JPH11510246A - 位置に感じ易い粒子検出器及び透明体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 粒子検出器は各粒子２の衝撃に応答して電子のスプレーを発生する電子多重手段１４と、前記スプレーを介して延在し、且つ、それと相互作用して光パルスを発する層６と、前記粒子の衝撃の瞬間を決定するとともに各決定された瞬間に対する衝撃位置についてのデータを生成する透明電子検出手段８とを含んでいて、それにより、前記位置が決定され得るとともに、前記検出手段によって決定された瞬間に相関され得るようになっている。前記検出器は原子プローブに用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 位置に感じ易い粒子検出器 及び透明体技術分野 本発明は、位置に感じ易い粒子検出器に係わる。 「粒子」は、イオン及び電子、及び光子のごとき帯電された粒子を特に意味し ている。 本発明は、特に、原子プローブに適用可能であり、より具体的には、空間と時 間との間の相関を発見しようとするいずれかの分野に関する。 かくて、本発明は、例えば、粒子物理学における二次イオンの顕微鏡使用にお ける飛行時間、質量分光測定法及び電荷結合素子の飛行時間に適用可能である。 本発明は、電子増倍手段（通常は、マイクロチャネル板）を備えた検出器に対 する空間及び時間における粒子衝撃を正確に認識することができる。 これらの粒子は、非常に密接した瞬間に、あるいは、同時に検出器に到達する ことができる。 それ故、本発明は、高い空間分解能及び高い時間分解能を備えた二次元空間検 出器に関する。従来技術の状態 マイクロチャネル板を用いたいくつかの空間粒子検出器は既に知られている。 過去２０年の間、空間イメージあるいは基本粒子物理学のごとき幅広い様々な 分野でこの形式の検出器を開発する必要があった。 しかし、空間及び時間の双方において多数の衝撃を突きとめることができる検 出器は、わずかである。 これらの検出器が開発された適用分野によれば、代表的な空間検出器の限界が かなり大きいことが説明されている。 かくて、イメージに開発された検出器によれば非常に優れた空間分解能が得ら れるが、その検出器は衝撃瞬間を正確に測定することはできない。 基本粒子分野においては、多数のシステムが開発され、該システムは衝撃の瞬 間及び粒子の位置を正確に測定することができる。 希な出来事を検出するために開発されたこれらのシステムは、しばしば、同時 に起こった出来事、あるいは、時間が極めて密接している出来事を解決すること は不可能である。 かくて、空間検出器は２つの大きなグループに区別される。 第１のグループは、同時に起こる出来事には感受性があるが、普通の、即ち、 並の時間分解能を備えた検出器を含んでいる。 例えば、これはＣＣＤカメラ検出器の場合である。 これらの検出器は優れた空間分解能を有しているとともに、多くの出来事に感 じ易くなっている。 しかし、ＣＣＤカメラの場合の情報「読み取り」時間は長く（数ミリ秒）、か くて、カメラに関連せしめられた飛行測定システムの時間における「死の時間」 を確定してしまう。 事象が、この死の時間よりも少ない時間（これは原子プローブでは常にそうで ある）により分離される場合、飛行の時間を、表示される衝撃に明確に当てるこ とは不可能である。 これに関し、同様の以下に述べる他の文献ともどもこの明細書の終わりでリス トアップされている文献（１）を参照されたい。 従って、この限定により、この適用例に対するそれの使用が阻止される。 第２のグループは、“早急な”検出器を含んでいる。 これらの検出器は、ナノ秒の数十分の一乃至数百分の一だけ分離された時間で 共に非常に密接した衝撃を識別することができる。 それらのうちで最も良く知られたものは抵抗性陽極エンコーダ及び楔及び帯状 体陽極（the Resistive Anode Encoder and the Wedge And Strip Anode）であ る。 この主題に付いての更なる情報に関しては文献（２）を参照されたい。 これら検出器の原理は、マイクロチャネル板からの出口のところで衝撃により 発生される電荷の空間即ち時分割に基づいている。 これらの検出器の全ては以下の同じ欠点を有している。即ち、２つ以上の事象 がこの形式の検出器に同時に衝突すると、計算された位置は各衝撃の位置の重力 の中心である。 それ故、これらの検出器は一時に１つの事象にのみ感じ易いのである。 事実、時間におけるまた空間における多数の衝撃を正確に識別することができ る既知の検出器はわずか２つだけである。 これら２つの検出器は、例えば、三次元原子プローブのごとき質量分光測定シ ステムの飛行時間に対して開発された。 これら２つの検出器のうちの第１のものは文献（３）乃至（７）に記載されて いる。 この第１の検出器の原理は次の通りである。 平面に敷設された１０ｘ１０の陽極の四角のグリッドの前にマイクロチャネル 板の組立体を置く。 それ故、それはチェッカーボード検出器であるといえる。 イオン衝撃の到着により作り出される電荷のクラスタはいくつかの陽極を照射 する（陽極は１ｃｍ²程度の面積を有している）。 衝撃の飛行時間は、マイクロチャネル板の後面から取られる電気信号により測 定される。 この信号も、陽極グリッドに集められる９６の電荷の同時測定をトリガする。 各陽極に集められる電荷は電荷コンバータにより集積され、それの読み取り時 間は測定の速やかな繰り返しを可能にするには余りにも長い。 いくつかのコンバータを用いて、１０ｎｓを越えずに分離された衝撃を記録す る。 これらのコンバータは平行をなして装架されているが、それらは衝撃が生ずる 瞬間を示す信号により次々とトリガされる。 それ故、この第１の既知の検出器は同時衝撃を突きとめることができ、また、 時間において非常に緊密した状態で強い衝撃を与える。 第２の既知の検出器は文献（８）に記載されている。 それの原理は、文献（９）に記載されている既知の装置により大部分示唆され ている。 この第２の既知の検出器において、マイクロチャネル板は、燐光性被覆体が沈 積されている透明なスクリーンの前に置かれている。 次いで、衝撃の到着により、スクリーンを横切る光の点が作り出される。 スクリーンの背後に４５°で置かれた半透明な鏡はこの光の点を２つの部分に 分割する。 衝撃の到達により、２つの光信号も作り出される。 第１の光信号は、レンズを介してＣＣＤカメラに焦点が合わされ、そのＣＣＤ カメラは衝撃の位置を記録する。 第２の光信号は、衝撃の飛行時間を測定する光電子増倍管に焦点が合わされる 。 この光電子増倍管は８０の陽極を有しており、従って、平行をなす飛行信号の ８０回までを記録することができる。 次いで、この陽極グリッドに作用する衝撃の位置を、ＣＣＤカメラにより記録 された位置に相関させることは容易である。 この第２の既知の検出器は同時衝撃を記録することができる。 また、スクリーン上の衝撃の線が同じ光電子増倍管の陽極に符合していなけれ ば、非常に密接した時間間隔で衝撃を突きとめることもできる。 上述した第１の検出器は、それに関連せしめられた電子電荷測定及び処理機器 の故に複雑であるとともに高価である。 上述した第２の検出器は、それの構成の故に複雑であり、且つ、高価である。 更に、この検出器における多数の引き続く信号変換により、感度の損失が生じ 、また、焦点合わせに困難性が生じてしまう。発明の開示 本発明の目的は、同時に生じ、あるいは、非常に密接した時間間隔で生ずる衝 撃の位置に感じ易い空間粒子検出器を提案することにより上述した欠点を克服す ることである。しかし、その空間粒子検出器は、上述した２種類の既知の検出器 よりも簡潔で、より信頼性があり、より安価である。 具体的には、この発明の目的は、 −各粒子の衝撃の下で電子のクラスタを生成することができる電子増倍手段と 、 −この電子のクラスタが通過するのを許し、且つ、前記電子のクラスタとの相 互作用により光パルスを放射する光放射材料の層と、 −この電子のクラスタを集めることができるとともに電子信号を与えて粒子衝 撃時間を決定することができる電子検出手段であって、該電子検出手段は位置に 感じ易くなっているとともにこのように決定された各瞬間の衝撃の位置について の情報を供給することができ、これらの検出手段は、また、光パルスに対して透 過性であって、前記材料の層によって放射される光パルスを突きとめることによ り前記衝撃の位置を決定することができるようになっており、また、前記電子検 出手段により決定された瞬間にこれらの位置を相関させている前記電子検出手段 と、 を有していることを特徴とする粒子検出器である。 検出器は、また、前記材料の層により放射される光パルスを突きとめることが できる光検出手段を有していてもよい。 これらの光検出手段は、前記電子検出手段を通過した後の光パルスを受領する よう設計された電荷結像素子（ＣＣＤ）カメラを有していてもよい。 電子増倍手段は、好ましくは、互いに重ね合わされたいくつかのマイクロチャ ネル板を含んでいる。 本発明による検出器の第１の特定実施例によれば、電子検出手段は、光パルス に透過性であり且つ互いに電気的に絶縁されている一組の陽極導体を有している 。 該陽極導体は、平行帯状体、あるいは、円形セクター、あるいは、同心円リン グを形成することができる。 本発明による検出器の第２の特定実施例によれば、電子検出手段は、アナログ 式のものである。 この場合、これらの検出手段は、光パルスに透過性である楔及び帯状体陽極（ Wedge And Strip Anode ）、あるいは、これらの光パルスに透過性である抵抗性 陽極エンコーダ（Resistive Anode Encoder ）を有していてもよい。図面の簡単な説明 情報としてのみ与えられ、また、何等限定的でない以下に与えられる例として の実施例の記載を、添付図面を参照して読むことにより、本発明はよりよく理解 される。その図面において、 −図１は、本発明による装置の特定実施例の概略断面図で、電子検出手段が平 行帯状体の形をした陽極導体を有しているその概略断面図であり、 −図２は、これら陽極導体の概略頂面図であり、 −図３から図６は、電子検出手段の代替実施例の概略図である。特定実施例の詳細な説明 図１及び図２に概略的に示されている本発明による検出器は、例えば、イオン ２を検出するよう設計されていてもよい。 例えば、図１及び図２のこの検出器は原子プローブに一体化されていてもよい 。 この場合、イオンは、このプローブを用いて分析されるべきサンプルから発せ られるものとする。 図１及び図２の装置は以下のものを整然と有している。即ち、 −電子増倍手段４、 −光放射材料の層６、及び −電子検出手段８。 電子増倍手段４は、重ね合わされた２枚のマイクロチャネル板１０及び１２を 有している。 図１から理解される通り、板１０のマイクロチャネルは板１２のマイクロチャ ネルと一緒にヘリングボーンパターンを形成している。 本発明に合致する別の検出器においては、３つの重ね合わされたマイクロチャ ネル板を用いることができ、マイクロチャネルはヘリングボーンパターンでなく むしろ、Ｚパターンを形成している。 電子検出手段８は一組の陽極導体１４を有しており、該一組の陽極導体１４は 、光放射材料の層６により放射することができる光に対して透過性であり且つ互 いに電気的に絶縁されている。 より正確には、陽極導体１４、あるいは、陽極はガラス板１５の表面に平行な 帯状体を形成しており、該ガラス板１５は、層６により発せられるかもしれない 光に対して透過性である。 この層６は、陽極１４をカバーするとともにマイクロチャネル板１２に面して 置かれている連続した燐光性の沈積物であり、この板は板１０の下に置かれてい る。 連続した負の電位のところに、例えば、−５０００Ｖに等しい電位のところに 板１０の入り口面を置くために、また、例えば、−３０００Ｖに等しい板１０の ものよりも高い連続した負の電位のところに板の出口面を置くために適宜の分極 手段１６が備えられている。 層６は地面に関係付けられている。 一組のマイクロチャネル板に作用するイオン２の各衝撃により、電子クラスタ が作り出され、該電子クラスタは約１０⁷の電子を含む非常に細かなビーム１８ を形成する。 電子クラスタのこの細かさは、板からの出口のところで適用された電圧により その電子クラスタが集中される結果である。 注意されるべきは、マイクロチャネル板１２と燐光性材料の層との間の距離は 非常にわずかであり、例えば、１から２ｍｍ程度である。 例えば、層６はＣａＦ₂：Ｅｕで作られており、また、それは十分に薄く、そ れにより、数ｋＶ（記載されている例では３ｋＶ）の電位差により加速された電 子ビームはそれを通過することができる。 かくて、この加速された電子ビーム１８は、層６の下に置かれている陽極のう ちの一つを通過する前に、層を励起させつつこの層６を通過する。 かくて励起されたこの層６はマイクロチャネル板上のイオン２の衝撃の位置に 対応する光パルス２０を放射する。 光パルス２０は全ての透明陽極１４を通過し、次いで、ガラス板１５を通過す る。 かくて、各衝撃は、非常に小さな光の点の形をして表示される。 注意すべきは、板１５、陽極１４、層６及び板１０及び１２を有している組立 体が密封用フランジ（図示せず）に装架されていることである。何故なら、検出 器を用いる際、（イオンが移動している）マイクロチャネル板上には、また、こ れら板と燐光性層との間には真空があるからである。 図１及び図２における装置も層６により発せられる光パルスを突きとめるよう 設計された光検出手段２２を有している。 これらの光検出手段は： −ＣＣＤ形式のカメラ２４と、 −図１から理解される通り、このカメラ２４への入り口面とガラス板１５との 間に置かれていてガラス板を離れる光がこの入り口面に向けられるようになって いる光レジューサ２６と、 を有している。 認識を与えるために、しかし、何等限定するものではないが、一組の約１００ 個の陽極は帯状体の形で用いられ、この組立体は１０ｃｍｘ１０ｃｍ程度の面積 を覆い、各陽極は３０から５０ｎｍの厚みを備えた薄い金の層、あるいは、同じ 厚みのプラチナの薄い層である。 注意すべきは、陽極の数は、検出器のために選定された応用例に依存している 。 この陽極の数は、ＣＣＤカメラの活動時、同じ帯状体に対して衝撃を有する確 立を最小化するのに十分でなければならない。 図１及び図２の検出器における陽極グリッド１４は３つの機能を果たしている 。 第１に、この陽極グリッドは、マイクロチャネル板から出力され且つ燐光性の 層６を通過する電子ビームを集め、そして、撤退させる。 第２に、この陽極グリッドは粒子衝撃瞬間を決定するための電気信号を供給す る。 更に、この陽極グリッドは、位置に感じ易い電子検出器を形成する。 このグリッドは独立した陽極からなっていて陽極の面（この面はこれらの陽極 を支持しているガラス板の面２８である）に対して直角な２つの方向のうちの一 つに沿った衝撃の位置が各記録された瞬間に対して判るようになっている。 図２の例では、これら２つの方向はＸ及びＹでそれぞれ示されており、陽極は 方向Ｙに平行をなしており、また、衝撃の位置は方向Ｘに沿って判る。 第３に、陽極グリッドは、各衝撃に対し層６で作られる光の点に対し透明であ る。 カメラ２４は層６によって発せられた光の点を突きとめることができ、それ故 、衝撃の位置を決定することができる。何故なら、各光パルスはこの衝撃の延長 だ からである これら条件の下で、図１及び図２の検出器は、この衝撃に関連せしめられた電 子ビームにより照射された対応する陽極上で測定された瞬間と各衝撃位置を相関 させることができる。 かくて、図１及び図２の検出器は、明確に、同時に強い衝撃を与える、あるい は、非常に短い時間間隔で衝撃を与えるイオンのバーストの到着により生成され る各光の点に到着時間を関連させている。 かくて、空間と時間との情報は、距離０．５ｍｍよりも優れ、（そして、ＣＣ Ｄカメラのピクセルの数に関連せしめられ）、且つ、時間で１ｎｓに等しい（時 間カウンタの精度）分離動力に相関されている。 照射された陽極は表示される光の点の各々に対して飛行信号の時間を出力する 。 空間分解能は陽極の幅によっては与えられず、しかし、むしろ、光の点の位置 を数字化するために、用いられているカメラの分解能により与えられる。 陽極の数は検出器の容量を決定して飛行時のみの１つ１つをこれら光の点の各 各に関連させる。 １つを越えない衝撃（１から１０衝撃）が各イオンバーストに対して各陽極に 当たる際、作動は理想的となる。 ２つのマイクロチャネル板と一緒に燐光性層で覆われている透明な陽極グリッ ドは、（対応する光の点を用いて）空間でのイオン衝撃を突きとめることができ 、また、（独立した陽極の故に）これらの衝撃の各々に関連せしめられた時間を 測定することができる。 在来の原子プローブと一緒に用いる場合、この検出器は原子スケールで金属材 料の観察及び定量分析に用いることができる。 像が得られる原子の各々の化学的性質は飛行質量の分光測定の時間によって識 別される。 かくて、原子プルーブは三次元原子プルーブに変換される。 図１及び図２の検出器は、文献（３）から（７）に記載されている既知の検出 器に比べて、以下の利点を有している。 図１及び図２の検出器の構造は簡単であり、及び、この検出器において、衝撃 の位置は光の点により与えられ、また、飛行測定の時間は在来通りである点で用 いるのがより容易である。 全ての衝撃を確実に且つ簡単に表示させ、また、突きとめることはより効率的 であり、また、より確実性がある。 それは廉価である。 特に、注意されるべきは、図１及び図２の検出器を用いて衝撃の位置を決定す るために必要とされるアルゴリズムの簡単さである。 文献（３）から（７）に記載されているチェッカーボード検出器はアナログ式 のものである。何故なら、その検出器は陽極のマトリックスグリッドにより集め られた電荷の測定に基づいているからである。 次いで、マイクロチャネル板から出力される電子クラスタ出力の電荷の空間的 分布を知ることが必要である。 図１及び図２の検出器でもってした場合、位置の符号化は２進法であり、また 、計算時間はかなり低減される。 更に、図１及び図２の検出器でもってした場合、同時事象の突きとめにおける 不成功率は、文献（３）から（７）に記載されている検出器で得られるものより も低い。 後者の検出器において、衝撃の位置は、少なくとも４つの隣接した陽極を照射 しなければならない電子クラスタの強い焦点外しを犠牲にして計算することがで きる。 この検出器に対する衝撃の空間範囲は、２つの同時事象が重なり合う確立を増 大させる。 他方、図１及び図２の検出器でもってした場合、衝撃の局在化はより容易であ る。何故なら、電子クラスタは燐光性の沈積物に高度に焦点が合わされているか らである。 かくて、図１及び図２のこの検出器は同時衝撃の検出において不成功率をかな り低下させることができる。 図１及び図２の検出器はより単純化されており、また、文献（８）及び（９） に記載されている既知の検出器よりもより感度が高くなっている。 衝撃から結果として生ずる電気及び光り信号を、マイクロチャネル板からの出 口のところでほとんど直接的に分離することができる。 燐光性の被覆を励起した後、陽極を通過する電子は、飛行測定信号の時間とし て直接用いられる。 かくて、（文献（８）及び（９）に記載された既知の検出器の場合そうであっ たように）光電子増幅管により追随される半透明な鏡により、電子クラスタを光 の点に変換させ、次いで、再び、電気信号に変換させることはもはや必要ではな い。 図１及び図２の検出器の高められた検出効率はそれの単純さに加えて別の利点 である。 明らかに、この検出器もより安価である。 さて、図１及び図２の検出器の電気信号処理についてのいくつかの情報を与え る。 陽極１４は、これら陽極１４の端部に接続された電気導体３２により、時間測 定手段３０に接続されている。 陽極に対する電子ビームの衝撃により作り出される電気信号は、かくて、これ らの時間測定手段３０に向かって指向される。 これらの手段はデジタルコンバータ３４に対する１組のファストタイム（fast time ）を含んでおり、それらデジタルコンバータ３４は陽極１４に関連せしめ られているとともに、関連せしめられた陽極上の電子ビームの到着の瞬間を決定 する。 カメラ２４は、粒子パルスにより、言い換えれば、これらの粒子がそれらの源 （図示せず）を離れる瞬間によりトリガされている。 原子プローブの例において、この開始パルスは、分析されるべきサンプルから イオンを退去させる電気パルスであり、該開始パルスはＣＣＤカメラの開きをト リガするのに用いられている。 電子検出手段８及び光検出手段２２により出力される信号を処理するための電 子手段３１が備えられていて粒子衝撃の瞬間及び位置を決定し、また、これらの 位置をこれらの瞬間と相関させている。これらの手段３１は時間測定手段３０を 含んでいる。 注意すべきは、図１及び図２に示された場合、これらの陽極は矩形であり、こ のことは、不成功率が位置とは無関係であることを意味している。 更に、帯状体の形をした陽極を用いることは、これら帯状体の端部である限り 、燐光性材料の層の観察を妨げる電気コネクタを使用する必要なく、電気信号が 電子ビームの初期衝撃から移送されることができることを意味している。 陽極１４は、位置が不連続的に符号化される空間的電子検出器を形成している 。 図３は、平行帯状体の形をした陽極１４を、円形セクター４０を形成する陽極 と交換させる可能性を概略的に示しており、また、その陽極も明らかに、これら の陽極に関連せしめられた燐光性の材料の層（図示せず）から発する光に対して 透過性である。 図３もガラス板４２を示しており、該ガラス板４２にこれら陽極４０が形成さ れているとともに、該ガラス板４２の下にＣＣＤカメラ（図示せず）が置かれて いる。 また、導体４６も示されており、該導体４６は陽極４０の周部に接続されてい るとともに、これらの陽極４０から出力される信号を処理するこれら手段（図示 せず）で終端している。 図４は、平行な帯状体の形をした陽極の代わりに、同心円リング４８の形をし た陽極を用いる別の可能性を示しており、これら同心円リングも燐光性材料の関 連した層（図示せず）を起源としている光に対して透過性であり、また、これら 同心円リングもガラス板５０の上に形成されており、該ガラス板５０の下にはＣ ＣＤカメラ（図示せず）が置かれている。 これらの同心円リングはそれら自体閉じていず、電気コネクタ５２はこれらリ ングの端部に接続されているとともにこれらリングにより出力される信号を処理 する手段（図示せず）に通じていることが判る。 図３及び図４に示されている場合、衝撃の位置も別々に符号化されている。 位置が別々に符号化される空間電子検出器を用いる代わりに、位置が連続して 符号化される電子検出器を用いてもよい。 これは図５及び図６に概略的に示されている。 図５は、燐光性材料の層の下に置かれている電子検出器として、この層により 出力される光パルスに対して透過性である楔及び帯状体陽極５４を用いる可能性 を概略的に図示している。 例えば、この陽極５４は、ガラス板５６上の金の適宜の薄い沈積物を用いて作 ることができ、そのガラス板５６の下には、ＣＣＤカメラが光パルスを観察する ために置かれている。 この形式の陽極は当業界では良く知られており、また、図５で５８、６０及び ６２で示された組をなす３つの電極からなっている。 電極５８は導体帯状体のグリッドであり、その導体帯状体のグリッドの幅は１ つの方向において直線的に増大している。 電極６０は三角形電極のグリッドであり、該三角形電極のグリッドの面積は先 の方向に対して直交する方向で直線的に増大している。 電極６２は電極５８及び６０間の自由領域を「覆って」おり、これらの電極５ ８、６０及び６２は明らかに互いに電気絶縁されている。 関連したマイクロチャネル板へのイオンの到着により、陽極５４に達する別の 電子ビームが生ぜしめられる。 次いで、対応する電荷は３つの電極５８、６０及び６２間で分割される。 各陽極に集められた電荷は、電子ビームの重心を計算するために、また、マイ クロチャネル板上の対応する衝撃の位置を推定するために測定される。 ３つの電荷は、イオンの到着に同期して、アナログ−デジタル式コンバータ７ ０、７２及び７４に追随する電荷プリアンプ６４、６６及び６８により測定され る。 マイクロチャネル板からの出口のところの飛行信号の時間は電荷集積窓の開口 をトリガする。 イオンが到達する際、衝撃の位置及び衝撃の瞬間は、なお、決定することがで きる。 ２つのイオンが、陽極５４に関連せしめられた電子手段の無駄時間即ち不惑時 間により分離された瞬間に到達する際、それらの衝撃位置及びそれらの衝撃の瞬 間を決定することができる。 それらがこの不惑時間よりも少ない間隔により分離された瞬間に到達する際、 陽極５４は、２つの対応する衝撃間の重心に等しい位置で１つのイオンのみを検 出することができる。 しかし、ＣＣＤカメラは２つのイオンの位置を決定することができる。 図６は、電子検出器として、燐光性材料の関連せしめられた層（図示せず）か ら出力される光パルスに透過性の抵抗陽極７６を用いる可能性を概略的に示して いる。 この電極７６もガラス板７８に形成されており、そのガラス板７８の下にはＣ ＣＤカメラ（図示せず）が置かれていてこの層から出力される光パルスを観察す るようになっている。 抵抗陽極７６は、関連せしめられたマイクロチャネル板上でのイオンの衝撃に 対応し且つ陽極７６に到達する電子ビームの位置を提供する。 衝撃の瞬間についての情報は３枚の板によって提供される。 四角である陽極７６の楔は、電荷アンプ８０、８２、８４及び８６にそれぞれ 接続されている。 これらのアンプにより出力される信号は、燐光性材料の層を通過した後、マイ クロチャネル板から出力される電子ビームの衝撃位置を得るために、図示されな い手段で処理される。 本発明はイオン検出に限定されない。 図１及び図２に示された形式の検出器はマイクロチャネル板上の電子衝撃の位 置及びこれら電子の衝撃の瞬間をも検出することができる。 フォトンの衝撃瞬間及び衝撃位置も、平坦な光電陰極（図示せず）を図１及び 図２の検出器に加えることにより検出することができ、その光電陰極はマイクロ チャネル板の上に置かれているとともに、この光電陰極に到達する各フォトンに 対して電子ビームを供給する。 次いで、この電子ビームはマイクロチャネル板に到達し、手順は上述したのと 同じであり、即ち、光電陰極上でのフォトンの衝撃瞬間及び衝撃位置を検出する ことができる。 以下の文献をこの明細書において引用する。 （１）エム．ケー．ミラー（M.K．Miller ）著、表面科学（Surface Science ） １９９２年、２６６、４９４〜４９９頁 （２）エイ．カレゾー、ティー．ジェイ．ゴッドフライ及びジー．ディー．ダブ リュ．スミス（A．Carezo，T.J．Godfrey and G.D.W．Smith）著、改訂科学指導 書（Rev．Sci．Instr ）、１９８８年、５９、８６２〜８６６頁 （３）ディー．ブラベッテ、エイ．ボステル、ジェイ．エム．サラウ、ビー．デ コニハウト及びエイ．メナンド（D．Blavette，A．Bostel，J.M．Sarrau，B．De conihout and A．Menand）著、「三次元断層撮影法のための原子プローブ」（An Atom-Probe For Three Dimensional Tomograpy ）、ネーチャー（Nature）３６ ３（１９９３年）４３２〜４３５頁 （４）ディー．ブラベッテ、ビー．デコニハウト、エイ．ボステル、ジェイ．エ ム．サラウ、エム．ボウエト及びエイ．メナンド（D．Blavette，B．Deconihout ，A．Bostel，J.M．Sarrau，M．Bouet and A．Menand ）著、「断層撮影原子− プローブ：原子スケールでの定量３Ｄナノアラリティカル器具」（The Tomograp hic Atom-Probe: A Quantitative 3D Nanoanalytical Instrument On An Atomic Scale ）改訂科学指導書（Rev．Sci．Instr.）６４（１０）（１９９３年）２ ９１１〜１９１９頁 （５）ビー．デコニハウト、エイ．ボステル、ピー．バス、エス．チャンブレラ ンド、エル．レテリエ、エフ．ドノイックス及びディー．ブラベッテ（B．Decon ihout，A．Bostel，P．Bas，S．Chambreland，L．Letellier，F．Donoix and D ．Blavette ）著、「断層撮影原子−プローブを使ってのいくつかの選定された 金属問題の研究」（Investigation Of Some Selected Metallurgical Problems With The Tomographic Atom-Probe）、適用されたサーフ．科学（Appl．Surf．S ci ）７６／７７（１９９４年）１４５〜１５４頁 （６）ディー．ブラベッテ及びエイ．メナンド（D．Blavette and A．Menand ） 著、「原子プローブ技術及び材料科学への潜在的適用における新規な開発」 （New Development In Atom-Probe Techniques And Potential Application To Material Science）、ＭＲＳ報告に対する招かれた物品（Invited Article For MRS Bulletin）、第１９巻、第７号（１９９４年）２１〜２６頁 （７）ビー．デコニハウト、エイ．ボステル、エム．ボウエト、ジェイ．エム． サラウ、ピー．バス及びディー．ブラベッテ（B．Deconihout，A．Bostel，M．B ouet,J.M．Sarrau，P．Bas and D．Blavette ）著、「断層撮影原子プローブに 用いられるマルチイベント位置感応検出器のパフォーマンス及び限定」 （Performance And Limitations Of The Multievent Position Sensitive Detec tor Used In The Tomographic Atom Probe ）、適用されたサーフ．科学（Appl ．Surf．Sci ）８７／８８（１９９５年）４２８〜４３７頁 （８）エイ．セレゾー、ティー．エス．ゴッドフライ、ジェイ．エム．ハイド、 エス．エス．シブランディ及びジー．ディー．ダブリュ．スミス（A．Cerezo，T .S．Godfrey，J.M．Hyde，S.S．Sijbrandij and G.D.W．Smith ）著、適用され たサーフ．科学７６／７７（１９９４年）３７４頁 （９）ティー．キヌガワ及びティー．アリカワ（T．Kinugawa and T．Arikawa） 著、改訂科学指導書６３（１９９２年）３５９９頁

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年６月１７日 【補正内容】 ている。 この第２の既知の検出器において、マイクロチャネル板は、燐光性被覆体が沈 積されている透明なスクリーンの前に置かれている。 次いで、衝撃の到着により、スクリーンを横切る光の点が作り出される。 スクリーンの背後に４５°で置かれた半透明な鏡はこの光の点を２つの部分に 分割する。 衝撃の到達により、２つの光信号も作り出される。 第１の光信号は、レンズを介してＣＣＤカメラに焦点が合わされ、そのＣＣＤ カメラは衝撃の位置を記録する。 第２の光信号は、衝撃の飛行時間を測定する光電子増倍管に焦点が合わされる 。 この光電子増倍管は８０の陽極を有しており、従って、平行をなす飛行信号の ８０回までを記録することができる。 次いで、この陽極グリッドに作用する衝撃の位置を、ＣＣＤカメラにより記録 された位置に相関させることは容易である。 この第２の既知の検出器は同時衝撃を記録することができる。 また、スクリーン上の衝撃の線が同じ光電子増倍管の陽極に符合していなけれ ば、非常に密接した時間間隔で衝撃を突きとめることもできる。 上述した第１の検出器は、それに関連せしめられた電子電荷測定及び処理機器 の故に複雑であるとともに高価である。 上述した第２の検出器は、それの構成の故に複雑であり、且つ、高価である。 更に、この検出器における多数の引き続く信号変換により、感度の損失が生じ 、また、焦点合わせに困難性が生じてしまう。 更に、この検出器における多数の連続した信号変換により、感度の損失が生じ 、また、焦点合わせの難しさが生じてしまう。 米国特許第５１１１０３５号（デ ルカ アドリアーノ（DE LUCA ADRIANO ） ）は、電子衝撃を局在化させるための装置を記載している。 フランス国特許第２５９７２５４号（原子エネルギー委員会（ATOMIC ENERGY COMMISSION））は、粒子ビームイメージ装置を記載している。この装置は電子倍 増手段と光放射材料の層とを有している。発明の開示 本発明の目的は、同時に生じ、あるいは、非常に密接した時間間隔で生ずる衝 撃の位置に感じ易い空間粒子検出器を提案することにより上述した欠点を克服す ることである。しかし、その空間粒子検出器は、上述した２種類の既知の検出器 よりも簡潔で、より信頼性があり、より安価である。 具体的には、この発明の目的は、 −各粒子の衝撃の下で電子のクラスタを生成することができる電子増倍手段と 、 −前記電子のクラスタとの相互作用により光パルスを放射することができる光 放射材料の層とを有している粒子検出器において、この層もこのクラスタがそれ を通過するのを可能にしており、また、前記検出器は、この電子のクラスタを集 めることができるとともに電子信号を与えて粒子衝撃時間を決定することができ る電子検出手段も有しており、該電子検出手段は位置に感じ易くなっているとと もにこのように決定された各瞬間の衝撃の位置についての情報を供給することが でき、これらの検出手段は、また、光パルスに対して透過性であって、前記材料 の層によって放射される光パルスを突きとめることにより前記衝撃の位置を決定 することができるようになっており、また、前記電子検出手段により決定された 瞬間にこれらの位置を相関させていることを特徴とする前記粒子検出器である。 検出器は、また、前記材料の層により放射される光パルスを突きとめること ができる光検出手段を有していてもよい。 これらの光検出手段は、前記電子検出手段を通過した後の光パルスを受領する よう設計された電荷結像素子（ＣＣＤ）カメラを有していてもよい。 電子増倍手段は、好ましくは、互いに重ね合わされたいくつかのマイクロチャ ネル板を含んでいる。 本発明による検出器の第１の特定実施例によれば、電子検出手段は、光パルス に透過性であり且つ互いに電気的に絶縁されている一組の陽極導体を有している 。 該陽極導体は、平行帯状体、あるいは、円形セクター、あるいは、同心円リン グを形成することができる。 本発明による検出器の第２の特定実施例によれば、電子検出手段は、アナログ 式のものである。 この場合、これらの検出手段は、光パルスに透過性である楔及び帯状体陽極（ Wedge And Strip Anode ）、あるいは、これらの光パルスに透過性である抵抗性 陽極エンコーダ（Resistive Anode Encoder ）を有していてもよい。図面の簡単な説明 情報としてのみ与えられ、また、何等限定的でない以下に与えられる例として の実施例の記載を、添付図面を参照して読むことにより、本発明はよりよく理解 請求の範囲 １．各粒子の衝撃の下で電子のクラスタを生成することができる電子増倍手段 （４）と、 前記電子のクラスタとの相互作用により光パルスを放射することができる光放 射材料の層（６）とを有している粒子検出器（２）において、この層はこの電子 のクラスタがそれを通過するのを可能にしており、また、前記検出器は、 この電子のクラスタを集めることができるとともに電気信号を与えて粒子の衝 撃瞬間を決定する電子検出手段（８）も有しており、該電子検出手段は位置に感 じ易くなっているとともにこのように決定された各瞬間の衝撃の位置についての 情報を供給することができ、これらの検出手段は、また、光パルスに対して透過 性であって、前記材料の層によって放射される光パルスを局在化させることによ り前記衝撃の位置を決定することができるようになっており、また、前記電子検 出手段により決定された瞬間にこれらの位置を相関させていることを特徴とする 粒子検出器。 ２．前記材料の層によって発せられる光パルスを局在化させることができる光 検出手段（２２）も有していることを特徴とする請求項１に記載の検出器。 ３．これらの光検出手段は電荷結合素子カメラ（２４）を有しており、該電荷 結合素子カメラ（２４）は、前記電子検出手段を通過した後の光パルスを受領す るよう設計されていることを特徴とする請求項２に記載の検出器。 ４．前記電子増倍手段は互いに重ね合わされたいくつかのマイクロチャネル板 （１０、１２）を有していることを特徴とする請求項１から請求項３までのいず れか１項に記載の検出器。 ５．前記電子検出手段は、光パルスに対して透過性である一組の陽極導体（１ ４、４０、４８）を有しているとともに互いに電気絶縁されていることを特徴と する請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の検出器。 ６．前記陽極導体は平行をなす帯状体（１４）を形成していることを特徴とす る請求項５に記載の検出器。 ７．前記陽極導体は円形セクター（４０）を形成していることを特徴とする請 求項５に記載の検出器。 ８．前記陽極導体は同心円リング（４８）を形成していることを特徴とする請 求項５に記載の検出器。 ９．前記電子検出手段はアナログ形式のものであることを特徴とする請求項１ から請求項４までのいずれか１項に記載の検出器。 １０．前記電子検出手段は、光パルスに透過性である楔及び帯状体陽極（５４ ）、あるいは、これらの光パルスに透過性である抵抗陽極エンコーダ（７６）を 有していることを特徴とする請求項９に記載の検出器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドコニウ，ベルナール フランス国 76130 モン サン エイニ ャン，リュ ジャン ロンヌ，13

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．粒子検出器（２）において、 −各粒子の衝撃の下で電子のクラスタを生成することができる電子増倍手段（ ４）と、 −この電子のクラスタが通過するのを許し、また、前記電子クラスタとの相互 作用により光パルスを放射する光放射材料の層（６）と、 −この電子のクラスタを集めることができるとともに電気信号を与えて粒子の 衝撃瞬間を決定する電子検出手段（８）であって、該電子検出手段（８）は位置 に感じ易いとともにこのように決定された各瞬間に対する衝撃の位置についての 情報を供給することができ、これらの検出手段も光パルスに対して透過性であっ て前記材料の層によって発せられた光パルスを局在化させることにより、また、 前記電子検出手段により決定される前記瞬間にこれらの位置を相関させることに より前記衝撃の位置が決定され得るようになっている前記電子検出手段（８）と 、 を有していることを特徴とする粒子検出器（２）。 ２．前記材料の層によって発せられる光パルスを局在化させることができる光 検出手段（２２）も有していることを特徴とする請求項１に記載の検出器。 ３．これらの光検出手段は電荷結合素子カメラ（２４）を有しており、該電荷 結合素子カメラ（２４）は、前記電子検出手段を通過した後の光パルスを受領す るよう設計されていることを特徴とする請求項２に記載の検出器。 ４．前記電子増倍手段は互いに重ね合わされたいくつかのマイクロチャネル板 （１０、１２）を有していることを特徴とする請求項１から請求項３までのいず れか１項に記載の検出器。 ５．前記電子検出手段は、光パルスに対して透過性である一組の陽極導体（１ ４、４０、４８）を有しているとともに互いに電気絶縁されていることを特徴と する請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の検出器。 ６．前記陽極導体は平行をなす帯状体（１４）を形成していることを特徴とす る請求項５に記載の検出器。 ７．前記陽極導体は円形セクター（４０）を形成していることを特徴とする請 求項５に記載の検出器。 ８．前記陽極導体は同心円リング（４８）を形成していることを特徴とする請 求項５に記載の検出器。 ９．前記電子検出手段はアナログ形式のものであることを特徴とする請求項１ から請求項４までのいずれか１項に記載の検出器。 １０．前記電子検出手段は、光パルスに透過性である楔及び帯状体陽極（５４ ）、あるいは、これらの光パルスに透過性である抵抗陽極エンコーダ（７６）を 有していることを特徴とする請求項９に記載の検出器。