JPH09190799A - エネルギーアナライザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エネルギー分解能が高く、イオンをエネルギ
ーレベルに応じて正確に選別できるエネルギーアナライ
ザを提供する。 【解決手段】 熱電子放出部２に対し高電位とされると
共に内部がイオン化チャンバ３とされる主グリッド４
を、そのイオン化チャンバ３における電位分布をなくす
ために、電界遮蔽用の少なくとも一つの補助グリッド２
０により囲む。そのイオン化チャンバ３における熱電子
とガス分子との衝突により発生するイオン６を、そのイ
オン６のエネルギーレベルに応じて選別する手段５を設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば宇宙空間に
おいてガスの分析や計測を行なうのに利用できるエネル
ギーアナライザに関する。

【０００２】

【従来の技術】図２に示す従来のエネルギーアナライザ
１０１は、例えば地球の周回軌道上の人工衛星に搭載さ
れるもので、熱電子を放出するフィラメント１０２と、
グリッド１０４と、エネルギー分解フィルタ１０５とを
備え、そのグリッド１０４はフィラメント１０２に対し
高電位とされる。そのグリッド１０４は、一枚の網状の
導体を円筒状に成形したもので、内部がイオン化チャン
バ１０３とされる。このエネルギーアナライザ１０１に
対し、その人工衛星の周回軌道上のガスが、図中矢印の
方向に衛星周回速度の相対速度で通過した後に、エネル
ギー分解フィルタ１０５に向かうように配置される。

【０００３】そのフィラメント１０２から放出された熱
電子は、その電位差によりグリッド１０４に向かい加速
され、そのイオン化チャンバ１０３において中性のガス
分子と衝突し、電子衝撃によりガス分子をイオン化して
陽イオン１０６を発生させる。そのイオン化チャンバ１
０３内において発生したイオン１０６は、図中矢印で示
すようにグリッド１０４を通過してエネルギー分解フィ
ルタ１０５に向かう。なお、イオン化チャンバ１０３の
外部において発生したイオン１０６′は、電位の低いフ
ィラメント１０２に向かう。

【０００４】そのエネルギー分解フィルタ１０５は、そ
のイオン化チャンバ１０３において発生したイオン１０
６をエネルギーレベルに応じて選別するため、電位調節
可能なイオン通路１０７を有する。すなわちイオン通路
１０７は、電位が高い場合は運動エネルギーが大きなイ
オン１０６のみを通過させ、電位が低い場合は運動エネ
ルギーが小さなイオン１０６も通過させる。そのイオン
１０６の運動エネルギーは、速度が一定の下では質量に
比例する。よって、そのイオン通路１０７を通過したイ
オン１０６の個数に応じた信号を出力するイオン検出器
１１０を設け、そのイオン通路１０７の電位を変化させ
た場合のイオン１０６の個数に応じた出力信号を増幅器
１１１により増幅し、信号処理装置１１２により処理し
てイオン１０６の質量スペクトルを求めることで、衛星
軌道上のガス成分を分析することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のエネルギーアナ
ライザ１０１はエネルギー分解能が低く、エネルギー分
解フィルタ１０５によりイオン１０６をエネルギーレベ
ルに応じて正確に選別することができなかった。

【０００６】これは、イオン化チャンバ１０３において
図２の等電位線Ａで示すような電位分布、すなわちエネ
ルギー分布が存在することに起因することを見出した。
すなわち、従来の構造では、ガス分子がイオン１０６に
なる位置の電界の強さに応じたエネルギーがイオン１０
６に加えられるため、ガス分子が熱電子と衝突する位置
次第でイオン１０６のエネルギーレベルが異なった値に
なってしまい、イオン１０６を本来のエネルギーレベル
に応じて選別できなかった。

【０００７】本発明は、上記問題を解決することのでき
るエネルギーアナライザを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱電子放出部
と、その熱電子放出部に対し高電位とされると共に内部
がイオン化チャンバとされる主グリッドと、そのイオン
化チャンバにおける熱電子とガス分子との衝突により発
生するイオンを、そのイオンのエネルギーレベルに応じ
て選別する手段とを備えるエネルギーアナライザにおい
て、電界遮蔽用の少なくとも一つの補助グリッドが、そ
の主グリッドを囲むように設けられていることを特徴と
する。

【０００９】本発明の構成によれば、主グリッドを電界
遮蔽用の補助グリッドにより囲むことで、その主グリッ
ド内のイオン化チャンバに主グリッドの外部の電界が影
響するのを防止し、イオン化チャンバにおける電位を一
定として電位分布の解消を図ることができる。これによ
り、イオン化チャンバにおけるガス分子と熱電子との衝
突により発生するイオンを、本来のエネルギーレベルに
応じて正確に選別できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。

【００１１】図１に示すエネルギーアナライザ１は、例
えば地球の周回軌道上の人工衛星に搭載されるもので、
熱電子を放出するフィラメント（熱電子放出部）２と、
主グリッド４と、この主グリッド４を囲む補助グリッド
２０と、エネルギー分解フィルタ５とを備える。

【００１２】その主グリッド４は、一枚の網状の導体を
円筒状に成形したもので、円筒面に沿う周壁部４ａと、
この周壁部４ａの一端側のガス進入側端部４ｂと、その
周壁部４ａの他端側のガス退出側端部４ｃとを有し、内
部がイオン化チャンバ３とされる。

【００１３】その補助グリッド２０は、一枚の網状の導
体を円筒状に成形したもので、円筒面に沿う周壁部２０
ａと、この周壁部２０ａの一端側のガス進入側端部２０
ｂとを有し、内部に主グリッド４が配置される。

【００１４】その主グリッド４の周壁部４ａの他端側
と、補助グリッド２０の周壁部２０ａの他端側とは、導
体をリング板状に成形したイオン遮蔽体２２に溶接さ
れ、このイオン遮蔽体２２の内周孔内に主グリッド４の
ガス退出側端部４ｃが配置される。

【００１５】その主グリッド４、補助グリッド２０およ
びイオン遮蔽体２２は、バッテリー２１により例えば８
０Ｖ程度の電圧が印加されることで、フィラメント２に
対しては高電位とされ、互いに対しては同電位とされ
る。

【００１６】このエネルギーアナライザ１は、その人工
衛星の周回軌道上のガスが、補助グリッド２０のガス進
入側端部２０ｂと主グリッド４のガス進入側端部４ｂを
介してイオン化チャンバ３に進入し、そのイオン化チャ
ンバ３を図において矢印の方向に一定の衛星周回速度の
相対速度で通過し、主グリッド４のガス退出側端部４ｃ
から退出した後に、エネルギー分解フィルタ５に向かう
ように配置される。

【００１７】そのフィラメント２から放出される熱電子
は、主グリッド４に向かい電位差により加速され、その
イオン化チャンバ３において中性のガス分子と衝突し、
電子衝撃によりガス分子をイオン化して陽イオン６を発
生させる。そのイオン化チャンバ３内において発生した
イオン６は、図中矢印で示すように主グリッド４を通過
してエネルギー分解フィルタ５に向かう。

【００１８】なお、イオン化チャンバ３の外部において
発生したイオン６′は、電位の低いフィラメント２に向
かう。また、イオン化チャンバ３の外部において発生し
たイオン６′がエネルギー分解フィルタ５に向かう経路
には、上記イオン遮蔽体２２が配置されるので、そのイ
オン６′がエネルギー分解フィルタ５に至るのが防止さ
れる。

【００１９】そのエネルギー分解フィルタ５は、そのイ
オン化チャンバ３において発生したイオン６をエネルギ
ーレベルに応じて選別するもので、主グリッド４に対し
電位の低い範囲から高い範囲に亘り、例えば±数Ｖの範
囲に亘り電位調節可能なイオン通路７を有する。これに
よりイオン通路７は、電位が高い場合は運動エネルギー
が大きなイオン６のみを通過させ、電位が低い場合は運
動エネルギーが小さなイオン６も通過させることができ
る。そのイオン通路７を通過したイオン６の個数に応じ
た信号を出力するイオン検出器１０と、このイオン検出
器１０の出力信号の増幅器１１と、その増幅された信号
を処理してイオン６の質量スペクトルを求める信号処理
装置１２とが設けられている。

【００２０】上記構成によれば、主グリッド４を電界遮
蔽用の補助グリッド２０により囲むことで、その主グリ
ッド４内のイオン化チャンバ３に主グリッド４の外部の
電界が影響するのを防止し、図１の等電位線Ｂで示すよ
うにイオン化チャンバ３における電位を一定とし、電位
分布の解消を図ることができる。これにより、イオン化
チャンバ３におけるガス分子と熱電子との衝突により発
生するイオン６を、本来のエネルギーレベルに応じてエ
ネルギー分解フィルタ５により正確に選別し、エネルギ
ーアナライザ１のエネルギー分解能を向上することがで
きる。

【００２１】また、そのイオン化チャンバ３の外部で電
位分布が存在しても、イオン化チャンバ３の外部で発生
するイオン６′はイオン遮蔽体２２によりエネルギー分
解フィルタ５に致るのが阻止されるため、エネルギー分
解能が低下するのを防止できる。

【００２２】なお、本発明は上記実施形態に限定されな
い。例えば、主グリッド４を囲む補助グリッド２０を２
重以上とし、電界の遮蔽効果をより高めてもよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、エネルギー分解能が高
く、イオンをエネルギーレベルに応じて正確に選別でき
るエネルギーアナライザを提供できる。

【００２４】

【本発明の実施態様】本発明のエネルギーアナライザに
おいて、イオン化チャンバの外部で発生するイオンが選
別手段に向かう経路に、その主グリッドと同電位とされ
るイオン遮蔽体を設けるのが好ましい。これにより、そ
のイオン化チャンバ外部で電位分布が存在しても、イオ
ン化チャンバの外部で発生するイオンが選別手段に至る
のを防止できるので、エネルギー分解能の低下を防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のエネルギーアナライザの構
成説明図

【図２】従来のエネルギーアナライザの構成説明図

【符号の説明】

２ フィラメント ３ イオン化チャンバ ４ 主グリッド ５ エネルギー分解フィルタ ２０ 補助グリッド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱電子放出部と、 その熱電子放出部に対し高電位とされると共に内部がイ
   オン化チャンバとされる主グリッドと、 そのイオン化チャンバにおける熱電子とガス分子との衝
   突により発生するイオンを、そのイオンのエネルギーレ
   ベルに応じて選別する手段とを備えるエネルギーアナラ
   イザにおいて、 電界遮蔽用の少なくとも一つの補助グリッドが、その主
   グリッドを囲むように設けられていることを特徴とする
   エネルギーアナライザ。