JP5273034B2 - Helium leak detector - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid shortening of a lifetime of a microchannel plate caused by entrance of an excessive ion current into the microchannel plate used for a helium leak detector. <P>SOLUTION: This helium leak detector including a microchannel plate for detecting helium ion also includes a sector electrode for deflecting a helium ion beam to enter the microchannel plate. In the case of gross leak, the helium ion beam is not deflected so as not to enter the microchannel plate, but is allowed to enter a sector electrode, and an ion beam current is detected by the sector electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、真空容器の気密性の検査等に用いられるリークディテクタに関するものである。   The present invention relates to a leak detector used for airtightness inspection of a vacuum vessel.

ヘリウムリークディテクタの分析管において、ヘリウムイオンの検出にはこのヘリウムイオンをイオン電流として検出するイオンコレクタが従来用いられている(例えば特許文献1)。更にこのイオン電流の感度を向上するために、イオンコレクタの直前にマイクロチャンネルプレートを設けてイオン電流を増幅することが知られている(特許文献2、3参照)。   In an analysis tube of a helium leak detector, an ion collector that detects helium ions as an ion current has been conventionally used to detect helium ions (for example, Patent Document 1). Further, in order to improve the sensitivity of the ion current, it is known to amplify the ion current by providing a microchannel plate immediately before the ion collector (see Patent Documents 2 and 3).

特開2009−180633号公報JP 2009-180633 A 特開平8−35904号公報JP-A-8-35904 特開2000−121484号公報JP 2000-121484 A

マイクロチャンネルプレートはこれに入射するイオンの電荷すなわちイオン電流がマイクロチャンネルプレートで増幅されて出力される。マイクロチャンネルプレートの寿命はこの出力電流の総計、すなわち総出力電荷量に依存し、出力電流が大きい状態で使用すると寿命は短くなる。出力電流は入射イオン量すなわち入射イオン電流に比例する。またマイクロチャネルプレートの寿命は、真空度の悪い状況で使用すると短くなる。大きなリークの場合は、真空度が劣化し、入射イオン量が増加するため、マイクロチャンネルプレートの寿命が短くなってしまう。   In the microchannel plate, the charge of ions incident on the microchannel plate, that is, the ion current is amplified by the microchannel plate and output. The lifetime of the microchannel plate depends on the total output current, that is, the total output charge amount, and the lifetime is shortened when the microchannel plate is used in a state where the output current is large. The output current is proportional to the amount of incident ions, that is, the incident ion current. In addition, the lifetime of the microchannel plate is shortened when used in a situation where the degree of vacuum is poor. In the case of a large leak, the degree of vacuum deteriorates and the amount of incident ions increases, so the life of the microchannel plate is shortened.

(1)請求項1の発明は被検体からリークされたヘリウムガスを分析管に導いて検出するヘリウムリークディテクタであって、この分析管は、ヘリウムイオン電流を増幅する2次電子増倍器と、ヘリウムイオンビームを2次電子増倍器の方向に偏向する、接地側電極と正電位側電極とから構成されたセクター電極と、正電位側電極に印加する電圧を供給する電圧源と、2次電子増倍器から放出される2次電子電流が入射する電子コレクタと、電子コレクタに入射した2次電子電流を測定する電流計と、正電位側電極を電圧源または電流計に接続する第1の切替スイッチSW1と、電流計を電子コレクタまたは正電位側電極に接続する第2の切替スイッチSW2とを備えることを特徴とする。
(2)請求項2の発明は、請求項1に記載のヘリウムリークディテクタにおいて、セクター電極の接地側電極は接地電位であり、正電位側電極には、ファインリークの場合は、第1の切替スイッチSW1を切り替えて、2次電子増倍器にヘリウムイオンビームが入射するように、正の電圧を印加し、グロスリークの場合には、第1の切替スイッチSW1を切り替えて、ヘリウムイオンビームが正電位側電極で検出されるように、正電位側電極を電流計に接続することを特徴とする。
(3)請求項3の発明は、請求項2に記載のヘリウムリークディテクタにおいて、ファインリークの場合は、第2の切替スイッチSW2は電流計と電子コレクタとを接続し、2次電子増倍器から放出される2次電子電流を測定することを特徴とする。
(4)請求項4の発明は、請求項2に記載のヘリウムリークディテクタにおいて、グロスリークの場合は、第2の切替スイッチSW2は電流計と正電位側電極とを接続し、正電位側電極に入射したヘリウムイオン電流を測定することを特徴とする。
(5)請求項5の発明は、請求項1から4のいずれか1項に記載のヘリウムリークディテクタにおいて、セクター電極の接地側電極と正電位側電極は円弧状に形成され、配置されていることを特徴とする。
(1) The invention of claim 1 is a helium leak detector for detecting helium gas leaked from a subject by introducing it into an analysis tube, the analysis tube comprising a secondary electron multiplier for amplifying a helium ion current; A sector electrode composed of a ground side electrode and a positive potential side electrode for deflecting the helium ion beam in the direction of the secondary electron multiplier; a voltage source for supplying a voltage to be applied to the positive potential side electrode; An electron collector to which a secondary electron current emitted from the secondary electron multiplier is incident, an ammeter for measuring the secondary electron current incident on the electron collector, and a positive electrode connected to the voltage source or ammeter 1 switch SW1 and 2nd switch SW2 which connects an ammeter to an electronic collector or a positive potential side electrode, It is characterized by the above-mentioned.
(2) The invention according to claim 2 is the helium leak detector according to claim 1, wherein the ground side electrode of the sector electrode is at the ground potential, and the positive potential side electrode has the first switching in the case of fine leak. The switch SW1 is switched to apply a positive voltage so that the helium ion beam is incident on the secondary electron multiplier. In the case of gross leak, the first switch SW1 is switched so that the helium ion beam The positive potential side electrode is connected to an ammeter so as to be detected by the positive potential side electrode.
(3) According to the invention of claim 3, in the helium leak detector according to claim 2, in the case of fine leak, the second change-over switch SW2 connects an ammeter and an electron collector to provide a secondary electron multiplier. The secondary electron current emitted from the battery is measured.
(4) According to a fourth aspect of the present invention, in the helium leak detector according to the second aspect, in the case of a gross leak, the second change-over switch SW2 connects the ammeter and the positive potential side electrode, and the positive potential side electrode And measuring a helium ion current incident on the.
(5) A fifth aspect of the present invention is the helium leak detector according to any one of the first to fourth aspects, wherein the ground-side electrode and the positive-potential-side electrode of the sector electrode are formed and arranged in an arc shape. It is characterized by that.

本発明では、リークが大きい場合は、これに対応した大きなイオン電流をマイクロチャンネルプレートに入射しないように、別のイオンコレクタで検出する。これによりマイクロチャンネルプレートへの過大なイオン電流の入射が避けられるため、マイクロチャンネルプレートの寿命が短くなることが避けられる。   In the present invention, when the leak is large, a large ion current corresponding to the leak is detected by another ion collector so as not to enter the microchannel plate. This avoids an excessive ion current from entering the microchannel plate, thereby avoiding shortening the life of the microchannel plate.

本発明の実施の形態によるヘリウムリークディテクタの概略を示す全体構成図である。It is a whole lineblock diagram showing the outline of the helium leak detector by an embodiment of the invention. 本発明によるヘリウムリークディテクタの分析管の構成の概略とリーク量が小さい(ファインリークの)場合の分析管の動作概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of a structure of the analysis tube of the helium leak detector by this invention, and the operation | movement outline of an analysis tube in case the amount of leaks is small (fine leak). 図2において、リーク量が大きい(グロスリークの)場合のイオン電流の検出の方法を示す概略図である。In FIG. 2, it is the schematic which shows the method of detection of the ion current in case the amount of leaks is large (gloss leak). 従来のヘリウムリークディテクタの分析管の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the analysis tube of the conventional helium leak detector.

図を参照して本発明によるヘリウムリークディテクタの動作について説明する。
図1は、本発明の実施の形態によるヘリウムリークディテクタの概略を示す全体構成図である。ヘリウムリークディテクタ1は、テストポート2を介してリーク検査の被検体である真空容器10に配管接続されている。
The operation of the helium leak detector according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an outline of a helium leak detector according to an embodiment of the present invention. The helium leak detector 1 is connected via a test port 2 to a vacuum vessel 10 which is a subject for leak inspection.

ヘリウムリークディテクタ1は油回転ポンプ3、4、ドラッグポンプ5およびターボ分子ポンプ6の4台の真空ポンプと、排気経路およびヘリウム導入経路を開閉する6個のバルブV1〜V6と、排気経路および真空ポンプを大気開放する3個のリークバルブV7〜V9と、リーク校正部7と、分析管8と、排気経路内の真空度を検出する2個のピラニ型真空計P1、P2と、制御装置9とを有する。尚、バルブV1〜V9は各々アクチュエータA1〜A9によって開閉され、これらのアクチュエータは制御装置9からリークディテクタの操作者の指示に基づいて制御される。各々のアクチュエータA1〜A9への配線は省略する。また各真空ポンプおよび真空計のオン/オフと、真空計の出力値(真空度)のモニターは各々のコントローラ(不図示)と制御装置9によって行われるが、これらの配線も同様に省略する。   The helium leak detector 1 includes four vacuum pumps of oil rotary pumps 3 and 4, a drag pump 5 and a turbo molecular pump 6, six valves V1 to V6 for opening and closing an exhaust path and a helium introduction path, an exhaust path and a vacuum. Three leak valves V7 to V9 for releasing the pump to the atmosphere, a leak calibration unit 7, an analysis tube 8, two Pirani type vacuum gauges P1 and P2 for detecting the degree of vacuum in the exhaust path, and a control device 9 And have. The valves V1 to V9 are opened and closed by actuators A1 to A9, respectively, and these actuators are controlled from the control device 9 based on instructions from the operator of the leak detector. Wiring to each actuator A1 to A9 is omitted. Further, on / off of each vacuum pump and vacuum gauge, and monitoring of the output value (vacuum degree) of the vacuum gauge are performed by each controller (not shown) and the control device 9, but these wirings are also omitted.

分析管8はターボ分子ポンプ6、ドラッグポンプ5、バルブV6を介して油回転ポンプ4に配管接続されている。リーク試験を行う被検体である真空容器10は、テストポート2、バルブV1を介して油回転ポンプ3に配管接続されている。また、真空容器10はテストポート2、バルブV5を介してターボ分子ポンプ6の排気口6aに配管接続されている。リーク校正部7は、バルブV3と、バルブV4またはV5を介して、ターボ分子ポンプ6に配管接続されている。
バルブV4はターボ分子ポンプ6の排気段の途中に接続されており、ヘリウムリークディテクタの中間排気モードの場合に開放される。バルブV5はターボ分子ポンプの排気口6aに配管接続されており、ヘリウムリークディテクタの逆拡散排気モードの場合に開放される。
The analysis tube 8 is connected to the oil rotary pump 4 through a turbo molecular pump 6, a drag pump 5, and a valve V6. A vacuum vessel 10 which is a subject to be subjected to a leak test is connected to an oil rotary pump 3 through a test port 2 and a valve V1. The vacuum vessel 10 is connected to the exhaust port 6a of the turbo molecular pump 6 through a test port 2 and a valve V5. The leak calibration unit 7 is connected to the turbo molecular pump 6 through a valve V3 and a valve V4 or V5.
The valve V4 is connected in the middle of the exhaust stage of the turbo molecular pump 6, and is opened in the case of the intermediate exhaust mode of the helium leak detector. The valve V5 is connected by piping to the exhaust port 6a of the turbo molecular pump, and is opened in the case of the reverse diffusion exhaust mode of the helium leak detector.

被検体である真空容器10のリーク検査は以下の手順で行う。なおここでは簡単のため、逆拡散排気モードの場合についてのみ説明する。
(1)バルブV1〜V5およびリークバルブV7〜V9を閉じるとともに、バルブV6を開いて、分析管8内をターボ分子ポンプ6、ドラッグポンプ5、油回転ポンプ4の直列構成で所定の真空度(ヘリウムのバックグラウンド値)以下になるまで真空排気する。尚、バルブV3はリーク量校正を行う場合以外は閉じたままである。
(2)リーク試験を行う真空容器10をテストポート2に取り付ける。
(3)分析管8内が所定のバックグラウンド値以下に低下した後に、バルブV1を開いて、真空容器10内を油回転ポンプ3で真空排気(粗引き真空排気)する。
(4)バルブV1を閉じるとともにバルブV5を開いて、分析管8によるリーク検出を開始する。すなわち、真空容器10のリーク試験箇所に外側(大気側)よりヘリウム(He)ガスを吹き付ける。
(5)真空容器10のリーク試験箇所にリークがあると、真空容器10内にHeガスが空気とともに侵入する。このHeガスと空気は、真空容器および上記の配管内の残存ガスとともに、開放になっているバルブV5、ターボ分子ポンプ6を経て分析管8に到達する。分析管8がHeガスを検出することにより真空容器10のリーク量が測定される。
(6)以上のリーク試験が終了したら、バルブV5を閉じ、リークバルブV7を開いて真空容器10を大気開放する。
The leak test of the vacuum container 10 as the subject is performed according to the following procedure. For simplicity, only the case of the reverse diffusion exhaust mode will be described.
(1) The valves V1 to V5 and the leak valves V7 to V9 are closed and the valve V6 is opened, and the analysis tube 8 has a predetermined degree of vacuum (in a series configuration of the turbo molecular pump 6, the drag pump 5, and the oil rotary pump 4). Evacuate until helium background value is below. The valve V3 remains closed except when the leak amount calibration is performed.
(2) A vacuum vessel 10 for performing a leak test is attached to the test port 2.
(3) After the inside of the analysis tube 8 falls below a predetermined background value, the valve V1 is opened, and the inside of the vacuum vessel 10 is evacuated (roughly evacuated) by the oil rotary pump 3.
(4) The valve V1 is closed and the valve V5 is opened, and leak detection by the analysis tube 8 is started. That is, helium (He) gas is sprayed from the outside (atmosphere side) to the leak test location of the vacuum vessel 10.
(5) When there is a leak at the leak test location of the vacuum vessel 10, He gas enters the vacuum vessel 10 together with air. The He gas and air reach the analysis tube 8 through the open valve V5 and the turbo molecular pump 6 together with the vacuum container and the residual gas in the pipe. When the analysis tube 8 detects the He gas, the leak amount of the vacuum vessel 10 is measured.
(6) When the above leak test is completed, the valve V5 is closed, the leak valve V7 is opened, and the vacuum vessel 10 is opened to the atmosphere.

リーク量の校正を行う場合は、テストポート2を閉じ、バルブV3、V5を開いて、Heガスをリーク校正部7からターボ分子ポンプを経由して分析管8に導く。リーク校正部7からは規定の流量でHeガスが流出される。このときの検出値がリーク量の基準値となる。   When calibrating the leak amount, the test port 2 is closed, the valves V3 and V5 are opened, and He gas is guided from the leak calibration unit 7 to the analysis tube 8 via the turbo molecular pump. He gas flows out from the leak calibration unit 7 at a prescribed flow rate. The detected value at this time becomes a reference value for the leak amount.

次に図2、図3を用いて本発明による分析管8の構成と動作について説明する。
図2は本発明によるヘリウムリークディテクタの分析管の構成の概略とリーク量が小さい(ファインリークの)場合の分析管の動作概略を示す図である。分析管8はイオンソース11、加速スリット12、中間隔壁13、加速スリット対向壁14、第1のアーススリット15、セクター電極16、第2のアーススリット17、マイクロチャンネルプレート(MCP)18、電子コレクタ19、電流計20、切替スイッチSW1、および切替スイッチSW2を備える。イオンソース11にはフィラメント11aが組み込まれており、このフィラメント11aは、フィラメント加熱用の電源により加熱され、熱電子引出し用の別の電源の電圧の印加により熱電子を放出するが、これらの電源は良く知られているので、図示および説明は省略する。分析管8は更に、イオンを加速するイオン加速電源21とMCPでの電子増幅のための電圧を印加する電源とを分析管の外部に備える。MCPでの電子増幅のための電源は記載を省略するが、MCPのイオン入射面側に数百Vの負の電圧を印加し、電子コレクタ側の面は接地されるように構成されている。尚、これらの種々の電源も制御装置9で制御されるが、これら電源への配線は図示を省略し、説明も省略する。
Next, the configuration and operation of the analysis tube 8 according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a diagram showing an outline of the configuration of the analysis tube of the helium leak detector according to the present invention and an outline of the operation of the analysis tube when the amount of leak is small (fine leak). The analysis tube 8 includes an ion source 11, an acceleration slit 12, an intermediate partition wall 13, an acceleration slit facing wall 14, a first earth slit 15, a sector electrode 16, a second earth slit 17, a microchannel plate (MCP) 18, and an electron collector. 19, an ammeter 20, a change-over switch SW1, and a change-over switch SW2. A filament 11a is incorporated in the ion source 11, and this filament 11a is heated by a power source for heating the filament and emits thermoelectrons by applying a voltage of another power source for extracting thermoelectrons. Is well known, and illustration and description are omitted. The analysis tube 8 further includes an ion acceleration power source 21 for accelerating ions and a power source for applying a voltage for electron amplification in the MCP outside the analysis tube. Although description of the power source for electron amplification in the MCP is omitted, a negative voltage of several hundred volts is applied to the ion incident surface side of the MCP, and the surface on the electron collector side is configured to be grounded. Although these various power sources are also controlled by the control device 9, the wiring to these power sources is not shown and description is omitted.

セクター電極16は円弧状にした2つの長さの異なる正電位側電極16aと接地側電極16bとからなり、約90°の円弧状となるように形成し、配置したものであり、原理的に平行平板型電極を円弧状にしたものである。長い方の正電位側電極16aには、後述する第1のスイッチSW1の切替位置に応じて、正の偏向電圧が印加されるかまたは、電流計20に接続されることにより実質的に接地電位とされる。この正の偏向電圧は図示されているように、イオン加速電源21の電圧を分割したものでも、また別の独立した電源から供給してもよい。また短い方の接地側電極16bは接地されている。   The sector electrode 16 is composed of two arc-shaped positive potential side electrodes 16a and ground side electrodes 16b having different lengths. The sector electrode 16 is formed and arranged to have an arc shape of about 90 °. A parallel plate electrode is formed in an arc shape. A positive deflection voltage is applied to the longer positive potential side electrode 16a in accordance with a switching position of a first switch SW1, which will be described later, or by being connected to the ammeter 20, the ground potential is substantially reduced. It is said. As shown in the figure, the positive deflection voltage may be obtained by dividing the voltage of the ion acceleration power source 21 or may be supplied from another independent power source. The shorter ground side electrode 16b is grounded.

図中2点鎖線で示した領域Mは馬蹄形の永久磁石に挟まれている磁場領域であり、この磁場領域Mには紙面から手前に向かう方向の磁場が生成されているが、この永久磁石の図示は省略する。   A region M indicated by a two-dot chain line in the figure is a magnetic field region sandwiched between horseshoe-shaped permanent magnets, and a magnetic field is generated in the magnetic field region M in the direction from the front of the paper. Illustration is omitted.

分析管8に導入されたHeガスは、イオンソース11のフィラメント11aから放出される熱電子の流れ(エミッション電流)の作用を受けてイオン化され、Heイオンとなる。Heイオンはイオン加速電源21から加速スリット12に印加される電圧により加速される。そして、Heイオンは加速スリット12の開口12aから永久磁石が磁場を形成する領域Mにイオンビームとして出射される。加速スリット12に印加される加速電圧の電圧値は240〜300Vである。このイオンビームにはHeイオンだけでなく、水素、酸素、窒素、水など空気成分に由来するイオンと、真空容器10や真空ポンプおよび配管などのヘリウムリークディテクタを構成する部品の真空側壁面に付着した水や、更に真空側壁面に付着した汚れ等から発生するハイドロカーボン(C)に由来するイオン等が含まれる場合がある。 The He gas introduced into the analysis tube 8 is ionized by the action of the flow of thermal electrons (emission current) emitted from the filament 11a of the ion source 11, and becomes He + ions. He + ions are accelerated by a voltage applied from the ion acceleration power source 21 to the acceleration slit 12. He + ions are emitted as an ion beam from the opening 12a of the acceleration slit 12 to the region M where the permanent magnet forms a magnetic field. The voltage value of the acceleration voltage applied to the acceleration slit 12 is 240-300V. This ion beam includes not only He + ions but also ions derived from air components such as hydrogen, oxygen, nitrogen, water, and the vacuum side wall surface of the components constituting the helium leak detector such as the vacuum vessel 10, vacuum pump, and piping. There may be cases where ions or the like derived from hydrocarbons (C m H n ) generated from adhering water or dirt adhering to the vacuum side wall surface may be included.

図2に示すように、Heイオンは、領域Mの磁場によって曲げられ、偏向軌道Rを通って、中間隔壁13の開口13aを通過した後、第1のアーススリット15の開口15aへ入射する。一方、Heイオンより軽いHイオンは磁場による偏向が大きく、中間隔壁13の開口13aを通過しない。Heイオンより重いO、N、(Cなどは、領域Mにおける磁場による偏向が小さく、やはり開口13aを通過しない。また、He以外の2価のイオンでもHeと比較し偏向が小さいのでこれもやはり開口13aを通過しない。
このようにして、Heイオンのみを含むイオンビームが生成されて第1のアーススリット15の開口15aへ入射する。
As shown in FIG. 2, the He + ions are bent by the magnetic field in the region M, pass through the deflection trajectory R, pass through the opening 13 a of the intermediate partition wall 13, and then enter the opening 15 a of the first earth slit 15. . On the other hand, H + ions that are lighter than He + ions are largely deflected by a magnetic field and do not pass through the opening 13 a of the intermediate partition wall 13. O + , N + , (C m H n ) + and the like heavier than He + ions are less deflected by the magnetic field in the region M, and do not pass through the opening 13a. In addition, since divalent ions other than He are less deflected than He + , they also do not pass through the opening 13a.
In this way, an ion beam containing only He + ions is generated and enters the opening 15 a of the first earth slit 15.

上記までの記載はリーク量が小さい(ファインリークの)場合とリーク量が大きい(グロスリークの)場合とで共通である。ここで、リーク量が小さい(ファインリークの)場合の分析管の動作を説明する。
上記の記載のように、Heイオンのみのビームが中間隔壁13および第1のアーススリット15を通過し、更にセクター電極16に入射する。セクター電極16の正電位側電極16aにはイオン加速電源21の電圧を分割した偏向電圧が印加される。これによりセクター電極16を通過するHeイオンはMCP方向に偏向される。この際第1の切替スイッチSW1は、イオン加速電源21の電圧を分割したものを正電位側電極16aに印加する状態となっている。セクター電極16を通過したHeイオンは、第2のアーススリット17を通過してMCP18に入射する。MCP18に入射したHeイオンはMCP18で2次電子を発生し、この2次電子がMCP18内で増幅され、MCP18から電子コレクタ19に向かって2次電子電流として放出される。電子コレクタ19に入射した2次電子電流は電流計20により計測される。この際第2の切替スイッチSW2は電子コレクタ19と電流計20を接続する状態となっている。以上により計測された電流はMCP18に入射したHeイオンの量すなわちヘリウムイオン電流に比例するので、検出されたHeイオンの量を求めることができる。
The above description is common to a case where the leak amount is small (fine leak) and a case where the leak amount is large (gross leak). Here, the operation of the analysis tube when the leak amount is small (fine leak) will be described.
As described above, the beam of only He + ions passes through the intermediate partition wall 13 and the first earth slit 15 and further enters the sector electrode 16. A deflection voltage obtained by dividing the voltage of the ion acceleration power supply 21 is applied to the positive potential side electrode 16 a of the sector electrode 16. As a result, He + ions passing through the sector electrode 16 are deflected in the MCP direction. At this time, the first changeover switch SW1 is in a state in which a voltage obtained by dividing the voltage of the ion acceleration power source 21 is applied to the positive potential side electrode 16a. The He + ions that have passed through the sector electrode 16 pass through the second earth slit 17 and enter the MCP 18. The He + ions incident on the MCP 18 generate secondary electrons in the MCP 18, and the secondary electrons are amplified in the MCP 18 and emitted from the MCP 18 toward the electron collector 19 as a secondary electron current. The secondary electron current incident on the electron collector 19 is measured by an ammeter 20. At this time, the second changeover switch SW2 is in a state of connecting the electron collector 19 and the ammeter 20. Since the current measured as described above is proportional to the amount of He + ions incident on the MCP 18, that is, the helium ion current, the amount of detected He + ions can be obtained.

次にリーク量が大きい(グロスリークの)場合の動作について説明する。図3は図2において、リーク量が大きい(グロスリークの)場合のイオン電流の検出の方法を示す概略図である。
ファインリークの場合と同様にHeイオンはセクター電極16に入射するが、グロスリークの場合には、第1の切替スイッチSW1を切り替えて、正電位側電極16aを電流計20に接続し、正電位側電極16aには偏向電圧を印加しない。この場合正電位側電極はほぼ接地電位となっている。これにより、セクター電極16に入射したHeイオンは軌道が曲げられることなく、直進して正電位側電極16aに入射する。これにより正電位側電極16aはイオンコレクタとして動作し、第2の切替スイッチSW2を切り替えて電流計20を正電位側電極16aに接続することにより、ヘリウムイオン電流が計測される。このヘリウムイオン電流は検出されたHeイオンの量に対応するものである。
Next, the operation when the leak amount is large (gross leak) will be described. FIG. 3 is a schematic diagram showing a method of detecting an ionic current when the leak amount is large (gross leak) in FIG.
As in the case of fine leak, He + ions enter the sector electrode 16, but in the case of gross leak, the first changeover switch SW1 is switched to connect the positive potential side electrode 16a to the ammeter 20 and positive No deflection voltage is applied to the potential side electrode 16a. In this case, the positive potential side electrode is almost at ground potential. As a result, the He + ions incident on the sector electrode 16 travel straight and enter the positive potential side electrode 16a without bending the trajectory. Thus, the positive potential side electrode 16a operates as an ion collector, and the helium ion current is measured by switching the second changeover switch SW2 and connecting the ammeter 20 to the positive potential side electrode 16a. This helium ion current corresponds to the amount of detected He + ions.

更に従来技術と比較して本発明の特徴について説明する。図4は特許文献2に基づく従来のヘリウムリークディテクタの分析管の構成を示す概略図である。第1のアーススリット15にHeイオンが入射するまでは、図2、図3で示した本発明の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
従来技術(特許文献2参照)においては、本発明のおけるセクター電極16が無く、第1のアーススリット15がMCP18の前に設けられ、この第1のアーススリット15を通過したHeイオンがMCP18に入射する。
Further, the features of the present invention will be described in comparison with the prior art. FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of an analysis tube of a conventional helium leak detector based on Patent Document 2. Until He + ions are incident on the first earth slit 15, it is the same as the embodiment of the present invention shown in FIG. 2 and FIG.
In the prior art (see Patent Document 2), the sector electrode 16 of the present invention is not provided, the first earth slit 15 is provided in front of the MCP 18, and the He + ions that have passed through the first earth slit 15 are MCP 18. Is incident on.

この従来技術においては、グロスリークが生じた場合、大電流のイオン電流がMCP18に入射する。特許文献1においては、MCP18に印加する電圧を変更して、MCP18の増幅率を変更する方法が記載されている。これにより、グロスリークの場合にMCP18の増幅率を低減し、MCP18からの出力すなわち増幅された2次電子量を抑えることで、MCP18の総出力電流が抑えることが可能で、この分、MCP18の寿命が短くなることをある程度避けることができる。しかしながら、グロスリークの場合は真空度も劣化するので、これによるMCP18の劣化は避けられない。   In this prior art, when a gross leak occurs, a large ionic current is incident on the MCP 18. Patent Document 1 describes a method of changing the amplification factor of the MCP 18 by changing the voltage applied to the MCP 18. Thereby, in the case of gross leak, the amplification factor of the MCP 18 is reduced, and the output from the MCP 18, that is, the amount of amplified secondary electrons can be suppressed, whereby the total output current of the MCP 18 can be suppressed. It is possible to avoid shortening the lifetime to some extent. However, in the case of gross leak, the degree of vacuum also deteriorates, so that deterioration of the MCP 18 due to this is unavoidable.

本発明では、グロスリークの場合は、図3に示すようにセクター電極16の正電位側電極16aへの偏向電圧の印加を止め、Heイオンを正電位側電極16aで検出することにより、MCP18を使用せずにヘリウムイオン電流が測定できる。これによりMCP18の寿命が短くなることを防ぐことができる。 In the present invention, in the case of gross leak, as shown in FIG. 3, the application of the deflection voltage to the positive potential side electrode 16a of the sector electrode 16 is stopped, and the He + ions are detected by the positive potential side electrode 16a. Helium ion current can be measured without using. This can prevent the life of the MCP 18 from being shortened.

尚、一般にヘリウムリークディテクタにおいては、実際は種々の低エネルギーのイオンが発生している。これらの望ましくない種々の低エネルギーのイオンが第1のアーススリット15を通りぬけることを防ぐために、第1のアーススリット15の後に、サプレッサスリット(例えば特許文献1)を更に設け、これに正の電圧を与えることにより、これらのイオンがイオンコレクタに入射するのを排除することが一般的に行われてきた。本発明ではセクター電極16が、このサプレッサスリットの効果をもっており、望ましくないイオンの検出を排除している。   In general, in a helium leak detector, various low energy ions are actually generated. In order to prevent these undesired various low energy ions from passing through the first earth slit 15, a suppressor slit (for example, Patent Document 1) is further provided after the first earth slit 15, and positive ions are added thereto. It has been common practice to eliminate these ions from entering the ion collector by applying a voltage. In the present invention, the sector electrode 16 has the effect of this suppressor slit and eliminates the detection of unwanted ions.

特許文献3には図1に示すようなセクター電極16と同等の機能を有する電極とMCPの組み合わせが開示されている。しかしながら、グロスリークの場合にもMCPを使用してイオン電流を測定する構成となっている。本発明では上記の通り、グロスリークの場合にはMCPを使用しないでイオン電流を測定するのでMCPの寿命を損なうことがない。   Patent Document 3 discloses a combination of an electrode and an MCP having functions equivalent to those of the sector electrode 16 as shown in FIG. However, even in the case of gross leak, the MCP is used to measure the ionic current. In the present invention, as described above, in the case of gross leak, the ion current is measured without using the MCP, so the lifetime of the MCP is not impaired.

グロスリークかファインリークかの判断は、真空容器10の取り付け後の真空引き時間、2つのピラニ型真空計P1、P2の出力値、各真空ポンプの負荷(消費電流)、検出されるイオン電流の大きさ等およびこれらの組み合わせで判断されるが、この説明は省略する。MCPを保護する観点からは、最初のイオン電流の測定はグロスリークを仮定して、上記のように測定することが望ましい。   Whether the leak is a gross leak or a fine leak is determined based on the evacuation time after the vacuum vessel 10 is attached, the output values of the two Pirani type vacuum gauges P1, P2, the load (consumption current) of each vacuum pump, and the detected ion current. Although the size and the like and combinations thereof are determined, this description is omitted. From the viewpoint of protecting the MCP, it is desirable to measure the first ion current as described above, assuming a gross leak.

尚、以上の説明において、図1と図2に示した本発明の実施形態におけるセクター電極16円弧状の正電位側電極16aと接地側電極16bとから構成されるとしたが、この正電位側電極16aと接地側電極16bは上記の説明のように円弧状でなくとも、これらの電極で形成される電場によりヘリウムイオンビームがマイクロチャンネルプレート18の方向に偏向されればよい。例えば長さの異なる2つの平行平板電極をこれに入射するヘリウムイオンビームに対し斜めに傾けて設置するような簡単な形態であっても良い。   In the above description, the sector electrode 16 in the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 is composed of the arc-shaped positive potential side electrode 16a and the ground side electrode 16b. The electrode 16a and the ground-side electrode 16b do not have an arc shape as described above, but the helium ion beam may be deflected in the direction of the microchannel plate 18 by the electric field formed by these electrodes. For example, a simple configuration in which two parallel plate electrodes having different lengths are installed obliquely with respect to the helium ion beam incident thereon may be employed.

更に、セクター電極16の領域に重なるように磁場を発生する永久磁石または電磁石を用いて、これによりヘリウムイオンビームを偏向してもよい。この場合はセクター電極16の正電位側電極16aと接地側電極16bを同電位にすることが多いが、同電位でなくともよい。磁場の強度とセクター電極の電位は、セクター電極に入射するヘリウムイオンビームのエネルギーによって調整し、第2のアーススリットを通過して、MCPに入射するようにされる。   Furthermore, a helium ion beam may be deflected by using a permanent magnet or an electromagnet that generates a magnetic field so as to overlap the area of the sector electrode 16. In this case, the positive potential side electrode 16a and the ground side electrode 16b of the sector electrode 16 are often set to the same potential, but may not be the same potential. The intensity of the magnetic field and the potential of the sector electrode are adjusted by the energy of the helium ion beam incident on the sector electrode, pass through the second earth slit, and enter the MCP.

上記の説明ではセクター電極16の正電位側電極16aへの変更電圧を与える電源として、イオン加速電源21の電圧を分割したものを用いる実施例を示したが、この電源はイオン加速電源とは別の電源から供給しても良い。   In the above description, an example in which a voltage obtained by dividing the voltage of the ion acceleration power source 21 is used as a power source for applying a change voltage to the positive potential side electrode 16a of the sector electrode 16 is described. You may supply from the power supply.

また、図1と図2においては、本発明の実施形態についてMCPを用いた実施例を示したが、MCP以外の種々の2次電子増倍器、例えばチャネルトロン等を用いることも可能である。   1 and 2 show examples using the MCP for the embodiment of the present invention, but various secondary electron multipliers other than the MCP, such as a channeltron, can also be used. .

また、上記の説明においては、ヘリウムイオンビームの選択は、このヘリウムイオンビームの偏向軌道R1が中間隔壁13の開口13aを通過することにより行われるとしたが、この選択はヘリウムイオンビームが第1アーススリット15の開口15aを通過することで行われても良い。   In the above description, the helium ion beam is selected by passing the deflection trajectory R1 of the helium ion beam through the opening 13a of the intermediate partition wall 13. It may be performed by passing through the opening 15 a of the earth slit 15.

以上の説明は本発明の実施形態の一例であり、本発明はこの実施例に限定されることなく、本発明の範囲で種々の実施形態が可能である。   The above description is an example of an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to this example, and various embodiments are possible within the scope of the present invention.

1‥ ヘリウムリークディテクタ
2‥ テストポート
3‥ 油回転ポンプ
4‥ 油回転ポンプ
5‥ ドラッグポンプ
6‥ ターボ分子ポンプ
6a‥ 排気口
7‥ リーク校正部
8‥ 分析管
9‥ 制御装置
10‥ 真空容器
11‥ イオンソース
11a‥ フィラメント
12‥ 加速スリット
12a‥ 開口
13‥ 中間隔壁
13a‥ 開口
14‥ 加速スリット対向壁
15‥ 第1のアーススリット
15a‥ 開口
16‥ セクター電極
16a‥ 正電位側電極 16b‥ 接地側電極
17‥ 第2のアーススリット
18‥ マイクロチャネルプレート(MCP)
19‥ 電子コレクタ
20‥ 電流計
21‥ イオン加速電源
M ‥ 磁場領域
R ‥ ヘリウムイオンの偏向軌道
SW1‥ 第1の切替スイッチ
SW2‥ 第2の切替スイッチ
P1‥ ピラニ型真空計
P2‥ ピラニ型真空計
V1〜V6‥ バルブ
V7〜V9‥ リークバルブ
A1〜A9‥ アクチュエータ
1. Helium leak detector
2. Test port 3. Oil rotary pump 4. Oil rotary pump
5. Drug pump
6 ... Turbo molecular pump
6a ... Exhaust port 7 ... Leak calibration part 8 ... Analytical tube 9 ... Control device 10 ... Vacuum vessel 11 ... Ion source
11a Filament 12 Acceleration slit
12a Opening 13 Intermediate partition
13a ... Opening 14 ... Acceleration slit facing wall
15. First earth slit
15a ... Opening 16 ... Sector electrode
16a ... Positive potential side electrode 16b ... Ground side electrode 17 ... Second earth slit
18. Microchannel plate (MCP)
19. Electron collector
20 ... Ammeter
21. Ion acceleration power supply
M ... Magnetic field region R ... Helium ion deflection trajectory SW1 ... First selector switch
SW2 Second switch
P1 Pirani vacuum gauge P2 Pirani vacuum gauge V1 to V6 Valve V7 to V9 Leak valve A1 to A9 Actuator

Claims (5)

被検体からリークされたヘリウムガスを分析管に導いて検出するヘリウムリークディテクタにおいて、
前記分析管は、
ヘリウムイオン電流を増幅する2次電子増倍器と、
ヘリウムイオンビームを前記2次電子増倍器の方向に偏向する、接地側電極と正電位側電極とから構成されたセクター電極と、
前記正電位側電極に印加する電圧を供給する電圧源と、
前記2次電子増倍器から放出される2次電子電流が入射する電子コレクタと、
前記電子コレクタに入射した2次電子電流を測定する電流計と、
前記正電位側電極を前記電圧源または前記電流計に接続する第1の切替スイッチSW1と、
前記電流計を前記電子コレクタまたは前記正電位側電極に接続する第2の切替スイッチSW2とを備えることを特徴とするヘリウムリークディテクタ。
In the helium leak detector that detects helium gas leaked from the analyte by guiding it to the analysis tube.
The analysis tube is
A secondary electron multiplier that amplifies the helium ion current;
A sector electrode composed of a ground side electrode and a positive potential side electrode for deflecting a helium ion beam in the direction of the secondary electron multiplier;
A voltage source for supplying a voltage to be applied to the positive potential side electrode;
An electron collector on which a secondary electron current emitted from the secondary electron multiplier is incident;
An ammeter for measuring a secondary electron current incident on the electron collector;
A first changeover switch SW1 for connecting the positive potential side electrode to the voltage source or the ammeter;
A helium leak detector comprising: a second changeover switch SW2 for connecting the ammeter to the electron collector or the positive potential side electrode.
請求項1に記載のヘリウムリークディテクタにおいて、
前記セクター電極の前記接地側電極は接地電位であり、
前記正電位側電極には、ファインリークの場合は、前記第1の切替スイッチSW1を切り替えて、前記2次電子増倍器に前記ヘリウムイオンビームが入射するように、正の電圧を印加し、グロスリークの場合には、前記第1の切替スイッチSW1を切り替えて、前記ヘリウムイオンビームが前記正電位側電極で検出されるように、前記正電位側電極を前記電流計に接続することを特徴とするヘリウムリークディテクタ。
The helium leak detector according to claim 1,
The ground side electrode of the sector electrode is at ground potential,
In the case of fine leak, a positive voltage is applied to the positive potential side electrode so that the helium ion beam is incident on the secondary electron multiplier by switching the first changeover switch SW1. In the case of a gross leak, the first selector switch SW1 is switched to connect the positive potential side electrode to the ammeter so that the helium ion beam is detected by the positive potential side electrode. Helium leak detector.
請求項2に記載のヘリウムリークディテクタにおいて、
前記ファインリークの場合は、前記第2の切替スイッチSW2は前記電流計と前記電子コレクタとを接続し、前記2次電子増倍器から放出される2次電子電流を測定することを特徴とするヘリウムリークディテクタ。
The helium leak detector according to claim 2,
In the case of the fine leak, the second changeover switch SW2 connects the ammeter and the electron collector, and measures the secondary electron current emitted from the secondary electron multiplier. Helium leak detector.
請求項2に記載のヘリウムリークディテクタにおいて、
前記グロスリークの場合は、前記第2の切替スイッチSW2は前記電流計と前記正電位側電極とを接続し、前記正電位側電極に入射したヘリウムイオン電流を測定することを特徴とするヘリウムリークディテクタ。
The helium leak detector according to claim 2,
In the case of the gross leak, the second changeover switch SW2 connects the ammeter and the positive potential side electrode, and measures the helium ion current incident on the positive potential side electrode. Detector.
請求項1から4のいずれか1項に記載のヘリウムリークディテクタにおいて、
前記セクター電極の前記接地側電極と前記正電位側電極は円弧状に形成され、配置されていることを特徴とするヘリウムリークディテクタ。
The helium leak detector according to any one of claims 1 to 4,
The helium leak detector according to claim 1, wherein the ground side electrode and the positive potential side electrode of the sector electrode are formed in an arc shape.
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