JPH0627853B2 - イオン検出器 - Google Patents
イオン検出器Info
- Publication number
- JPH0627853B2 JPH0627853B2 JP61044580A JP4458086A JPH0627853B2 JP H0627853 B2 JPH0627853 B2 JP H0627853B2 JP 61044580 A JP61044580 A JP 61044580A JP 4458086 A JP4458086 A JP 4458086A JP H0627853 B2 JPH0627853 B2 JP H0627853B2
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- Japan
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- electrode
- mcp
- ions
- conversion electrode
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- Measurement Of Radiation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明はイオン検出器に関し、更に詳しくは、マイクロ
チャンネルプレート（以下、ＭＣＰと称する）を用いた
イオン検出器に関する。
チャンネルプレート（以下、ＭＣＰと称する）を用いた
イオン検出器に関する。
＜従来の技術＞ 放射線計測や質量分析等におけるイオン検出に、近年、
ＭＣＰを利用した検出器が多く用いられるようになって
きた。ＭＣＰは、入射される荷電粒子（イオン、電子）
の衝突によって発生する２次電子の数を増倍する、２次
電子増倍作用を有する素子であるが、一般に、この２次
電子増倍作用を利用した検出器においては、低速度の重
イオンに対する検出感度が低下する。この問題を解消す
るために、従来、後段加速という方法が採用されてい
る。この方法は、飛来するイオンを検出器の直前で再加
速して、検出器へのイオン入射速度を大きくすることに
より、前述した検出感度の低下を防ぐもので、具体的に
は、検出器に高い電圧を印加することによって、イオン
の入射速度を上げている。
ＭＣＰを利用した検出器が多く用いられるようになって
きた。ＭＣＰは、入射される荷電粒子（イオン、電子）
の衝突によって発生する２次電子の数を増倍する、２次
電子増倍作用を有する素子であるが、一般に、この２次
電子増倍作用を利用した検出器においては、低速度の重
イオンに対する検出感度が低下する。この問題を解消す
るために、従来、後段加速という方法が採用されてい
る。この方法は、飛来するイオンを検出器の直前で再加
速して、検出器へのイオン入射速度を大きくすることに
より、前述した検出感度の低下を防ぐもので、具体的に
は、検出器に高い電圧を印加することによって、イオン
の入射速度を上げている。
一方、従来の他のイオン検出器として、イオン−電子変
換法を採用したものがあるが、この一例として、第５図
に示すDaly型検出器がある。すなわち、スリット４１等
を介して飛来するイオンを、変換電極４２に衝突させて
２次電子を放出させ、その２次電子を螢光体４３、光電
子増倍管４４等からなるシンチレータに導くことによ
り、飛来したイオンを検出する方式である。
換法を採用したものがあるが、この一例として、第５図
に示すDaly型検出器がある。すなわち、スリット４１等
を介して飛来するイオンを、変換電極４２に衝突させて
２次電子を放出させ、その２次電子を螢光体４３、光電
子増倍管４４等からなるシンチレータに導くことによ
り、飛来したイオンを検出する方式である。
＜発明が解決しようとする問題点＞ ＭＣＰ等に後段加速を採用してなる従来の検出器では、
検出器のダイノードに高電圧の印加が必要となるが、既
存の検出器では印加電圧に限界がある。すなわち、高電
圧の印加により放電が生起されるだけでなく、検出器に
は元来的に最適な印加電圧が存在して、これを大きく外
れるとその特性が変化し、却ってゲインの低下を招く虞
れがある。また、検出器のダイノードに高速化されたイ
オンが直接衝突するため、ダイノードが劣化する可能性
が大きい。
検出器のダイノードに高電圧の印加が必要となるが、既
存の検出器では印加電圧に限界がある。すなわち、高電
圧の印加により放電が生起されるだけでなく、検出器に
は元来的に最適な印加電圧が存在して、これを大きく外
れるとその特性が変化し、却ってゲインの低下を招く虞
れがある。また、検出器のダイノードに高速化されたイ
オンが直接衝突するため、ダイノードが劣化する可能性
が大きい。
イオン−電子変換法を用いてシンチレータにより検出す
る従来の検出器では、電子を光に変換しているためパル
ス応答性が悪く、例えば飛行時間型質量分析計のような
高速パルスイオンの検出を必要とする場合には不適であ
る。
る従来の検出器では、電子を光に変換しているためパル
ス応答性が悪く、例えば飛行時間型質量分析計のような
高速パルスイオンの検出を必要とする場合には不適であ
る。
本発明の目的は、ＭＣＰを用いたイオン検出器におい
て、後段加速およびイオン−電子変換法を採用して、高
速パルスイオンを高感度で検出することができ、しか
も、ＭＣＰに高電圧を印加することなく最適な電圧印加
のもとに後段加速を実現し、かつ、ＭＣＰには直接イオ
ンを衝突させることなくその劣化を防止することのでき
るイオン検出器を提供することにある。
て、後段加速およびイオン−電子変換法を採用して、高
速パルスイオンを高感度で検出することができ、しか
も、ＭＣＰに高電圧を印加することなく最適な電圧印加
のもとに後段加速を実現し、かつ、ＭＣＰには直接イオ
ンを衝突させることなくその劣化を防止することのでき
るイオン検出器を提供することにある。
＜問題点を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するための構成を、その実施例図面で
ある第１図を参照しつつ説明すると、本発明は、被検出
イオンの衝突により２次荷電粒子を放出する第１の変換
電極３と、その第１の変換電極３から放出された荷電粒
子の衝突を受けて２次電子を放出する第２の変換電極５
と、その第２の変換電極５から放出された電子を増倍放
出するＭＣＰ７と、そのＭＣＰ７から放出された電子を
捕集する電子捕集電極８を備えるとともに、第１および
第２の変換電極３及び５への印加電圧をそれぞれ独立的
に可変としたことを特徴としている。
ある第１図を参照しつつ説明すると、本発明は、被検出
イオンの衝突により２次荷電粒子を放出する第１の変換
電極３と、その第１の変換電極３から放出された荷電粒
子の衝突を受けて２次電子を放出する第２の変換電極５
と、その第２の変換電極５から放出された電子を増倍放
出するＭＣＰ７と、そのＭＣＰ７から放出された電子を
捕集する電子捕集電極８を備えるとともに、第１および
第２の変換電極３及び５への印加電圧をそれぞれ独立的
に可変としたことを特徴としている。
＜作用＞ 第１の変換電極３の印加電圧を上げることにより、イオ
ンは加速（後段加速）され、確実に２次荷電粒子（正イ
オン検出時には２次電子，負イオン検出時には２次正イ
オン。本明細書において、これらを総称して２次荷電粒
子という。）を放出する。この２次荷電粒子をＭＣＰ７
に入射させずに、その手前で第２の変換電極５に衝突さ
せて再度２次電子を放出させ、この２次電子をＭＣＰ７
に入射させて検出出力を得る。ここで、第１及び第２の
変換電極３および５の印加電圧を、ＭＣＰ７の最適な印
加電圧に基づいてそれぞれ適宜に調整しておくことによ
り、ＭＣＰ７の印加電圧を最適とした状態でイオンの後
段加速を達成して高速パルスイオンの高感度検出が可能
となり、また、ＭＣＰ７への電子入射エネルギを最適な
大きさとすることができ、その劣化を防止することがで
きる。
ンは加速（後段加速）され、確実に２次荷電粒子（正イ
オン検出時には２次電子，負イオン検出時には２次正イ
オン。本明細書において、これらを総称して２次荷電粒
子という。）を放出する。この２次荷電粒子をＭＣＰ７
に入射させずに、その手前で第２の変換電極５に衝突さ
せて再度２次電子を放出させ、この２次電子をＭＣＰ７
に入射させて検出出力を得る。ここで、第１及び第２の
変換電極３および５の印加電圧を、ＭＣＰ７の最適な印
加電圧に基づいてそれぞれ適宜に調整しておくことによ
り、ＭＣＰ７の印加電圧を最適とした状態でイオンの後
段加速を達成して高速パルスイオンの高感度検出が可能
となり、また、ＭＣＰ７への電子入射エネルギを最適な
大きさとすることができ、その劣化を防止することがで
きる。
＜実施例＞ 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。
第１図は本発明実施例の構成を示す図である。
ＭＣＰ７の荷電粒子入射側に、第１および第２の変換電
極３および５と、それぞれの変換電極に対して設けられ
た電子引出用格子状電極４および６、更にシールド用の
格子状電極１と後段加速用の格子状電極２が配置されて
いる。そして、これら各電極には、任意の電圧を印加し
得るよう構成されている。
極３および５と、それぞれの変換電極に対して設けられ
た電子引出用格子状電極４および６、更にシールド用の
格子状電極１と後段加速用の格子状電極２が配置されて
いる。そして、これら各電極には、任意の電圧を印加し
得るよう構成されている。
ＭＣＰ７の電子放出側には、電子捕集用のアノード８が
設けられており、このアノード８は負荷抵抗９および増
幅回路１０に接続されている。
設けられており、このアノード８は負荷抵抗９および増
幅回路１０に接続されている。
第１および第２の変換電極３および５は、それぞれベネ
チアンブラインド型のコンバータであって、銅ベリリウ
ム合金板など２次電子放出効率の高い金属板を４５°に
ひさし状に並設してなっており、イオン又は電子の衝突
よって２次電子を放出し、それぞれの電子引出用の格子
状電極４および６との電位差を適宜に保つことによっ
て、第２図に放出電子走行路を示すように、粒子入射側
と反対側に２次電子を導出することができる。なお、銅
ベリリウム合金などの素材は、２次電子発生効率を向上
させるために、活性化処理しておく。
チアンブラインド型のコンバータであって、銅ベリリウ
ム合金板など２次電子放出効率の高い金属板を４５°に
ひさし状に並設してなっており、イオン又は電子の衝突
よって２次電子を放出し、それぞれの電子引出用の格子
状電極４および６との電位差を適宜に保つことによっ
て、第２図に放出電子走行路を示すように、粒子入射側
と反対側に２次電子を導出することができる。なお、銅
ベリリウム合金などの素材は、２次電子発生効率を向上
させるために、活性化処理しておく。
シールド用の格子状電極１は、イオン飛行部と、本装置
とを静電的に遮蔽するためのもので、接地が施されてい
る。
とを静電的に遮蔽するためのもので、接地が施されてい
る。
以上の構成において、例えば正イオンの検出を行う場
合、各電極には第３図に各電極の付された番号でそのポ
テンシャルを示すような電位が与えられる。この状態に
おいて第１図左方から入射したイオンは、各電極１，
２，３間の電位差により加速されて、第１の変換電極３
に衝突して２次電子が発生する。この２次電子は各電極
３，４，５の電位差により、第２の変換電極５に衝突す
る。なお、第１の変換電極３以降は粒子が電子となるの
で、それ以前の正イオンとは電荷が逆転し、第３図の３
以降、電子はポテンシャルの谷から山へと移動すること
になる。
合、各電極には第３図に各電極の付された番号でそのポ
テンシャルを示すような電位が与えられる。この状態に
おいて第１図左方から入射したイオンは、各電極１，
２，３間の電位差により加速されて、第１の変換電極３
に衝突して２次電子が発生する。この２次電子は各電極
３，４，５の電位差により、第２の変換電極５に衝突す
る。なお、第１の変換電極３以降は粒子が電子となるの
で、それ以前の正イオンとは電荷が逆転し、第３図の３
以降、電子はポテンシャルの谷から山へと移動すること
になる。
第２の変換電極５に、第１の変換電極３から放出された
電子が衝突すると、同様に２次電子が発生し、電極５，
６およびＭＣＰ７の電位差により、その２次電子はＭＣ
Ｐ７へと導かれ、検出可能なまでに増倍される。ＭＣＰ
７から最終的に増倍放出された電子は、アノード８によ
って捕集され、負荷抵抗９に流れ込んで電圧を発生す
る。この電圧は増幅回路１０によって増幅され、検出信
号をを得る。
電子が衝突すると、同様に２次電子が発生し、電極５，
６およびＭＣＰ７の電位差により、その２次電子はＭＣ
Ｐ７へと導かれ、検出可能なまでに増倍される。ＭＣＰ
７から最終的に増倍放出された電子は、アノード８によ
って捕集され、負荷抵抗９に流れ込んで電圧を発生す
る。この電圧は増幅回路１０によって増幅され、検出信
号をを得る。
以上の本発明実施例において、格子状電極１と第１の変
換電極３との電位差を大きくしておけば、飛来するイオ
ンは電極１〜３間で大きく加速されて、高速度で第１の
変換電極３に衝突することになり、イオン−電子変換効
率が高くなる。すなわち、イオンの検出感度が増大す
る。このイオンの後段加速は、第１の変換電極３までに
よって達成され、第２の変換電極５およびＭＣＰ７の電
位には無関係である。
換電極３との電位差を大きくしておけば、飛来するイオ
ンは電極１〜３間で大きく加速されて、高速度で第１の
変換電極３に衝突することになり、イオン−電子変換効
率が高くなる。すなわち、イオンの検出感度が増大す
る。このイオンの後段加速は、第１の変換電極３までに
よって達成され、第２の変換電極５およびＭＣＰ７の電
位には無関係である。
第２の変換電極５は、ＭＣＰ７に入射する２次電子の入
射エネルギを調整することを目的としている。すなわ
ち、第１の変換電極３で発生した２次電子を直接ＭＣＰ
７に入射させると、これらの２次電子は第１の変換電極
３とＭＣＰ７との電位差に等しいエネルギでＭＣＰ７に
入射してしまうことになるが、上述の後段加速を目的と
して第１の変換電極３には相当大きな電圧を印加するた
めに、その入射エネルギは大となる。ところで、ＭＣＰ
７の増幅特性は、入射する電子エネルギに依存し、通常
１Kev程度が最適である。また、あまりにも大きなエネ
ルギを持つ電子が入射すると、ＭＣＰ７が劣化する可能
性もでてくる。そこで、第２の変換電極５を第１の変換
電極３とＭＣＰ７との間に介在させ、この第２の変換電
極５から発生する２次電子がＭＣＰ７に入射するよう構
成して、第２の変換電極５とＭＣＰ７との電位差を１Kv
程度に調節しておけば、ＭＣＰ７を最適な状態で使用す
ることができる。
射エネルギを調整することを目的としている。すなわ
ち、第１の変換電極３で発生した２次電子を直接ＭＣＰ
７に入射させると、これらの２次電子は第１の変換電極
３とＭＣＰ７との電位差に等しいエネルギでＭＣＰ７に
入射してしまうことになるが、上述の後段加速を目的と
して第１の変換電極３には相当大きな電圧を印加するた
めに、その入射エネルギは大となる。ところで、ＭＣＰ
７の増幅特性は、入射する電子エネルギに依存し、通常
１Kev程度が最適である。また、あまりにも大きなエネ
ルギを持つ電子が入射すると、ＭＣＰ７が劣化する可能
性もでてくる。そこで、第２の変換電極５を第１の変換
電極３とＭＣＰ７との間に介在させ、この第２の変換電
極５から発生する２次電子がＭＣＰ７に入射するよう構
成して、第２の変換電極５とＭＣＰ７との電位差を１Kv
程度に調節しておけば、ＭＣＰ７を最適な状態で使用す
ることができる。
負イオンの検出時には、各電極は第４図に示すような電
位が与えられる。この場合、負イオンは第１の変換電極
３に衝突して、２次電子や２次正イオンを放出せしめる
が、このうち２次正イオンが第２の変換電極５に導かれ
る。そしてこの２次正イオンの衝突によって、第２の変
換電極５から２次電子が放出されることになる。この第
２の変換電極５以降は、正イオンの検出時と同様であ
る。
位が与えられる。この場合、負イオンは第１の変換電極
３に衝突して、２次電子や２次正イオンを放出せしめる
が、このうち２次正イオンが第２の変換電極５に導かれ
る。そしてこの２次正イオンの衝突によって、第２の変
換電極５から２次電子が放出されることになる。この第
２の変換電極５以降は、正イオンの検出時と同様であ
る。
なお、以上の実施例における第１および第２の変換電極
３および５を、ベネチアンブラインド型のコンバータに
替えて、ＳＥＭ（２次電子増倍管）でしばしば用いられ
るボックスグリット型のダイノードを採用することもで
きる。
３および５を、ベネチアンブラインド型のコンバータに
替えて、ＳＥＭ（２次電子増倍管）でしばしば用いられ
るボックスグリット型のダイノードを採用することもで
きる。
＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明によれば、ＭＣＰの粒子入
射側に、飛来したイオンの衝突により２次荷電粒子を放
出する第１の変換電極と、その２次荷電粒子の衝突によ
って再度２次電子を放出する第２の変換電極を配置し
て、この第１および第２の変換電極への印加電圧をそれ
ぞれ独立的に可変としたから、ＭＣＰ７の印加電圧を大
きくすることなく第１の変換電極への印加電圧を大きく
することにより、後段加速が達成され、イオンの検出感
度を高めることができ、また、ＭＣＰ７の前において螢
光体等による電−光変換を行わないからパルス応答が良
く、高速度パルスイオンの高感度検出が可能となる。
射側に、飛来したイオンの衝突により２次荷電粒子を放
出する第１の変換電極と、その２次荷電粒子の衝突によ
って再度２次電子を放出する第２の変換電極を配置し
て、この第１および第２の変換電極への印加電圧をそれ
ぞれ独立的に可変としたから、ＭＣＰ７の印加電圧を大
きくすることなく第１の変換電極への印加電圧を大きく
することにより、後段加速が達成され、イオンの検出感
度を高めることができ、また、ＭＣＰ７の前において螢
光体等による電−光変換を行わないからパルス応答が良
く、高速度パルスイオンの高感度検出が可能となる。
また、ＭＣＰ７には高速化されたイオンが直接衝突する
ことがないばかりでなく、電子の衝突エネルギも第２の
変換電極によって調節され、上述した後段加速のために
ＭＣＰの印加電圧を大きくする必要のないことと併わせ
て、ＭＣＰの劣化を防止することができるとともに、Ｍ
ＣＰを常に最適な特性下において使用することができ
る。
ことがないばかりでなく、電子の衝突エネルギも第２の
変換電極によって調節され、上述した後段加速のために
ＭＣＰの印加電圧を大きくする必要のないことと併わせ
て、ＭＣＰの劣化を防止することができるとともに、Ｍ
ＣＰを常に最適な特性下において使用することができ
る。
なお、第１の変換電極は高速度でイオンが衝突すること
になるが、この材質にはイオン衝突に強いものを選ぶこ
とができ、十分長期間の使用が可能である。たとえ劣化
により変換するにしても、ＭＣＰの変換に比して極めて
安価ですむ。
になるが、この材質にはイオン衝突に強いものを選ぶこ
とができ、十分長期間の使用が可能である。たとえ劣化
により変換するにしても、ＭＣＰの変換に比して極めて
安価ですむ。
第１図は本発明実施例の構成を示す図で、第２図はその
第１または第２の変換電極３または５の２次電子放出経
路の説明図、第３図および第４図はそれぞれ第１図の本
発明実施例により正イオンおよび負イオンを検出する場
合の各電極への電圧の印加の例を示すグラフである。第
５図は従来のシンチレータを用いたイオン検出器の例
で、Daly型検出器の構成を示す図である。 １……シールド用の格子状電極 ２……後段加速用の格子状電極 ３……第１の変換電極 ５……第２の変換電極 ４，６……電子引出用の格子状電極 ７……ＭＣＰ ８……アノード ９……負荷抵抗 １０……増幅回路
第１または第２の変換電極３または５の２次電子放出経
路の説明図、第３図および第４図はそれぞれ第１図の本
発明実施例により正イオンおよび負イオンを検出する場
合の各電極への電圧の印加の例を示すグラフである。第
５図は従来のシンチレータを用いたイオン検出器の例
で、Daly型検出器の構成を示す図である。 １……シールド用の格子状電極 ２……後段加速用の格子状電極 ３……第１の変換電極 ５……第２の変換電極 ４，６……電子引出用の格子状電極 ７……ＭＣＰ ８……アノード ９……負荷抵抗 １０……増幅回路
Claims (1)
- 【請求項１】被検出イオンの衝突により２次荷電粒子を
放出する第１の変換電極と、その第１の変換電極から放
出された荷電粒子の衝突を受けて２次電子を放出する第
２の変換電極と、その第２の変換電極から放出さた電子
を増倍放出するマイクロチャンネルプレートと、そのマ
イクロチャンネルプレートから放出された電子を捕集す
る電子捕集電極を備えるとともに、上記第１および第２
の変換電極への印加電圧をそれぞれ独立的に可変とした
ことを特徴とする検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61044580A JPH0627853B2 (ja) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | イオン検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61044580A JPH0627853B2 (ja) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | イオン検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62201385A JPS62201385A (ja) | 1987-09-05 |
| JPH0627853B2 true JPH0627853B2 (ja) | 1994-04-13 |
Family
ID=12695434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61044580A Expired - Fee Related JPH0627853B2 (ja) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | イオン検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0627853B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7417235B2 (en) | 2005-05-11 | 2008-08-26 | El-Mul Technologies, Ltd. | Particle detector for secondary ions and direct and or indirect secondary electrons |
-
1986
- 1986-02-28 JP JP61044580A patent/JPH0627853B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62201385A (ja) | 1987-09-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |