JPS5816748B2 - 二次電子増倍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はパイプ状チャネル形二次電子増倍管の寿命改善
および性能向上に関するものである。

パイプ状チャネル形二次電子増倍管（以下ＣＥＭと略す
。

）は、分割ダイノード形電子増倍管にかわって光子や電
子、イオン等の検出器として広く使われている。

ＣＥＭは小形、軽量でしかも構造も簡単であり、高利得
、高分解能で使用できるすぐれた電子増倍管である。

しかし、ＣＥＭはその寿命において分割ダイノード形の
電子増倍器に比べ劣っており、これがＣＥＭの実用上で
の耐久性に欠ける原因となっている。

本発明はこのＣＥＭの寿命を改善し、従来の分割ダイノ
ード形電子増倍管にまさる性能を有しコレクタに垂直な
出力が当たぞ構造のＣＥＭを提供するものである。

ＣＥＭの寿命は増倍利得の低下として現れてくるが、市
販のＣＥＭにおいて、各種いずれも、１０８の利得で使
用した場合、全計数量１０１０カウントで１桁程度利得
が低下する。

この利得低下の原因には使用真空系の清浄さや真空度の
要因もあるが、ＣＥＭの形状その他の改善により太いに
改善されると考えられる。

なぜならＣＥＭの劣化は、パイプの出力端付近の二次電
子密度の最も高い部分において生じていることが判明し
たからである。

そして利得Ｇ／／ｉ、全計数量ＮＴのあるー・定指数α
乗に比例してＧ＝Ｎ？の関係減少するが一般的である。

そこで本発明は、出力端付近の内壁単位面積当りの衝突
電子のエネルギーあるいは数の増加率を低下させること
により、単位内壁面積当りの衝突二次電子のエネルギー
密度を下げて、寿命を延長させるとともに、出力端をラ
ッパ状にして出力をコレクタに垂直に当てることのでき
る構造を特徴とする。

すなわち、管軸方向に一様な電位傾斜をもつ一般のＣＥ
Ｍの内壁の劣化は、二次電子放出回数に比例して進むた
め、単位内壁面積当たりの二次電子放出回数を減少させ
ると寿命が延びることになる。

ＣＥＭの利得ＧはＧ＝δｎ （ｎ：ＣＥＭ内壁への衝突
回数、δ：二次電子放出比）で表わされルカ、ＣＥＭが
円筒パイプより成る場合、内壁単位面積当りの二次電子
衝突数は、出力端部の方向へ近づくにつれて指数関数的
（δｎ）に増加している。

それ故、出力端付近に衝突する二次電子の密度を下げれ
は、ＣＥＭの寿命を延長させることが理解できる。

ところで、出力端付近の衝突二次電子のエネルギーある
いは数の増加率を低下させる手段としては次のものがあ
る。

（１）パイプ状増倍管はイオンフィードバックによる雑
音を防ぐため、ある曲率に曲げて使用される。

一定曲率でわん曲されている場合は管内での二次電子の
軌道は一定間隔の飛程をくり返して増倍される。

ここで第１図のパイプ状増倍管１の出力端部２の管の曲
率半径を第１図のように減少させることにより管内の電
子の飛程距離が伸び出力管端部における衝突電子の内壁
単位面積の衝突回数（すなわちエネルギー密度）を下げ
ることができる。

（２）出力端付近に補助電極３を第２図のように設け、
この補助電極−力ソード４間の電界強度より補助電極−
アノード５間の電界強度を小さくすれば出力端部の二次
電子の衝突エネルギーは小さくなりＣＥＭの寿命が延長
される。

（３）パイプ状ＣＥＭの出力端部付近の内壁表面積を拡
大すれは、内壁単位面積機りの二次電子衝突数が減少し
、ＣＥＭの利得を下げずに劣化寿命をのばすことができ
る。

管内壁の単位面積当りの衝突二次電子のエネルギーある
いは数の増加率を低下させる出力端部の長さｌば、パイ
プ内の二次電子の飛程距離ａと同等あるいはその数倍付
近がよい。

飛程距離ａはＧ−δ（Ｌ／ａ）より求められる。

（ＬはＣＥＭのパイプ長さである。

）パイプの電界強度は長さＬの方向に一様である時一定
のδが得られるが、出力端部の長さ方向の電界強度が小
さくなるようにＣＥＭの抵抗層を調整してつくり、δを
小さく、かつ電子の衝突エネルギーを小さくすれは、寿
命は延長される。

前記（ｉ） 、 （２） ｔ （３）の手段は、利得の
低下をもたらすことになるが、一般にＣＥＭの出力端部
では自ら放出した二次電子による管壁及び管内の電位分
布が乱れ、利得（出力）に飽和が生じ、Ｇ−δｎの特性
からずれている場合が多い。

それ故、前記（４） 、 （２） 、（３）の手段は有
効であり、（１）は出力端部の電子の単一飛程距離をの
ばし、（２） 、 （３）は出力端部の衝突エネルギー
を減少させる。

次に本発明に用いる（３）のパイプ内壁表面を拡大させ
る手段について具体的かつ詳細に述べる。

ＣＥＭには、高鉛ガラス製のものに代表される薄膜形と
セラミック製のバルク形の二種類があり、電子伝導性の
高分子材料を用いたものも作られている。

パイプ内壁表面積を拡大させる方法として、パイプ出力
端付近をラッパ状に拡げるという方法がある。

このラッパの形状は第３図のごとく放物面状にすると二
次電子かコレクタ６に完全に垂直に当たり効果的である
。

この形状は、従来の市販の開口入射口を有するＣＥＭを
出力、入力を逆につなぐことによって簡単に達成できる
。

なお、本発明においては（１） 、 （２） 、 （３
）を組み合せてもよい。

本発明における効果を詳しく説明すると、利得ＧはＧ−
δｎの関係を有し、一定加速電圧（普通３ＫＶ）にて、
Ｇ＝１０８が得られる。

この使用条件でＣＥＭの寿命が全計数量１０１０カウン
トで一桁利得が低下するとすると、Ｇ＝１０７で使用す
れば全計数量１０１１カウントで利得が一桁低下するこ
とになる。

しかしここで、本発明のようにＧ＝ １０７の利得が得
られるパイプ部分よりうしろのパイプ部分の内表面積を
拡大すれば、利得を下げず、Ｇ＝１０８の使用条件で、
その寿命を１０１０カウント以上に大きく伸ばすことか
できる。

この寿命の伸び方は、パイプの内表面と出力端拡大部の
表面積との比の大きさに依存する。

また、本発明では出力端付近で面積をひろげ、電子密度
、エネルギーを下げるとともに、出カニ次電子がコレク
タに対し垂直に当てることができ、パイプ状増倍管を多
数集束しても隣接する増倍管の出力相互の信号の混在が
生じない。

したがって各チャンネルごとのＳ／Ｎ比が向上し、コレ
クタを表示用とした画像表示等には好都合である。

またコレクタを離してもこの効果は失われない。

次に本発明の実施例を示す。

〈実施例〉 電子伝導性１８ｉＴ塑化ポリ塩化ビニル組成物より作ら
れた開口部付きの高分子製可撓性ＣＥＭを用い、第３図
のように真空装置内に半径２ｃｍの円弧状に曲げてマウ
ントし、従来の開口部を入射口とじたＣＥＭ場合の利得
と寿命特性について比較検討した。

３ＫＶの印加電圧で真空度は１〜２．４ Ｘ １０−６
Ｔ ｏｒｒに保ち、平均利得はいずれも８×１０７〜１
．４Ｘ１０８の範囲であった。

計数率１０４カウント／秒にて劣化テストを行なったと
ころ、従来の開口部を入射口とするＣＥＭでは２ Ｘ
１０１０カウントで一桁利得が低下した。

一方、本発明の実施例のＣＥＭでは１．７ Ｘ １０Ｉ
Ｉ旬ウントの全計数量において利得が一桁低下し、従来
例に対し、−桁近い寿命の改善かみられた。

以上のように、本発明はＣＥＭの出力端部の内壁表面積
当りの衝突二次電子のエネルギーあるいは数の増加率を
下けることにより寿命を大巾に改善させるとともにＳ／
Ｎ比が極めてすぐれたものであり、工業上火なる価値の
ものである。

また、本発明のＣＥＭをアレイ（配列）することにより
画像センサとしても広く応用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は寿命拡大に適したＣＥＭの概略構成図、第
３図は本発明の一実施例にかかる各ＣＥＭの概略構成図
である。 １・・・・・・パイプ状チャネル形二次電子増倍管、２
・・・・・・出力端部、３・・・・・・補助電極、４・
・・・・・カソード、５・・・・・・アノード、６・・
・・・・コレクター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入出力端間に直流電圧が印加され利得が二次電子放
   出比の指数乗に比例するパイプ状チャンネル二次電子増
   倍管出力端部がラッパ状に拡大され、前記増倍管の内壁
   単位面積当りの衝突二次電子のエネルギーあるいは上記
   入力端部から出力端部への内壁単位面積当りの衝突二次
   電子数の増加率を上記出力端部付近で低下させたことを
   特徴とする二次電子増倍装置。 ２ 出力端付近の曲率半径を減少させたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の二次電子増倍装置。 ３ 出力端付近に補助電極を設け、この補助電極と出力
   端電極との間の電界強度を、入力端と補助電極の電界強
   度より低下させたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の二次電子増倍装置。