリウムイオンを高い精度で安定して測定できるヘリウムリークディテクタの分析管を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るヘリウムリークディテクタの分析管は、上記目的を達成するため、イオン源から出射された各種イオンの各々の軌道を磁界で決定し、各種イオンの軌道を遮る位置にイオン分離のための壁部を設け、この壁部におけるヘリウムイオンの軌道に対応する箇所に当該ヘリウムイオンのみを通過させるためのスリットを形成し、ヘリウムイオンのみを検出するようにしたヘリウムリークディテクタの磁場偏向型の分析管であり、この構成において、イオン分離のための壁部は、イオン源とヘリウムイオンを検出する検出手段との間の位置に設けられ、上記イオン分離のための壁部におけるヘリウムイオンよりも軽いイオンの軌道に対応する箇所に当該イオンを通過させるためのスリットを形成するようにした。
【００１２】
上記の本発明の構成では、イオンを分離するための壁部に、ヘリウムイオンよりも軽いイオンを通過させるためのスリットを設けたので、当該イオンと壁部との間で衝突が起きず、衝突散乱が起こらない。従って、ヘリウムイオン軌道が阻害されることない。
【００１３】
本発明に係るヘリウムリークディテクタの分析管は、上記の構成において、好ましくは、ヘリウムイオンの軌道に対して散乱の影響を与えない位置に、ヘリウムイオンよりも軽い上記イオンの散乱板を配置するようにした。ヘリウムイオンよりも軽いイオンが最終的に衝突する位置は、ヘリウムイオンの軌道から十分に離れた位置であり、ヘリウムイオン軌道を阻害しない。
【００１４】
本発明に係るヘリウムリークディテクタの分析管は、上記の構成において、好ましくは、ヘリウムイオンよりも軽い上記イオンは水素イオンであることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本実施形態に係る分析管の要部構造を示す。基本的構成は、図３を参照して説明した従来の分析管と同じである。最初に基本的構成を説明する。
【００１７】
この分析管は、磁場偏向型分析管であり、例えば、基部１１ａと立設部１１ｂを有することによりほぼ逆Ｔ字形の断面を有する隔壁部材１１を備える。隔壁部材１１は、後述するごとくイオン軌道を遮るようにように配置され、イオン分離器として機能する。隔壁部材１１には、加速スリット１２とヘリウムイオン分離スリット１３とヘリウムイオン検出スリット１４が形成される。隔壁部材１１の基部１１ａの下側には、加速スリット１２に対応してヘリウムイオンを含む各種イオンを生成するためのイオン源１５が配置され、ヘリウムイオン検出スリット１４に対応してヘリウムイオンを捕らえるためのヘリウムイオン検出電極１６が配置される。ヘリウムイオン検出電極１６にはこれを保護するためのシールド１７が設けられる。シールド１７は、隔壁部材１１の基部１１ａの下面に固定され、ヘリウムイオン検出電極１６を収容する空間を形成し、この空間はヘリウムイオン検出スリット１４の箇所のみで開いている。イオン源１５にはヘリウム（Ｈｅ）ガスが供給され、イオン源１５は、例えば電子衝撃の作用を利用してイオンを生成し、出射する。イオン源１５と加速スリット１２の間には加速電圧が印加され、イオン源１５から出射されたイオンをさらに加速する。隔壁部材１１におけるイオンが移動する空間１８には、各種イオンの各々の軌道を異ならせるための静磁界１９が与えられている。隔壁部材１１の立設部１１ｂの上部には全圧測定電極２０が設けられる。
【００１８】
上記構成において、立設部１１ｂのヘリウムイオン分離スリット１３はヘリウムのみを取り出すためのスリットであり、ヘリウムイオンの軌道２１に対応して形成される。ヘリウムイオン検出電極１６の出力信号はイオン検出器（増幅器）２２を経由して増幅して取り出される。また全圧測定電極２０は、ヘリウムイオンよりも重いイオンを捕らえ、全圧を測定する。
【００１９】
イオン源１５から出射された各種のイオンは、加速電圧で加速され、加速スリット１２から空間１８へ出射される。出射された各イオンの軌道は、静磁界１９に基づき、各イオンの質量電荷比に応じた軌道半径をもって決定されるため、種々の質量を持ったイオンは各々の固有のイオンビーム束となる。これらのイオンビーム束の中でヘリウムイオンのみがヘリウムイオン軌道２１に対応するように設置されたヘリウムイオン分離スリット１３を通過し、さらにヘリウムイオン検出スリット１４を通過し、ヘリウムイオン検出電極１６で捕らえられる。これによりヘリウムイオンの計測が行われる。またヘリウム以外の質量の大きなガスは全圧測定電極２０に衝突し、これにより全圧が測定される。
【００２０】
次に、本実施形態に係る分析管の特徴的構成について説明する。上記隔壁部材１１では、その立設部１１ｂと基部１１ａの各々に水素イオン通過スリット２３，２４が形成される。２５は水素イオン軌道であり、水素イオン通過スリット２３，２４は水素イオン軌道２５に対応する箇所に形成されている。基部１１ａの下側にはスリット２４に対応させて水素イオン散乱板２６が取り付けられる。
【００２１】
上記構成において、イオン源１５から出射され、加速スリット１２を通過した水素イオンは、水素イオン軌道２５に沿って移動する。従って水素イオンは、水素イオン通過スリット２３，２４を通って水素イオン散乱板２６に入射する。この移動の際に、水素イオンは、水素イオン散乱板２６に衝突するまでの間、隔壁部材１１における壁面とは衝突しない。従って、従来のごとき水素の散乱粒子や散乱イオンが生ぜず、ヘリウムイオン軌道２１が阻害されることはない。また水素イオンが水素イオン散乱板２６と衝突する際には、散乱イオンや散乱粒子が発生するが、衝突位置がヘリウムイオン軌道２１から十分に離れた位置にあり、かつヘリウムイオン検出部（ヘリウムイオン検出電極１６およびシールド１７）から見て後方になり、さらにヘリウムイオンは既に当該検出部で捕らえられているため、ヘリウムイオン軌道を阻害し、測定結果に悪い影響を与えることはありえない。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、ヘリウムリークディテクタの磁場偏向型分析管において、イオン分離器である隔壁部材における水素イオン軌道に対応する箇所にスリット等の通過部を形成し、ヘリウムイオン軌道から離れた位置で水素イオンを散乱板に衝突させるようにしたため、ヘリウムイオン軌道を阻害する要因の１つである水素イオンおよび水素の散乱の影響を減少させることができ、微小なヘリウムイオン電流の測定領域でヘリウムイオンを安定して測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るヘリウムリークディテクタの分析管の要部構造を示す部分縦断面図である。
【図２】従来のヘリウムリークディテクタの構成図である。
【図３】ヘリウムリークディテクタの従来の分析管の要部構造を示す部分縦断面図である。
【符号の説明】
１１ 隔壁部材
１２ 加速スリット
１３ ヘリウムイオン分離スリット
１４ ヘリウムイオン検出スリット
１５ イオン源
１６ ヘリウムイオン検出電極
１７ シールド
１９ 静磁界
２０ 全圧測定電極
２１ ヘリウムイオン軌道
２２ イオン検出器
２３，２４ 水素イオン通過スリット
２５ 水素イオン軌道
２６ 水素イオン散乱板

Claims (3)

1. イオン源から出射された各種イオンの各々の軌道を磁界で決定し、前記各種イオンの軌道を遮る位置にイオン分離用壁部を設け、このイオン分離用壁部におけるヘリウムイオンの軌道に対応する箇所に当該ヘリウムイオンを通過させる通過部を形成したヘリウムリークディテクタの分析管において、
   前記イオン分離用壁部は、前記イオン源と前記ヘリウムイオンを検出する検出手段との間の位置に設けられ、前記イオン分離用壁部における前記ヘリウムイオンよりも軽いイオンの軌道に対応する箇所に当該イオンを通過させる通過部を形成したことを特徴とするヘリウムリークディテクタの分析管。
2. 前記ヘリウムイオンの軌道に対して散乱の影響を与えない位置に、前記ヘリウムイオンよりも軽い前記イオンの散乱板を配置したことを特徴とする請求項１記載のヘリウムリークディテクタの分析管。
3. 前記ヘリウムイオンよりも軽い前記イオンは水素イオンであることを特徴とする請求項１または２記載のヘリウムリークディテクタの分析管。

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