JPS62201385A - Ion detector - Google Patents
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Abstract
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Ｂ？、に関し、更に詳しくは、マイ
クロチャンネルプレート（以下、ＭＯＰと称する）を用
いたイオン検出器に関する。[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to ion detection B? More specifically, the present invention relates to an ion detector using a microchannel plate (hereinafter referred to as MOP).
〈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くもので、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。<Conventional technology> In recent years, ion detection in radiation measurement, mass spectrometry, etc.
Detectors using MCP have come into widespread use. MCP is an incoming charged particle (ion, electron)
This is an element that has a secondary electron multiplication effect that multiplies the number of secondary electrons generated by the collision of Detection sensitivity decreases. In order to solve this problem, a method called post-acceleration has conventionally been adopted. This method prevents the aforementioned decrease in detection sensitivity by re-accelerating incoming ions just before the detector and increasing the ion incidence speed to the detector. By applying a high voltage to the ion beam, the ion incidence speed is increased.
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−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４
１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／！Ｊ？、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。On the other hand, there are other conventional ion detectors that employ the ion-electron conversion method, and an example of this is the Daly type detector shown in FIG. That is, slit 4
The ions flying through the 1st etc. collide with the conversion electrode 42 and 2/! J? This method detects incoming ions by emitting electrons and guiding the secondary electrons to a scintillator consisting of a phosphor 43, a photomultiplier tube 44, and the like.
〈発明が解決しようとする問題点〉
ＭＣＰ等にｉ＆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。<Problems to be solved by the invention> In conventional detectors that employ i&stage acceleration in MCPs, etc., it is necessary to apply a high voltage to the dynodes of the detector.
Existing detectors have limits on applied voltage. In other words, not only does the application of a high voltage cause a discharge, but the detector inherently has an optimal applied voltage, and if it deviates significantly from this, its characteristics will change, which will actually lead to a decrease in gain. There is a risk. Furthermore, since the accelerated ions directly collide with the dynode of the detector, there is a high possibility that the dynode will deteriorate.
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通であ
る。Conventional detectors that use scintillators to detect electrons using the ion-electron conversion method have poor pulse response because they convert electrons into light, making it necessary to detect high-speed pulsed ions using, for example, time-of-flight mass spectrometers. If this is the case, it is not reachable.
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。An object of the present invention is to employ a post-acceleration and ion-electron conversion method in an ion detector using an MCP, and to be able to detect high-speed pulsed ions with high sensitivity.
To provide an ion detector capable of realizing post-stage acceleration under optimal voltage application without applying high voltage to the MCP, and capable of preventing deterioration of the MCP without directly colliding ions with the MCP. It is in.
く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ｉ■ｉ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。Means for Solving the Problems> A configuration for achieving the above object will be explained with reference to FIG. 1, which is an embodiment drawing thereof. A first conversion electrode 3 that emits particles; a second conversion electrode 5 that emits secondary electrons in response to the i■i impact of charged particles emitted from the first conversion electrode 3; It includes an MCP 7 that multiplies and emits electrons emitted from the conversion electrode 5 and an electron collection electrode 8 that collects the electrons emitted from the MCP 7. The feature is that the applied voltage can be varied independently.
〈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（ｉ＆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２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ｉＱ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ＭＣ
Ｐ７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。<Function> By increasing the voltage applied to the first conversion electrode 3, the ions are accelerated (i & step acceleration), ensuring that secondary charged particles (secondary electrons when positive ions are detected, secondary positive ions when negative ions are detected) In this specification, these are referred to as iQ and referred to as secondary charged particles). This secondary charged particle is MC
Without making it incident on P7, it collides with the second conversion electrode 5 before it to emit secondary electrons again...
These secondary electrons are made incident on the MCP 7 to obtain a detection output.
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。Here, by appropriately adjusting the applied voltages of the first and second conversion electrodes 3 and 5 based on the optimum applied voltage of the MCP 7, ions can be generated with the applied voltage of the MCP 7 optimized. By achieving post-stage acceleration, it is possible to detect high-speed pulsed ions with high sensitivity, and the energy incident on the electrons to the MCP 7 can be set to an optimum level, thereby preventing its deterioration.
〈実施例〉 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明ずろ。<Example> Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
第１図は本発明実施例の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention.
ＭＣＰ７のｉＪ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ｌと後段加速用の格子状？ｌｉ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。On the iJ electric particle incident side of the MCP 7, there are first and second conversion electrodes 3 and 5, electron extraction grid electrodes 4 and 6 provided for each conversion electrode, and a shield grid electrode l. And a grid for rear acceleration? A li pole 2 is arranged. The structure is such that any voltage can be applied to each of these electrodes.
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。An anode 8 for collecting electrons is provided on the electron emission side of the MCP 7, and this anode 8 is connected to a load resistor 9 and an amplifier circuit 10.
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、銅へ
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。The first and second conversion electrodes 3 and 5 are respectively Venetian blind type converters, and are made of metal plates with high secondary electron emission efficiency, such as copper beryllium alloy plates, arranged side by side in a canopy shape at an angle of 45 degrees. By colliding with ions or electrons, secondary electrons are emitted, and by maintaining an appropriate potential difference with the grid electrodes 4 and 6 for electron extraction, the emitted electron travel path is shown in FIG. Secondary electrons can be led out to the side opposite to the particle incident side. Note that the material such as copper-helylium alloy is activated in order to improve the efficiency of secondary electron generation.
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
。The grid electrode 1 for shielding is for electrostatically shielding the ion flying section and this device, and is grounded.
以上の構成においで、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。In the above configuration, when detecting positive ions, for example, each electrode is given a potential whose potential is indicated by the number assigned to each electrode in FIG. In this state, ions incident from the left side of FIG.
The secondary electrons are accelerated by the potential difference between the electrodes 3 and collide with the first conversion electrode 3 to generate secondary electrons. These secondary electrons are transferred to each electrode 3.
4. 5, it collides with the second conversion electrode 5.
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。In addition, since the particles become electrons after the first conversion electrode 3,
The charge is reversed from that of the positive ion before that, and after 3 in Figure 3, the electron moves from the valley to the peak of the potential.
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
って捕築され、負荷抵抗９に流れ込んで電圧を発生ずる
。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。When the electrons emitted from the first conversion electrode 3 collide with the second conversion electrode 5, secondary electrons are generated in the same way, and the electrode 5,
Due to the potential difference between 6 and MCP7, the secondary electrons are MC
P7 and is detectably multiplied. MCP
The electrons finally multiplied and emitted from 7 are captured by anode 8 and flow into load resistor 9 to generate a voltage. This voltage is amplified by an amplifier circuit 10 to obtain a detection signal.
以上の本発明実施例において、格子状電極ｌ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。In the above-described embodiment of the present invention, if the potential difference between the grid electrode l and the first conversion electrode 3 is increased, the incoming ions are greatly accelerated between the electrodes 1 to 3, and the incoming ions are transferred to the first conversion electrode at high speed. They collide with the conversion electrode 3, increasing the ion-electron conversion efficiency. That is, the ion detection sensitivity increases. This post-acceleration of ions is achieved by up to the first conversion electrode 3 and is independent of the potentials of the second conversion electrode 5 and MCP 7.
第２の変換型Ｖｉ４５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ＭＣ
Ｐ７に入射させろと、これらの２次電子は第１の変換１
所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、ＭＣ
Ｐ７の増幅特性は、入射する電子エネルギに依存し、通
常ＩＫｅν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
ＩＫｖ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。The purpose of the second conversion type Vi45 is to adjust the incident energy of secondary electrons incident on the MCP7. That is, the secondary electrons generated at the first conversion electrode 3 are directly MC
When input to P7, these secondary electrons undergo the first transformation 1
MCP7 with energy equal to the potential difference between location 3 and MCP7.
However, since a considerably large voltage is applied to the first conversion electrode 3 for the purpose of the above-mentioned post-stage acceleration, the incident energy becomes large. By the way, M.C.
The amplification characteristic of P7 depends on the incident electron energy, and is usually optimally about IKeν. Furthermore, if electrons with too large energy are incident, there is a possibility that the MCP 7 will deteriorate. Therefore, the second conversion electrode 5 is interposed between the first conversion electrode 3 and the MCP 7, and the configuration is such that the secondary electrons generated from the second conversion electrode 5 enter the MCP 7. By adjusting the potential difference between the conversion electrode 5 and the MCP 7 to about IKv, the MCP 7 can be used in an optimal state.
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
。When detecting negative ions, each electrode is given a potential as shown in FIG. In this case, the negative ions collide with the first conversion electrode 3 to release secondary electrons and secondary positive ions, of which the secondary positive ions are guided to the second conversion electrode 5. Due to the collision of these secondary positive ions, secondary electrons are emitted from the second conversion electrode 5. The operations after the second conversion electrode 5 are the same as those for positive ion detection.
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
るポックスゲリット型のダイノードを採用することもで
きる。Note that the first and second conversion electrodes 3 and 5 in the above embodiments are replaced with Venetian blind converters, and instead employ Pox-Gerrit type dynodes, which are often used in SEM (secondary electron multiplier tubes). You can also.
〈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、ＭＣＰｌ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。<Effects of the Invention> As explained above, according to the present invention, a first conversion electrode that emits secondary charged particles due to collision of incoming ions is provided on the particle incidence side of the MCP, and a A second conversion electrode that emits secondary electrons again due to collision is arranged, and the voltage applied to the first and second conversion electrodes is independently variable, so the voltage applied to the MCP 7 can be increased. By increasing the voltage applied to the first conversion electrode, post-acceleration can be achieved and ion detection sensitivity can be increased, and electro-optical conversion using a phosphor or the like can be performed in front of the MCPL. Because there is no ion, the pulse response is good and high-sensitivity detection of high-velocity pulsed ions is possible.
また、ＭＣＰ７には高速化されたイオンが直接１垂ｉ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ＭＣＰＯ印加亀印加入圧くする必要のないことと併
わせで、ＭＣＰの劣化を防止することができるとともに
、ＭＣＰを常に最適な特性下において使用することがで
きる。In addition, not only the accelerated ions do not collide directly perpendicularly to the MCP7, but also the collision energy of electrons is adjusted by the second conversion electrode, and the MCPO application pulse is added for the above-mentioned post-stage acceleration. In addition to the fact that there is no need to compress, deterioration of the MCP can be prevented and the MCP can always be used under optimal characteristics.
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。Note that the first conversion electrode will be bombarded with ions at a high velocity, but a material that is resistant to ion collisions can be selected for the material, so that it can be used for a sufficiently long period of time. Even if conversion is performed due to deterioration, it is extremely inexpensive compared to MCP conversion.
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
、１）ａｌｙ型検出器の構成を示す図である。
ｌ・・・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
特許出願人 株式会社島ｔ１ｊ製作所代 理 人
弁理士 西１）新
築２図
第５図FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of the secondary electron emission path of the first or second conversion electrode 3 or 5, and FIGS. 3 and 4 are respectively 2 is a graph showing an example of voltage application to each electrode when detecting positive ions and negative ions according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1. FIG. FIG. 5 is an example of an ion detector using a conventional scintillator, and is a diagram showing the configuration of 1) an aly type detector. l... Grid-like electrode for shielding 2... Grid-like electrode for post-acceleration 3... First conversion electrode 5... Second conversion electrode 4.6... Grid for electron extraction Electrode 7...MCP 8...Anode 9...Load resistor 10...Amplifier circuit patent applicant Shima T1J Manufacturing Co., Ltd. Agent
Patent Attorney Nishi 1) New construction 2 drawings 5th drawing
Claims (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。The first part releases secondary charged particles by collision with the detected ions.
a second conversion electrode that emits secondary electrons upon collision of charged particles emitted from the first conversion electrode; and a second conversion electrode that emits secondary electrons by multiplying and emitting the electrons emitted from the second conversion electrode. and an electron collecting electrode that collects electrons emitted from the microchannel plate, and the voltages applied to the first and second conversion electrodes are independently variable. Characteristic detector.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP61044580A JPH0627853B2 (en) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | Ion detector |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP61044580A JPH0627853B2 (en) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | Ion detector |
Publications (2)
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|---|---|
| JPS62201385A true JPS62201385A (en) | 1987-09-05 |
| JPH0627853B2 JPH0627853B2 (en) | 1994-04-13 |
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ID=12695434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61044580A Expired - Fee Related JPH0627853B2 (en) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | Ion detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0627853B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006120005A1 (en) * | 2005-05-11 | 2006-11-16 | El-Mul Technologies Ltd. | Particle detector for secondary ions and direct and or indirect secondary electrons |
-
1986
- 1986-02-28 JP JP61044580A patent/JPH0627853B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006120005A1 (en) * | 2005-05-11 | 2006-11-16 | El-Mul Technologies Ltd. | Particle detector for secondary ions and direct and or indirect secondary electrons |
| US7417235B2 (en) | 2005-05-11 | 2008-08-26 | El-Mul Technologies, Ltd. | Particle detector for secondary ions and direct and or indirect secondary electrons |
| JP2009536776A (en) * | 2005-05-11 | 2009-10-15 | イーエル‐ムル テクノロジーズ リミテッド | Particle detectors for secondary ions and direct and / or indirect secondary electrons |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0627853B2 (en) | 1994-04-13 |
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