JP2019212517A - 第１段ダイノード及び光電子増倍管 - Google Patents

Abstract

【課題】光電子増倍管において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを抑制できる第１段ダイノード、及びそのような第１段ダイノードを備える光電子増倍管を提供する。【解決手段】第１段ダイノード１１は、底壁部１１１と、Ｘ軸方向における底壁部１１１の両端部から一方の側に延在する一対の側壁部１１２と、を備える。底壁部１１１の底面１１１ａ、及び一対の側壁部１１２の一対の側面１１２ａによって、電子放出面１１ａが構成されている。一対の側面１１２ａのそれぞれは、所定方向に平行な断面において凹状に湾曲する曲面である。【選択図】図３

Description

本発明は、第１段ダイノード及び光電子増倍管に関する。

光電子増倍管に用いられる第１段ダイノードとして、様々な形状を呈するものが提案されている。例えば、特許文献１には、光電子の収集効率の向上を目的とする第１段ダイノードとして、平坦な底面を有するティーカップ型の形状を呈するものが記載されている。特許文献１に記載の第１段ダイノードにおいては、ティーカップ型の形状の平坦な底面によって電子放出面が構成されている。また、特許文献２には、光電陰極の入射位置に依存しない信号電流の取得を目的とする第１段ダイノードとして、光電子が入射する受け口が漏斗型の形状を呈するものが記載されている。特許文献２に記載の第１段ダイノードにおいては、凹状に湾曲するように連なった３つの平面及び１つの曲面によって電子放出面が構成されており、電子放出面と直交するように電子放出面の両側に一対の側面が設けられている。

米国特許第４１１２３２５号明細書 特公平８−１２７７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の第１段ダイノードにおいては、ティーカップ型の形状の平坦な底面によって電子放出面が構成されているため、第１段ダイノードから第２段ダイノードまでの二次電子の走行時間の調整が困難となり、その結果、第１段ダイノードから第２段ダイノードまでの二次電子の走行時間に差が生じるおそれがある。また、特許文献２に記載の第１段ダイノードにおいては、電子放出面と直交するように電子放出面の両側に一対の側面が設けられているため、電子放出面における中央領域から放出された二次電子が直線的に走行するのに対し、電子放出面における側面の近傍領域から放出された二次電子が、同電位の側面に反発して走行するおそれがあり、その結果、第１段ダイノードから第２段ダイノードまでの二次電子の走行時間に差が生じるおそれがある。したがって、特許文献１，２に記載の第１段ダイノードでは、光電子増倍管において電子走行時間差（Ｃ．Ｔ．Ｔ．Ｄ．：Cathode Transit Time Difference）及び電子走行時間拡がり（Ｔ．Ｔ．Ｓ．：Transit Time Spread）を抑制することが困難と予想される。

そこで、本発明は、光電子増倍管において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを抑制できる第１段ダイノード、及びそのような第１段ダイノードを備える光電子増倍管を提供することを目的とする。

本発明の第１段ダイノードは、光電子増倍管に用いられる第１段ダイノードであって、底壁部と、所定方向における底壁部の両端部から一方の側に延在する一対の側壁部と、を備え、底壁部における一方の側の底面、及び一対の側壁部における一方の側の一対の側面によって、電子放出面が構成されており、一対の側面のそれぞれは、所定方向に平行な断面において凹状に湾曲する曲面である。

この第１段ダイノードでは、一対の側面のそれぞれが、所定方向に平行な断面において凹状に湾曲する曲面である。そのため、各側面が、所定方向における電子放出面の中心から離れるほど、１つの電子通過開口に近付く。その結果、各側面に入射する光電子の走行距離も、各側面から放出される二次電子の走行距離も、各側面が１つの電子通過開口に近付いた分だけ短くなる。よって、この第１段ダイノードによれば、光電子増倍管において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを抑制できる。

本発明の第１段ダイノードでは、一対の側面のそれぞれの曲率半径は、２ｍｍよりも大きくてもよい。この構成によれば、光電子増倍管において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを好適に抑制できる。

本発明の第１段ダイノードでは、所定方向における電子放出面の幅をＬとし、一対の側面のそれぞれの曲率半径をＲとすると、Ｒ≧０．１Ｌが成立してもよい。この構成によれば、光電子増倍管において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを好適に抑制できる。

本発明の第１段ダイノードでは、底面は、所定方向に垂直な断面において凹状に湾曲する曲面であってもよい。この構成によれば、第１段ダイノードから第２段ダイノードまでの二次電子の走行時間の調整が容易となる。したがって、光電子増倍管において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりをより確実に抑制できる。

本発明の第１段ダイノードでは、電子放出面は、１つの電子通過開口と対向していてもよい。この構成によれば、電子放出面に入射する光電子も、電子放出面から放出される二次電子も、１つの（すなわち、同一の）電子通過開口を通過するため、光電子の入射位置に対する電子走行時間の依存性が小さくなる。したがって、光電子増倍管において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりをより確実に抑制できる。

本発明の光電子増倍管は、光電陰極と、複数段のダイノードと、アノードと、を備え、複数段のダイノードは、所定面上に配列された第１段ダイノード及び第２段ダイノードと、を含み、第１段ダイノードは、底壁部と、所定面に垂直な所定方向における底壁部の両端部から光電陰極側且つ第２段ダイノード側に延在する一対の側壁部と、を有し、第１段ダイノードでは、底壁部における光電陰極側且つ第２段ダイノード側の底面、及び一対の側壁部における光電陰極側且つ第２段ダイノード側の一対の側面によって、電子放出面が構成されており、一対の側面のそれぞれは、所定方向に平行な断面において凹状に湾曲する曲面である。

この光電子増倍管によれば、上述した理由により、電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを抑制できる。

本発明によれば、光電子増倍管において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを抑制できる第１段ダイノード、及びそのような第１段ダイノードを備える光電子増倍管を提供することが可能となる。

一実施形態の光電子増倍管の断面図である。 図１に示される電子増倍部及びアノードの断面図である。 一実施形態の第１段ダイノードの斜視図である。 図３に示されるIV−IV線に沿っての第１段ダイノードの断面図である。 図３に示されるV−V線に沿っての第１段ダイノードの断面図である。 比較例の第１段ダイノードの斜視図である。 電子の走行軌道を説明するための模式図である。 第１実施例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管の電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを示す図である。 第２実施例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管の電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを示す図である。 第３実施例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管の電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを示す図である。 第４実施例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管の電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを示す図である。 第１比較例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管、及び第５実施例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管の電子走行時間差を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［光電子増倍管の構成］

図１に示されるように、光電子増倍管１は、管体２と、光電陰極３と、加速電極４と、収束電極５と、電子増倍部６と、アノード７と、を備えている。電子増倍部６は、複数段（例えば、１０段）のダイノード１０を有している。以下の説明では、光電子増倍管１に対して光が入射する側を「前」、その反対側を「後」とする。また、管体２の管軸（中心軸）を「Ｚ軸」、複数段のダイノード１０が配列された面（Ｚ軸を含む面）に直交する軸を「Ｘ軸」、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸を「Ｙ軸」とする。

管体２は、真空引きされた空間に、光電陰極３、加速電極４、収束電極５、電子増倍部６及びアノード７を収容している。管体２は、光透過性を有するガラスバルブである。管体２は、Ｚ軸を中心軸とする扁球状部分２ａと、扁球状部分２ａの後側においてＺ軸を中心軸とする円柱状部分２ｂと、を有している。扁球状部分２ａ及び円柱状部分２ｂは、１つのガラスバルブとして一体的に形成されている。一例として、前側から見た場合における扁球状部分２ａの外径は２００ｍｍ程度であり、円柱状部分２ｂの外径は８５ｍｍ程度である。

光電陰極３は、管体２の内面に設けられている。具体的には、光電陰極３は、扁球状部分２ａの前側半分の領域の内面に設けられている。光電陰極３は、透過型の光電面を構成しており、例えば、アンチモン化カリウム・セシウム型（バイアルカリ）の材料、或いは、他の周知の材料によって形成されている。前側から光電陰極３に光が入射すると、光電効果によって、光電陰極３から後側に光電子が放出される。一例として、前側から見た場合における光電陰極３の外径（すなわち、光電子増倍管１の有効径）は２００ｍｍ程度である。なお、図１に示される破線は、光電陰極３から放出された光電子の軌道（代表的な軌道）を示している。

加速電極４は、光電陰極３よりも後側に配置されている。加速電極４には、所定電圧が印加される。加速電極４は、光電陰極３から放出された光電子を電子増倍部６に向かって加速させるように構成されている。収束電極５は、加速電極４よりも後側に配置されている。収束電極５には、所定電圧が印加される。収束電極５は、光電陰極３から放出された光電子を電子増倍部６に向かって収束させるように構成されている。

電子増倍部６は、収束電極５よりも後側に配置されている。複数段のダイノード１０は、ＹＺ平面（Ｙ軸及びＺ軸を含む平面）上に配列されている。各ダイノード１０は、例えば、ステンレス鋼等によって形成されている。複数段のダイノード１０には、それぞれ、所定電圧が印加される。電子増倍部６、すなわち、複数段のダイノード１０は、光電陰極３から放出された光電子を増倍させるように構成されている。アノード７は、最終段のダイノード１０と対向した状態でＹＺ平面上に配置されている。アノード７には、所定電圧が印加される。アノード７は、最終段のダイノード１０から放出された二次電子を信号電流として出力するように構成されている。

加速電極４、収束電極５、電子増倍部６の各ダイノード１０、及びアノード７は、管体２内において、支持部材（図示省略）によって支持されている。当該支持部材は、円柱状部分２ｂの後端部を封止するステム（図示省略）に取り付けられている。なお、当該ステムには、電圧印加用の配線及び信号電流出力用の配線が、ステムピン又はケーブル等として設けられている。
［電子増倍部の構成］

図２に示されるように、電子増倍部６において、複数段のダイノード１０は、第１段ダイノード１１、第２段ダイノード１２及び第３段ダイノード１３を含んでいる。以下の説明では、第１段ダイノード１１、第２段ダイノード１２及び第３段ダイノード１３を含む各ダイノードを包括してダイノード１０という。また、第１段ダイノード１１の電子放出面１１ａ、第２段ダイノード１２の電子放出面１２ａ及び第３段ダイノード１３の電子放出面１３ａを含む各ダイノードの電子放出面（電子が入射し、それにより二次電子を放出する面）を包括して電子放出面１０ａという。

第１段ダイノード１１は、電子放出面１１ａが光電陰極３（図１参照）及び第２段ダイノード１２の電子放出面１２ａと対向するように配置されている。第２段ダイノード１２は、電子放出面１２ａが第１段ダイノード１１の電子放出面１１ａ及び第３段ダイノード１３の電子放出面１３ａと対向するように配置されている。最終段のダイノード１０を除く第３段以降の各ダイノード１０も同様に、その電子放出面１０ａが前段のダイノード１０の電子放出面１０ａ及び後段のダイノード１０の電子放出面１０ａと対向するように配置されている。最終段のダイノード１０は、その電子放出面１０ａが前段のダイノード１０の電子放出面１０ａ及びアノード７と対向するように配置されている。

第１段ダイノード１１は、底壁部１１１、一対の側壁部１１２、第１保持部１１３、及び一対の第２保持部１１４を有している（詳細については後述する）。第１段ダイノード１１の電子放出面１１ａは、底壁部１１１における光電陰極３側且つ第２段ダイノード１２側の底面、及び一対の側壁部１１２における光電陰極３側且つ第２段ダイノード１２側の一対の側面によって、構成されている。

第２段ダイノード１２は、底壁部１２１、及び一対の保持部１２２を有している。第２段ダイノード１２の電子放出面１２ａは、底壁部１２１における第１段ダイノード１１側且つ第３段ダイノード１３側の底面によって構成されている。一対の保持部１２２は、Ｘ軸方向（Ｘ軸に平行な方向）における底壁部１２１の両端部から第１段ダイノード１１側且つ第３段ダイノード１３側に延在している。

第３段ダイノード１３は、底壁部１３１、及び一対の保持部１３２を有している。第３段ダイノード１３の電子放出面１３ａは、底壁部１３１における第２段ダイノード１２側且つ第４段のダイノード１０側の底面によって構成されている。一対の保持部１３２は、Ｘ軸方向における底壁部１３１の両端部から第２段ダイノード１２側且つ第４段のダイノード１０側に延在している。

第１段ダイノード１１、第２段ダイノード１２及び第３段ダイノード１３の相互間の領域には、一対の電子レンズ形成電極１４が設けられている。具体的には、一方の電子レンズ形成電極１４は、一方の第２保持部１１４と一方の保持部１２２との間の領域に延在するように、一方の保持部１３２と一体的に形成されている。他方の電子レンズ形成電極１４は、他方の第２保持部１１４と他方の保持部１２２との間の領域に延在するように、他方の保持部１３２と一体的に形成されている。一対の電子レンズ形成電極１４には、第３段ダイノード１３に印加される所定電圧が印加される。これにより、第１段ダイノード１１と第２段ダイノード１２との間に領域においてＸ軸方向における電位分布が平坦化される。
［第１段ダイノードの構成］

図３、図４及び図５に示されるように、第１段ダイノード１１は、底壁部１１１、一対の側壁部１１２、第１保持部１１３、及び一対の第２保持部１１４を有している。一対の側壁部１１２は、Ｘ軸方向（所定面に垂直な所定方向）における底壁部１１１の両端部から一方の側（光電陰極３側且つ第２段ダイノード１２側（図１及び図２参照））に延在している。第１保持部１１３は、底壁部１１１における前側（光電陰極３側（図１及び図２参照））の端部から外側（第２段ダイノードとは反対側（図１及び図２参照））に延在している。一対の第２保持部１１４は、Ｘ軸方向における一対の側壁部１１２の両端部から一方の側に延在している。

第１保持部１１３は、ＸＹ平面に平行な平板状（例えば、矩形板状）を呈している。一対の第２保持部１１４のそれぞれは、ＹＺ平面に平行な平板状を呈している。第１段ダイノード１１は、第１保持部１１３、及び一対の第２保持部１１４を介して、管体２内に設けられた支持部材に取り付けられている。

第１段ダイノード１１の電子放出面１１ａは、底壁部１１１における一方の側の底面１１１ａ、及び一対の側壁部１１２における一方の側の一対の側面１１２ａによって、構成されている。電子放出面１１ａは、１つの電子通過開口１１ｂと対向している。第１段ダイノード１１では、底壁部１１１、一対の側壁部１１２、及び一対の第２保持部１１４における一方の側の縁部によって、１つの電子通過開口１１ｂが画定されている。つまり、電子放出面１１ａに入射する光電子も、電子放出面１１ａから放出される二次電子も、１つの（すなわち、同一の）電子通過開口１１ｂを通過する。

電子放出面１１ａを構成する底面１１１ａは、Ｘ軸方向に垂直な断面において凹状に湾曲する曲面である（特に図４参照）。本実施形態では、底面１１１ａは、Ｘ軸方向を長手方向（筒の高さ方向）とする筒面（楕円柱面、双曲柱面、放物柱面、それらの複合面等）である。電子放出面１１ａを構成する一対の側面１１２ａのそれぞれは、Ｘ軸方向に平行な断面において凹状に湾曲する曲面である（特に図５参照）。本実施形態では、各側面１１２ａは、底面１１１ａと各第２保持部１１４の内面とで形成される角部（隅部）にラウンド状の内面取りを施した場合の面取り面に相当する。なお、底面１１１ａ、及び各側面１１２ａは、曲率が連続するように互いに接続されている。また、各側面１１２ａ、及び各第２保持部１１４の内面も、曲率が連続するように互いに接続されている。

Ｘ軸方向における電子放出面１１ａの幅をＬとし、一対の側面１１２ａのそれぞれの曲率半径をＲとすると（図５参照）、第１段ダイノード１１では、Ｒ≧０．１Ｌが成立する。また、一対の側面１１２ａのそれぞれの曲率半径Ｒは、２ｍｍよりも大きい。一例として、Ｘ軸方向における電子放出面１１ａの幅Ｌは、２０ｍｍよりも大きく且つ５０ｍｍよりも小さい。

以上のような形状を呈する第１段ダイノード１１は、金属板（例えば、厚さ０．３ｍｍ程度のステンレス鋼板等）によって一体的に形成されている。つまり、底壁部１１１、一対の側壁部１１２、第１保持部１１３、及び一対の第２保持部１１４は、金属板によって一体的に形成されている。ここで、金属板によって一体的に形成されるとは、金属板に対してプレス加工等の塑性加工を施すことで形成されることを意味する。
［作用及び効果］

第１段ダイノード１１では、電子放出面１１ａを構成する一対の側面１１２ａのそれぞれが、Ｘ軸方向に平行な断面において凹状に湾曲する曲面である。そのため、各側面１１２ａが、Ｘ軸方向における電子放出面１１ａの中心から離れるほど、１つの電子通過開口１１ｂに近付く。その結果、各側面１１２ａに入射する光電子の走行距離も、各側面１１２ａから放出される二次電子の走行距離も、各側面１１２ａが１つの電子通過開口１１ｂに近付いた分だけ短くなる。よって、第１段ダイノード１１によれば、光電子増倍管１において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを抑制できる。

なお、電子放出面の全体を例えば球面状に形成したとしても、そのような電子放出面を有する第１段ダイノードでは、第１段ダイノードから第２段ダイノードまでの二次電子の走行時間の調整が困難となり、光電子増倍管において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを効果的に抑制できない。また、電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを抑制するために、一対の側面１１２ａを設けずに底面１１１ａのみによって電子放出面を構成し、Ｘ軸方向における電子放出面の幅を大きくすることも考えられる。しかし、そのような電子放出面を有する第１段ダイノードでは、そのサイズが大きくなるため、管体２の円柱状部分２ｂの外径も大きくせざるを得ず、管体２の耐水圧性能の確保が困難となる。更に、第１段ダイノードのサイズが大きくなると、金属板に対してプレス加工等の塑性加工を施すことで第１段ダイノードを形成することも困難となる。上述した第１段ダイノード１１によれば、そのサイズが大きくなるのを抑制しつつ、光電子増倍管１において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを抑制できる。

また、第１段ダイノード１１では、一対の側面１１２ａのそれぞれの曲率半径Ｒが２ｍｍよりも大きい。この構成により、光電子増倍管１において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを好適に抑制できる。

また、第１段ダイノード１１では、Ｘ軸方向における電子放出面１１ａの幅をＬとし、一対の側面１１２ａのそれぞれの曲率半径をＲとすると、Ｒ≧０．１Ｌが成立する。この構成により、光電子増倍管１において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを好適に抑制できる。

また、第１段ダイノード１１では、電子放出面１１ａを構成する底面１１１ａが、Ｘ軸方向に垂直な断面において凹状に湾曲する曲面である。この構成により、第１段ダイノード１１から第２段ダイノード１２までの二次電子の走行時間の調整が容易となる。したがって、光電子増倍管１において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりをより確実に抑制できる。

また、第１段ダイノード１１では、電子放出面１１ａが１つの電子通過開口１１ｂと対向している。この構成により、電子放出面１１ａに入射する光電子も、電子放出面１１ａから放出される二次電子も、１つの（すなわち、同一の）電子通過開口１１ｂを通過するため、光電子の入射位置に対する電子走行時間の依存性が小さくなる。したがって、光電子増倍管１において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりをより確実に抑制できる。

ここで、上述した第１段ダイノード１１では、第２段ダイノード１２までの二次電子の走行時間に差が生じ難い理由について、より詳細に説明する。

図６は、比較例の第１段ダイノード１５の斜視図である。図６に示されるように、比較例の第１段ダイノード１５は、一対の側壁部１１２が設けられておらず、一対の第２保持部１１４が底壁部１１１と交差している点で、上述した第１段ダイノード１１と主に相違している。比較例の第１段ダイノード１５においては、底面１１１ａによって、１つの電子通過開口１５ｂと対向する電子放出面１５ａが構成されている。

比較例の第１段ダイノード１５では、図７の（ａ）に示されるように、電子放出面１５ａにおける中央領域に光電子が軌道Ａ１で入射することにより当該中央領域から放出された二次電子は、軌道Ｂ１で直線的に走行する。これに対し、電子放出面１５ａにおける第２保持部１１４の近傍領域に光電子が軌道Ａ２で入射することにより当該近傍領域から放出された二次電子は、同電位の第２保持部１１４に反発して、軌道Ｂ２で走行する。その結果、比較例の第１段ダイノード１５では、第２段ダイノード１２までの二次電子の走行時間に差が生じ易い。

一方、上述した第１段ダイノード１１では、図７の（ｂ）に示されるように、電子放出面１１ａにおける中央領域に光電子が軌道Ａ１で入射することにより当該中央領域から放出された二次電子は、軌道Ｂ１で直線的に走行する。これに対し、電子放出面１１ａにおける第２保持部１１４の近傍領域（すなわち、側面１１２ａ）に光電子が軌道Ａ２で入射することにより当該近傍領域から放出された二次電子は、同電位の第２保持部１１４に反発して、軌道Ｂ２で走行するものの、当該近傍領域に入射する光電子の走行距離も、当該近傍領域から放出される二次電子の走行距離も、側面１１２ａが電子通過開口１１ｂに近付いた分だけ短くなる。その結果、上述した第１段ダイノード１１では、第２段ダイノード１２までの二次電子の走行時間に差が生じ難い。

次に、第１段ダイノード１１では、電子放出面１１ａを構成する一対の側面１１２ａのそれぞれの曲率半径Ｒが２ｍｍよりも大きいことが、より一層好適である理由について、シミュレーション結果と共に説明する。

まず、シミュレーションモデルとして、第１実施例の第１段ダイノード、第２実施例の第１段ダイノード、第３実施例の第１段ダイノード及び第４実施例の第１段ダイノードを用意した。各第１段ダイノードは、厚さ０．３ｍｍのステンレス鋼板にプレス加工を施すことで形成したものに相当する。各第１段ダイノードにおいて、Ｘ軸方向における電子放出面の幅Ｌを３０．６ｍｍとした。

各第１段ダイノードは、上述した第１段ダイノード１１と同様の構成を有しており、次の点でのみ、互いに相違している。すなわち、第１実施例の第１段ダイノードでは曲率半径Ｒを２ｍｍ、第２実施例の第１段ダイノードでは曲率半径Ｒを４ｍｍ、第３実施例の第１段ダイノードでは曲率半径Ｒを６ｍｍ、第４実施例の第１段ダイノードでは曲率半径Ｒを８ｍｍとした。

第１実施例の第１段ダイノード、第２実施例の第１段ダイノード、第３実施例の第１段ダイノード及び第４実施例の第１段ダイノードをそれぞれ同一の光電子増倍管に取り付け、光電子増倍管を同一の条件で動作させた場合に相当するシミュレーションにおいて、Ｘ軸方向における電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを測定した。

図８の（ａ）は、第１実施例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管の電子走行時間差を示す図であり、図８の（ｂ）は、その場合における電子走行時間拡がりを示す図である。図９の（ａ）は、第２実施例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管の電子走行時間差を示す図であり、図９の（ｂ）は、その場合における電子走行時間拡がりを示す図である。図１０の（ａ）は、第３実施例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管の電子走行時間差を示す図であり、図１０の（ｂ）は、その場合における電子走行時間拡がりを示す図である。図１１の（ａ）は、第４実施例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管の電子走行時間差を示す図であり、図１１の（ｂ）は、その場合における電子走行時間拡がりを示す図である。

図８の（ａ）、図９の（ａ）、図１０の（ａ）及び図１１の（ａ）に示されるように、第２実施例の第１段ダイノード、第３実施例の第１段ダイノード及び第４実施例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管において、第１実施例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管に比べ、Ｘ軸方向における電子走行時間差がＸ軸方向における両端部で、より一層均一化された。また、図８の（ｂ）、図９の（ｂ）、図１０の（ｂ）及び図１１の（ｂ）に示されるように、第２実施例の第１段ダイノード、第３実施例の第１段ダイノード及び第４実施例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管において、第１実施例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管に比べ、Ｘ軸方向における電子走行時間拡がりが、より一層低減された。

以上のシミュレーション結果から、電子放出面を構成する一対の側面のそれぞれの曲率半径Ｒが２ｍｍよりも大きいことが、光電子増倍管において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを抑制する上で、より一層好適であるといえる。

次に、第１段ダイノード１１では、Ｒ≧０．１Ｌが成立することが、より一層好適である理由について、シミュレーション結果と共に説明する。

上述したシミュレーション結果から、第１実施例の第１段ダイノード（Ｌ：３０．６ｍｍ、Ｒ：２ｍｍ）では、Ｒ≧０．１Ｌが成立せず、第２実施例の第１段ダイノード（Ｌ：３０．６ｍｍ、Ｒ：４ｍｍ）、第３実施例の第１段ダイノード（Ｌ：３０．６ｍｍ、Ｒ：６ｍｍ）及び第４実施例の第１段ダイノード（Ｌ：３０．６ｍｍ、Ｒ：８ｍｍ）では、Ｒ≧０．１Ｌが成立する。そこで、Ｘ軸方向における電子放出面の幅Ｌが３０．６ｍｍでない場合でも、第１段ダイノードにおいてＲ≧０．１Ｌが成立することが、光電子増倍管において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを抑制する上で、より一層好適であるといえるか、シミュレーションにより確認した。

まず、シミュレーションモデルとして、第１比較例の第１段ダイノード及び第５実施例の第１段ダイノードを用意した。各第１段ダイノードは、厚さ０．３ｍｍのステンレス鋼板にプレス加工を施すことで形成したものに相当する。第１比較例の第１段ダイノードでは、Ｘ軸方向における電子放出面の幅Ｌを３４ｍｍとし、一対の側面のそれぞれの曲率半径Ｒを０ｍｍとした（すなわち、第１比較例の第１段ダイノードは、図６に示される第１段ダイノード１５と同様の構成を有している）。第５実施例の第１段ダイノードでは、Ｘ軸方向における電子放出面の幅Ｌを３４ｍｍとし、一対の側面のそれぞれの曲率半径Ｒを５ｍｍとした（すなわち、第５実施例の第１段ダイノードは、上述した第１段ダイノード１１と同様の構成を有している）。

第１比較例の第１段ダイノード及び第５実施例の第１段ダイノードをそれぞれ同一の光電子増倍管に取り付け、光電子増倍管を同一の条件で動作させた場合に相当するシミュレーションにおいて、Ｘ軸方向における電子走行時間差を測定した。図１２の（ａ）は、第１比較例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管の電子走行時間差を示す図であり、図１２の（ｂ）は、第５実施例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管の電子走行時間差を示す図である。

図１２の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第５実施例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管において、第１比較例の第１段ダイノードが用いられた光電子増倍管に比べ、Ｘ軸方向における電子走行時間差がＸ軸方向における両端部で均一化された。このシミュレーション結果から、第１段ダイノードにおいてＲ≧０．１Ｌが成立することが、光電子増倍管において電子走行時間差及び電子走行時間拡がりを抑制する上で、より一層好適であるといえる。
［変形例］

本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、各構成の材料及び形状は、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。一例として、第１保持部１１３は、矩形板状に限定されず、半円形板状等の他の形状を呈していてもよい。また、第１段ダイノード１１は、第１保持部１１３を有していなくてもよい。

また、一対の第２保持部１１４のそれぞれにおける一方の側の縁部は、底壁部１１１、及び一対の側壁部１１２における一方の側の縁部から突出するように形成されていてもよいし、或いは、底壁部１１１、及び一対の側壁部１１２における一方の側の縁部から凹むように形成されていてもよい。また、第１段ダイノード１１は、一対の第２保持部１１４を有していなくてもよい。その場合、例えば、Ｘ軸方向において第１段ダイノード１１を挟み込む一対の基板のそれぞれの表面に、第２保持部１１４と同様の形状を呈する金属膜を蒸着等によって形成しておき、第２保持部１１４が欠けた部分に当該金属膜を配置してもよい。

また、電子放出面１１ａに入射する光電子、及び電子放出面１１ａから放出される二次電子が、別々の電子通過開口を通過するように、電子放出面１１ａと対向する複数の電子通過開口が形成されていてもよい。また、電子放出面１１ａを構成する底面１１１ａは、平坦な領域を含んでいてもよい。

また、底壁部１１１、一対の側壁部１１２、第１保持部１１３、及び一対の第２保持部１１４は、板状に形成されていなくてもよい。一例として、底壁部１１１、一対の側壁部１１２、第１保持部１１３、及び一対の第２保持部１１４がブロック状に形成されており、上述したような電子放出面１１ａが切削等によって形成されていてもよい。

１…光電子増倍管、３…光電陰極、７…アノード、１０…ダイノード、１１…第１段ダイノード、１１ａ…電子放出面、１１ｂ…電子通過開口、１２…第２段ダイノード、１１１…底壁部、１１１ａ…底面、１１２…側壁部、１１２ａ…側面。

Claims (6)

1. 光電子増倍管に用いられる第１段ダイノードであって、
   底壁部と、
   所定方向における前記底壁部の両端部から一方の側に延在する一対の側壁部と、を備え、
   前記底壁部における前記一方の側の底面、及び前記一対の側壁部における前記一方の側の一対の側面によって、電子放出面が構成されており、
   前記一対の側面のそれぞれは、前記所定方向に平行な断面において凹状に湾曲する曲面である、第１段ダイノード。
2. 前記一対の側面のそれぞれの曲率半径は、２ｍｍよりも大きい、請求項１に記載の第１段ダイノード。
3. 前記所定方向における前記電子放出面の幅をＬとし、前記一対の側面のそれぞれの曲率半径をＲとすると、Ｒ≧０．１Ｌが成立する、請求項１又は２に記載の第１段ダイノード。
4. 前記底面は、前記所定方向に垂直な断面において凹状に湾曲する曲面である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の第１段ダイノード。
5. 前記電子放出面は、１つの電子通過開口と対向している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の第１段ダイノード。
6. 光電陰極と、
   複数段のダイノードと、
   アノードと、を備え、
   前記複数段のダイノードは、所定面上に配列された第１段ダイノード及び第２段ダイノードと、を含み、
   前記第１段ダイノードは、
   底壁部と、
   前記所定面に垂直な所定方向における前記底壁部の両端部から前記光電陰極側且つ前記第２段ダイノード側に延在する一対の側壁部と、を有し、
   前記第１段ダイノードでは、前記底壁部における前記光電陰極側且つ前記第２段ダイノード側の底面、及び前記一対の側壁部における前記光電陰極側且つ前記第２段ダイノード側の一対の側面によって、電子放出面が構成されており、
   前記一対の側面のそれぞれは、前記所定方向に平行な断面において凹状に湾曲する曲面である、光電子増倍管。

Images