JPS6084752A - チヤンネル式二次電子増倍装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ＪＬＩＬ豆更 本発明は、二次電子増倍装置、特に円錐状に拡大した入
口端を備えた細長い湾曲した増倍チャンネルを有してい
るチャンネル式二次電子増倍装置に関するもである。

ｌ米１１ チャンネル式二次電子増倍装Ｗ（以下チャンネル式増倍
装置という）は、例えば米国特許第４３０５７４４号、
ドイツ特許出願明細書第１９６４６６５号、ドイツ特ｉ
公開明細書第１９０２２９３号、英国特許明細書第１４
４００３７号及び■ＡＬＶＯデータシートＸ９１４ＡＬ
、Ｘ９１４ＢＬから公知である。このようなチャンネル
式増倍装置は、例えば、電子、イオン及び光子の検出器
において、電子流増幅のために有用である。

単一の管状増倍チャンネルを含む市場で手に入れること
のできるチャンネル式増倍装置は、一般には基本的に鉛
ガラスで作られた湾曲した管から構成されていて、その
内面が増倍チャンネルを画成している。＃ｓ増倍チャン
ネルの入口端は、検出されるべき粒子のための入・口断
面を増大させるために、漏斗を形成するように拡大され
得る。増倍チャンネルの動作面は、高い二次電子増倍率
を有する層から構成されていて且つ一般に鉛ガラスの還
元により形成される。

ガラス管で作られた本体を有するチャンネル式増倍装置
は機械的に非常にデリケートであり従って比較的小さな
寸法に限定される。この欠点は、上述の米国特許第４３
０５７４４号から知られているように、増倍チャンネル
を画成するセラミック材料で作られた機械的に強い支持
本体を使用することにより回避され得る。該チャンネル
の内壁はその表面が還元された鉛ガラスの層によりコー
ティングされている。該コーティングのガラス及び該支
持本体のセラミックは基本的に同じ熱膨張率を有するべ
きであり、８％までの差が許されると考えらる。

チャンネル式増倍装置の本体に対する機械的に強い材料
の使用は、鉛ガラスの本体を有するチャンネル式増倍装
置の寸法の増大を妨げる機械的な限界を回避する。しか
しながら、チャンネル式増倍装置の寸法の増大は新たな
問題を引き起こす。

増倍チャンネルの漏斗状入口端の直径の増大は検出され
るべき粒子の捕集能力を比較的に増大せしめないという
ことがわかった。さらに、増倍装置の動作が不安定にな
る傾向にある。

目　的 本発明の目的は、増大した有効入口断面を備えたチャン
ネル式増倍装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、単一の管状で湾曲したチャンネル
を有し且つ動作時に強く安定しているチャンネル式増倍
装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、相対的な捕集能力及び動作
の安定性を損うことなく公知のチャンネル式増倍装置よ
り大きな寸法で製造され得るチャンネル式増倍装置を提
供することにある。

上述の型のチャンネル式増倍装置の人口端の大きさが増
大せてめられたとき生ずる電気的な欠点は基本的に二つ
の原因を有していることがわかった。即ち、第一に、漏
斗状入口端で一次電子及び二次電子を捕集する電界の分
布が漏斗の寸法が増大するにつれて電子の捕集に関して
徐々に有効でなくなる。第二に、活動する二次電子放出
層が動作の不安定性の主原因と考えられる微細なひび割
れを生じる傾向にある。

互−！ 本発明の第一の観点によれば、漏斗状入口端における二
次電子放出層は、漏斗の狭い端部から該漏斗の入口端に
向って直径が増大する螺旋路に従う連続した螺旋状のバ
ンドまたはストライプ状領域を形成するように、狭い螺
旋状の絶縁ギャップにより分割されている。これは漏斗
状入口端におりる捕集能力を大いに増大せしめる。

本発明の他の観点によれば、支持本体の材料の熱膨張率
は前記二次電子放出コーティングを形成する層の熱膨張
率より少なくとも１０％好ましくは少なくとも１５％最
も好ましくは２０乃至２５％だけ大きくなされている。

該層は、増倍装置の最高予想動作温度より高い温度で、
増倍チャンネルの内面への小さな鉛ガラス粒子のコーチ
インク゛の焼結及び溶融により施され及び／また番ま形
成される。かくして該層は常に、基本的にひび割れの形
成を阻止し且つもしひび割れが生じてもそのひび割れに
おける電気的な不安定性を阻止する圧縮力を受ける。

本発明の他の目的、特徴及び利点は、本発明の好適実施
例についての以下の説明を読め心Ｉ当業者にとって明ら
かになるであろう。

第１図に示されたチャンネル式二次電子増倍装置１０は
、単一の内側増倍チャンネルを画成するステンレス鋼の
如き金属の支持本体１２を含んでいる。本体１２は湾曲
した特に螺旋形の主部１２ａを有しており、その前端は
円錐状漏斗１２ｂと一体であり、該漏斗の直径は入口端
１２ｄに向って増大している。該本体１２の後端は直線
状部分１２Ｃを形成している。漏斗１２ｂの入口端番よ
、ｓ１フランジ１４に対して気密的に溶接されている。

環状セラミック絶縁体１８は該直線状部分１２ｃの端部
に溶融セしめられた一側１６と金属で作られていて密閉
された後端を有する管状端部２０に溶融せしめられた他
側とを有している。

金属製の支持本体１２の内面は、鉛ガラスの上かけによ
り作られた連続コーティング２２（第１ａ図）によって
コーティングされている。鉛ガラス上かけコーティング
２２の自由面は高い二次電子放出率の抵抗層２２ａを形
成するように還元されている。例えば還元されない鉛ガ
ラスから成る薄い連続した絶縁層が、該抵抗層の短絡を
回避するために、該抵抗層２２ａと金属製本体１２との
間になければならない。咳薄い二次電子を放出する抵抗
層または半導体層２２ａは、本体１２の金属壁と共に、
誘電体として還元されない絶縁層２２ｂを備えたコンデ
ンサを形成する。このコンデンサは、増倍チャンネルの
端部に向って増大する電子なだれのためのエネルギー貯
蔵器として有利に使用され得る。これは公知のチャンネ
ル式増倍装置におけるよりもパルス当りのより多（の二
次電子を放出することを可能にする。

フランジ１４は増倍する抵抗層２２ａの前端に対して電
気的端子として使用され得る。他端の端子は金属製の端
部２０により形成され得、これはこの場合陽極としても
捕集電極としても動作し、動作時にはアース電位にある
フランジ１４に関して約＋３０００ボルトの電圧を供給
され得る。他の構成によれば、漏斗１２ｂの開放端にお
ける端子は例えば上かけまたはエナメル層によりフラン
ジ１４から電気的に絶縁されていてもよく、捕集電圧は
フランジ１４と抵抗層の前端の端子との間に印加され得
る。陽極の一次粒子（イオン）の場合には、フランジ１
４は増倍チャンネルの入口端における電圧に関して一２
００ボルトの電位にあり得る。

入口開口１２ｄは２０龍以上の例えば２５龍の直径を有
し得る。増倍チャンネルの主部の寸法は従来通りでよい
。

第１図の実施例が金属で作られた支持本体を含んでいる
ということの他の利点は、金属製本体の良好な熱伝導度
が安定性を損うことなく増倍装置の高い電流負荷を可能
にするということである。

比較的大きな入口の漏斗１２ｂと増倍チャンネルの狭い
主部１２ａとを一つの段階で上かけにより一様にコーテ
ィングするだめの好適な方法が以下に説明される。

クリーム状の濃度のスラリーが、細かく粉砕されたガラ
ス粉末をイソプロピルアルコールの如き溶媒中に十分に
混合することにより形成される。

このスラリーは好ましくは、該スラリーをチャンネル内
にそして該チャンネルを通して流すことにより施される
が、塗布または吹付の如き他の方法により施されてもよ
い。完全な層が室温でコーティングされるべき全面に形
成され得且つ溶融の前に目で見て検査され得る。

施されたスラリーコーティングはその後好ましくはガス
抜きのために真空中で乾燥され且つ溶融される。そのと
き、コーティングされた本体の温度はゆっくりと例えば
約８００℃まで、該コーティングが滑らかな層を形成す
るために溶融するまで、上昇せしめられる。溶融は好ま
しくはガス抜きに続いて真空炉内で行なわれる。滑らか
な表面を形成するための最後の加熱は、酸化大気中で行
なわれ得る。その後、溶融した層の表面は、例えば公知
の如く該層を１００乃至２００ｋＰａの圧力の水素大気
中で約３７０°乃至４００℃で約６時間加熱することに
より還元せしめられ、これは約１０　ｎｍの厚さを有す
る一様な二次電子放出面の層を生ぜしめる。還元段階の
温度及び継続時間は特定のチャンネルの長さ及び直径に
対して二次電子放出層の抵抗率を最適にすることを可能
にする。

ガラス粉末コーティングを溶融することにより二次電子
放出層を形成する上述の方法は、溶解したガラスがチャ
ンネルを通って押され且つ溶解したガラスのより低い粘
性を要し従って使用され得る本体材料を限定するより高
い温度を要する公知の方法におけるよりも、滑らかな連
続層を生せしめるためにより低い温度で十分である。

二次電子放出層の所定の単位面積当りの効率は、衝突す
る一次粒子または一次電子当りの放出される二次電子の
平均数として定義され得る。公知の増倍装置の漏斗状入
口部分における二次電子放出層の効率は、チャンネルの
主部１２ａへ二次電子を引き込むための電界の能力に強
く依存している。

漏斗１２ｂの断面の拡大は公知の増倍装置の層の軸方向
の抵抗そして電界の強さを減少せしめるので、公知の増
倍装置の漏斗は主部への結合部における内端の付近での
み有効な捕集を行なう。感度は人口開口に向って強く低
下し、すぐに漏斗の直径をさらに増大することによって
利得が得られない値に達する。この欠点は、本発明の一
観点によれば、層が主部１２ａの二次電子放出層から入
口開口１２ｄまで延びている螺旋状の連続バンドまたは
ストライプ２６を形成するように、漏斗内の二次電子放
出抵抗層を狭い螺旋状の絶縁ギャップにより分割するこ
とによって、回避される。該ストライプの幅は好ましく
は漏斗に接続された端部においてチャンネル１２ａの主
部の内周にほぼ等しい。該ストライプの幅は、漏斗内で
生ぜしめられた電子の効果的な捕集を行なう電界を備え
るために一様またはテーパ状であり得る。ギャップ２４
は半導体層への研摩またはひっかきにより生ぜしめられ
得、該ギャップの幅はストライプの幅に比べて小さくす
べきである。該ギャップはまた本体１２のリブまたは溝
または他の適当な形状により形成され得る。

金属製本体１２の内面は、最終的に抵抗面の層を形成す
る上述のコーティングを施す前にエナメルをコーティン
グされ得る。中間エナメル層は高い絶縁耐力と高い容量
を与える。この中間エナメル層の溶融温度は本体とそれ
に施される上がけの溶融温度との間に在るべきである。

第２図及び第３図に示されたチャンネル式増倍装置の実
施例は、絶縁セラミック材料で作られた支持本体１１２
を含んでいる。該本体１１２は基本的に円筒状の外壁を
有していて且つ、漏斗状人口端１１５と基本的に管状の
増倍チャンネル主部１１７とを含む単一の増倍チャンネ
ルを形成しており（第３図も参照）、これは基本的に平
坦で且つ螺旋状の中心線を有している。チャンネル主部
１１７は、基本的に円筒状の本体１１２の平坦な裏側の
端面にある螺旋状の四部により画成される。

該チャンネル主部の深さ及び幅は、該チャンネル内の所
望の電界強度のパターンを与えるように変更され得る、
例えば幅は基本的に一定例えば図示の実施例においては
２龍であり、深さは第２図に示されているように連続的
に増大している。チャンネル主部１１７はセラミック円
板１１９により閉じられている。該チャンネルの曲率は
基本的に一様であるべきで、これは漏斗１１５とチャン
ネル１１７との間の接合部においてセラミック円板１１
９に適当に形成された四部１２１により達成され得、こ
れは漏斗及び螺旋状チャンネル主部１１７との間に滑ら
かに湾曲した接合部を与える一０漏斗状入口端１１５と
螺旋状チャンネル主部１１７は、二次電子放出面を有し
ていて且つ第１図に関して述べられているように形成さ
れ得る上かげ層を備えている。二次電子放出抵抗層は、
金属フィルムにより備えられ得る陽極端子Ａで終わって
いる。該チャンネルのコーティングされていない部分１
２１により該陽極から分離されている捕集電極１２０は
、該チャンネルの後端にある他の金属フィルムにより備
えられ得る。

陽極及び捕集電極１２０を形成する金属フィルムは、適
当な外部端子１２３に電気的に接続されている。

本体１１２とチャンネル主部−１１７を閉じるセラミッ
ク円板１１９とを含むチャンネル式増倍装置は、管状連
結部材１２５に溶融されまたはハンダ付けされている。

部材１２５の直径は、前側フランジ１２９に溶接されま
たはハンダ付＆Ｊされた前端に向って増大している。フ
ランジ１２９にも連結されている包囲する円筒状ハウジ
ング１２７は、高電圧端子１３１とパルス出力端子１３
３とを支持するために役立つ。該ハウジングはさらに出
力進号のためのプリアンプの如き電気的構成要素を含ん
でいてもよい。

フランジ１２９２部材１２５２本体１１２及びセラミッ
ク円板１１９は、好ましくは互いに密封されている。こ
れはフランジ１２９を真空装置に接続することを可能に
し、電気的な端子及び構成要素は大気圧の下に維持され
従って容易に手を触れることができる。

漏斗１１５内の二次電子放出層は、第１図に関して説明
された理由から螺旋状ストライブ１２６を形成するため
に狭い絶縁ギャップ１２４を備えている。外ストライブ
の幅Ｂは好ましくは、チャンネルの幅をｄとしたとき、
２ｄである（第３図）。動作時には、好ましくはアース
電位に保持されている漏斗１１５の入口開口における端
子１３５に関して、陽極Ａには＋２４００乃至＋３７０
０ボルトの電位が印加され得る。捕集電極１２０は陽極
に関して約＋１０乃至約＋１５０ボルトの電位を有し得
る。

第２図及び第３図に関して述べられた実施例は、先づ例
えば蒸着または真空メッキによりセラミック製の本体１
１２のチャンネルを形成する表面に金属フィルムを施し
次に上かけ層を施すことによって変更され得る。該金属
フィルムは基準電位に連結され、第１図に関して説明さ
れているように二次電子放出面の層と共にコンデンサを
形成している。

上述の実施例においては、その端部の端子の間の二次電
子放出層の抵抗は約１０８Ωまでである。

漏斗状人口部分における二次電子放出層により形成され
た螺旋状ストライプは、好ましくは、基本的に該漏斗の
軸と同軸である。

本発明は特別の実施例について以上に述べられているが
、これが種々に変形され得ることは当業者にとって明ら
かである。従って、本発明は特許請求の範囲の条件を除
いてはその範囲を限定されるべきではないことが理解さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例によるチャンネル式増倍
装置の一部破断側面図、第１ａ図は第１図の増倍装置の
部分拡大断面図、第２図は本発明の第二の実施例による
チャンネル式増倍装置の軸方向断面図、第３図は第２図
のｍ−ｍ線に沿う断面図である。 １０・・・・チャンネル式二次電子増倍装置、１２゜１
１２・・・・支持本体、１２ｂ・・・・漏斗、１４・・
・・接続フランジ、１８・・・・環状セラミック絶縁体
、２０・・・・管状端部、２２・・・・コーティング、
２４°°°°ギヤツプ・　２６・・・・ストライプ、１
１５・・・。 漏斗、１１７・・・・チャンネル主部、１１９・・・・
セラミック円板、１２０・・・・捕集電極、１２１．・
・・凹部、１２３・・・・外部端子、１２４・・・・ギ
ャップ、１２５・・・・連結部材、１２６・・・・スト
ライプ・　１２７・・・・ハウジング、１２９・・・・
フランジ、１３１・・・・高電圧端子、１３３・・・・
パルス出力端子、１３５・・・・端子。 ≦Ｐｉ２ 第１頁の続き ０発　明　者　ヴイルヘルム、バルケ　ドイツ連邦共和
国、ラーセ　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１機械的に強い材料で作られていて且つ主部及び漏
   斗状に拡大された人口端を含む細長い管状の増倍チャン
   ネルを画成する支持本体と、少なくともその表面領域に
   おいて二次電子を放出する電気抵抗材料から成る前記チ
   ャンネル上の層と、を含んでいて、該二次電子放出抵抗
   層が前記漏斗状入口端において螺旋状のストライプを形
   成していることを特徴とする、チャンネル式二次電子増
   倍装置。 （２）　本体がセラミック材料から構成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲（１１に記載の装置。 （３）　本体が金属から構成されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲（１）に記載の装置。 （４）　前記ストライプが漏斗に接続しているチャンネ
   ルの部分−の周囲の寸法のオーダーの幅を有しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲（１１に記載の装置。 （５）　前記漏斗が支持フランジに対して密封された入
   口開口を有していることを特徴とする特許請求の範囲（
   １１に記載の装置。 （６）　セラミック材料で作られていて且つ内壁を有す
   る細長い管状チャンネルを形成する本体と、該内壁上に
   位置せしめられた導電性フィルムと、該導電性フィルム
   上の電気絶縁層と、該絶縁層上の二次電子を放出する抵
   抗層と、を含んでいることを特徴とする、チャンネル式
   二次電子増倍装置。 （７）　金属及びセラミック材料を含む材料群から成る
   機械的に強い材料で作られていて且つ内壁を有する細長
   いチャンネルを画成する本体と、二次電子を放出する抵
   抗面を有する該内壁上のガラス状材料層と、を含んでい
   て、該本体の材料が該ガラス状材料の熱膨張率より少な
   くとも１５％だけ大きい熱膨張率を有していることを特
   徴とする、チャンネル式二次電子増倍装置。 （８）　本体が金属で作られていて、該本体と二次電子
   放出抵抗層との間に電気絶縁層が備えられていることを
   特徴とする特許請求の範囲（１）に記載の装置。 （９）　本体がセラミック材料から作られていて且つ第
   −及び第二の対向する面を有しており、該第−の面が漏
   斗状入口開口を含んでいて、該第二の面が該漏斗の小さ
   い方の端部に接続された内端を有する本質的に平坦な螺
   旋状チャンネルと該第二の面に密閉された絶縁円板（１
   １９）を含んでいることを特徴とする特許請求の範囲（
   １）に記載の装置（第２図及び第３図）。 ａ・　前記円板が、該漏斗とチャンネルとの間に滑らか
   に湾曲した接続部を備えるために、該漏斗とチャンネル
   との間の接合点に凹部を備えていることを特徴とする特
   許請求の範囲（９）に記載の装置。 （１１）　該漏斗に接続された咳チャンネルの部分がチ
   ャンネルの他の部分よりも狭いことを特徴とする特許請
   求の範囲（９）に記載の装置。 （１２）内壁を有する増倍チャンネルを形成する本体を
   有しているチャンネル式二次電子増倍装置を製造する方
   法において、 該内壁に鉛ガラス粉末粒子の層をコーティングする段階
   と、該ガラス粉末コーティングを滑らかな表面の層に溶
   融する段ｉと、二次電子放出抵抗面の層を形成するため
   に該層の表面を還元する段階と、を含んでいることを特
   徴とする方法。 （１３）コーティングを施す段階が、溶媒中に鉛ガラス
   粉末の粘性スラリーを形成し、該スラリーを前記内面に
   施し、該ガラス粉末コーティングを形成するために該ス
   ラリーを乾燥しその稜線コーティングを溶融せしめるこ
   とを含んでいることを特徴とする特許請求の範囲（１２
   ）に記載の方法。 （１４）溶融温度が、滑らかな表面を有する溶融したガ
   ラス状の層を形成するために必要な温度より高くないこ
   とを特徴とする特許請求の範囲（１２）に記載の方法。 （１５）スラリーコーティングが真空大気中で加熱され
   、酸化大気中で溶融され、その後還元大気中で還元され
   ることを特徴とする特許請求の範囲（１３）に記載の方
   法。