JP4246879B2 - 電子増倍管及び光電子増倍管 - Google Patents

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    • HELECTRICITY
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    • H01J43/06Electrode arrangements
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    • H01J43/22Dynodes consisting of electron-permeable material, e.g. foil, grid, tube, venetian blind

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  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイノードを複数段に積層して形成された電子増倍部を備えた、電子増倍管及び光電子増倍管に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の電子増倍管及び光電子増倍管として、たとえば特公昭56−1741号公報に開示されたようなものが知られている。この特公昭56−1741号公報に開示された光電子増倍管は、入射された電子を増倍する複数の電子増倍孔が配列された複数の金属プレート(ダイノード)を有している。この金属プレートの出力側、あるいは、入力側の全面には、ガラス層が形成されており、金属プレートは形成されたガラス層を介して積層されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した構成の光電子増倍管にあっては、金属プレート(ダイノード)の出力側、あるいは、入力側の全面にガラス層が形成されているので、金属プレートとガラス層との熱膨張係数の違いにより、金属プレートに反りが発生して積層することが困難であるという問題点を有していることが判明した。
【0004】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ダイノードを容易に積層することが可能な電子増倍管及び光電子増倍管を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電子増倍管は、入射された電子を増倍する複数の電子増倍孔が配列されたダイノードを複数段に積層して形成された電子増倍部を備えた光電子増倍管であって、ダイノードの所定の位置には、ドーム状に形成されたガラス部が接合されており、ガラス部を介してダイノードが積層されていることを特徴としている。
【0006】
本発明に係る電子増倍管では、ダイノードの所定の位置にはドーム状に形成されたガラス部が接合されており、ガラス部を介してダイノードが積層されているので、ダイノードの一部にガラス部が接合されることになり、ダイノードとガラス部との接合面積が少ない。この結果、ダイノードの反りの発生を抑制することができ、ダイノードを容易に積層することができる。
【0007】
また、ダイノードには、電子増倍孔を仕切る仕切部が設けられ、仕切部にガラス部が接合されていることが好ましい。このように、ダイノードに電子増倍孔を仕切る仕切部が設けられ、仕切部にガラス部が接合されることにより、電子増倍孔が配列された部分の面積、すなわち有感受光面積の減少を抑制した上で、ダイノードにガラス部を接合することができる。
【0008】
また、ダイノードには、電子増倍孔を仕切る仕切部が設けられ、仕切部の一部には、仕切部に比して幅広に形成されたガラス受け部が設けられており、所定の位置として、ガラス受け部の全てにガラス部が接合されていることが好ましい。ガラス部が接合されるガラス受け部を設ける場合に、電子増倍孔が配列された部分の面積が減少することになるが、上述したように、仕切部の一部に、この仕切部に比して幅広に形成されたガラス受け部を設けることにより、電子増倍孔が配列された部分の面積、すなわち有感受光面積の減少を極力抑制することができる。また、ガラス受け部が幅広に形成されていることにより、このガラス受け部に接合されるガラス部の高さを高く設定することが可能となり、積層されたダイノードの間隙を確保することができると共に、ガラス部のガラス受け部への接合作業も容易に行うことができる。
【0009】
また、ダイノードには、電子増倍孔を仕切る仕切部が設けられ、仕切部の一部には、仕切部に比して幅広に形成されたガラス受け部が設けられており、所定の位置として、ガラス受け部のうちの一部にガラス部が接合されていることが好ましい。ガラス部が接合されるガラス受け部を設ける場合に、電子増倍孔が配列された部分の面積が減少することになるが、上述したように、仕切部の一部に、この仕切部に比して幅広に形成されたガラス受け部を設けることにより、電子増倍孔が配列された部分の面積、すなわち有感受光面積の減少を極力抑制することができる。また、ガラス受け部が幅広に形成されていることにより、このガラス受け部に接合されるガラス部の高さを高く設定することが可能となり、積層されたダイノードの間隙を確保することができると共に、ガラス部のガラス受け部への接合作業も容易に行うことができる。更に、ガラス受け部のうちの一部にガラス部が接合されるので、ダイノードとガラス部との接合面積をより一層低減することができ、ダイノードの反りの発生をより確実に抑制することができる。
【0010】
また、ダイノードの電子増倍孔が配列されている部分の一部には、ガラス受け部が設けられており、所定の位置として、ガラス受け部にガラス部が接合されていることが好ましい。ガラス部が接合されるガラス受け部を設ける場合に、電子増倍孔が配列された部分の面積が減少することになるが、上述したように、ダイノードの電子増倍孔が配列されている部分の一部にガラス受け部を設けることにより、電子増倍孔が配列された部分の面積、すなわち有感受光面積の減少をより一層抑制することができる。
【0011】
また、ガラス部の表面が荒らされていることが好ましい。ガラス部における沿面放電は、ダイノードと、ガラス部との境界部分から始まった放電がガラス部の表面を伝わり積層されたダイノードに達することにより発生する。上述したように、ガラス部の表面が荒らされることにより、ガラス部の表面における沿面放電距離が長くなり、ガラス部を介したダイノード間の放電の発生を抑制し、この放電に起因するノイズの発生を低減することができる。
【0012】
また、ガラス部とダイノードとの接合面積は、ガラス部の平面外形面積よりも小さいことが好ましい。このように、ガラス部とダイノードとの接合面積がガラス部の平面外形面積よりも小さいことにより、ダイノード間の電界強度が低下して放電開始電圧が高くなり、ガラス部を介したダイノード間の放電の発生をより一層抑制し、この放電に起因するノイズの発生を確実に低減することができる。
【0013】
本発明に係る光電子増倍管は、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の電子増倍管において、光電面を更に備えたことを特徴としている。
【0014】
本発明に係る光電子増倍管では、ダイノードとガラス部との接合面積が少なくなり、ダイノードの反りの発生を抑制することができ、ダイノードを容易に積層することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による電子増倍管及び光電子増倍管の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において同一要素には同一符号を付して説明を省略する。本実施形態は、本発明を放射線検出装置等に用いられる光電子増倍管に適用した例を示している。
【0016】
図1は、第1実施形態に係る光電子増倍管を示す斜視図であり、図2は、図1のII−II線に沿う断面図である。これらの図面に示す光電子増倍管1は、略正四角筒形状の金属製(たとえば、コバール金属製やステンレス製)の側管2を有し、この側管2の一側の開口端Aには、ガラス製(たとえば、コバールガラス製や石英ガラス製)の受光面板3が融着固定されている。この受光面板3の内表面には、光を電子に変換する光電面3aが形成され、この光電面3aは、受光面板3に予め蒸着させておいたアンチモンにアルカリ金属を反応させることで形成される。また、側管2の開口端Bには、金属製(たとえば、コバール金属製やステンレス製)のステム板4が溶接固定されている。このように、側管2と受光面板3とステム板4とによって密封容器5が構成され、この密封容器5は、高さが10mm程度の極薄タイプのものである。なお、受光面板3の形状は、正方形に限定されるものでは無く、長方形や六角形等の多角形であってもよい。
【0017】
また、ステム板4の中央には金属製の排気管6が固定されている。この排気管6は、光電子増倍管1の組立て作業終了後、密封容器5の内部を真空ポンプ(図示せず)によって排気して真空状態にするのに利用されると共に、光電面3aの成形時にアルカリ金属蒸気を密封容器5内に導入させる管としても利用される。
【0018】
密封容器5内には、ブロック状で積層タイプの電子増倍器7が設けられ、この電子増倍器7は、10枚(10段)の板状のダイノード8を積層させた電子増倍部9を有している。電子増倍器7は、ステム板4を貫通するように設けられたコバール金属製のステムピン10によって密封容器5内で支持され、各ステムピン10の先端は各ダイノード8と電気的に接続されている。また、ステム板4には、各ステムピン10を貫通させるためのピン孔4aが設けられ、各ピン孔4aには、コバールガラス製のハーメチックシールとして利用されるタブレット11が充填されている。各ステムピン10は、このタブレット11を介してステム板4に固定される。なお、各ステムピン10には、ダイノード用のものとアノード用のものとがある。
【0019】
電子増倍器7には、電子増倍部9の下方に位置してステムピン10の上端に固定したアノード12が並設されている。また、電子増倍器7の最上段において、光電面3aと電子増倍部9との間には平板状の集束電極板13が配置されている。この集束電極板13には、スリット状の開口部13aが複数本形成され、各開口部13aは全て同一方向に延在した配列をなす。同様に、電子増倍部9の各ダイノード8には、電子を増倍させるためのスリット状電子増倍孔14が複数本形成されることにより配列されている。
【0020】
そして、各ダイノード8の各電子増倍孔14を段方向にそれぞれ配列してなる各電子増倍経路Lと、集束電極板13の各開口部13aとを一対一で対応させることによって、電子増倍器7には、複数のチャンネルが形成されることになる。また、電子増倍器7に設けられた各アノード12は所定数のチャンネル毎に対応するように8×8個設けられ、各アノード12を各ステムピン10にそれぞれ接続させることで、各ステムピン10を介して外部に個別的な出力を取り出している。
【0021】
このように、電子増倍器7は、複数のリニア型チャンネルを有している。そして、図示しないブリーダ回路に接続した所定のステムピン10によって、電子増倍部9及びアノード12には所定の電圧が供給され、光電面3aと集束電極板13とは、同じ電位に設定され、各ダイノード8とアノード12は、上段から順に高電位の設定がなされている。したがって、受光面板3に入射した光は、光電面3aで電子に変換され、その電子が、集束電極板13と電子増倍器7の最上段に積層されている第1段のダイノード8とによって形成される電子レンズ効果により、所定のチャンネル内に入射することになる。そして、電子の入射したチャンネルにおいて、電子は、ダイノード8の電子増倍経路Lを通りながら、各ダイノード8で多段増倍されて、アノード12に入射し、所定のチャンネル毎に個別的な出力が各アノード12から送出されることになる。
【0022】
次に、上述したダイノード8の構成を、図3〜図5に基づいて詳細に説明する。図3は、ダイノード8を示す平面図であり、図4は、図3の要部拡大平面図であり、図5は、図4のV−V線に沿う断面図である。
【0023】
各ダイノード8には、8列のチャンネル15が形成されており、各チャンネル15は、ダイノード8の外枠16と仕切部17とで作り出されている。各チャンネル15には、電子増倍孔14が集束電極板13の開口部13aと同数本並設され、各電子増倍孔14はすべて同一方向に延在し、紙面と垂直な方向に複数配列されている。また、電子増倍孔14同士は、線状の増倍孔境界部分18で仕切られている。仕切部17の幅は、アノード12同士の間隔に対応して決定されると共に、増倍孔境界部分18より広い幅で形成されている。
【0024】
各ダイノード8の外枠16及び仕切部17の所定の位置には、外枠16及び仕切部17に比して幅広に形成されたガラス受け部21がダイノード8と一体に設けられている。ガラス受け部21は、1つの外枠16あるいは仕切部17に対して9個、全81個設けられている。これらのガラス受け部21の全てには、ガラス部22が接合されている。ガラス部22は、ガラス受け部21にガラスを塗布して硬化させることにより接合されており、上向きに凸とされた略半球状のドーム形状を呈している。各ダイノード8は、ガラス受け部21にドーム状に形成されたガラス部22が接合された後に積層される。これにより、電子増倍部9は、ガラス部22を介して各ダイノード8が積層されることにより構成されることになる。
【0025】
このように、各ダイノード8の外枠16及び仕切部17の所定の位置には、ガラス受け部21が設けられており、このガラス受け部21にドーム状に形成されたガラス部22が接合され、このガラス部22を介してダイノード8が積層されているので、ダイノード8の一部にガラス部22が接合されることになり、ダイノード8とガラス部22との接合面積が少なくなる。この結果、ダイノード8の反りの発生を抑制することができ、ダイノード8の積層を容易に行うことができる。
【0026】
光電面3a及びダイノード8の製造(活性)は、密封容器5内にアルカリ金属(蒸気)を導入して昇温することによりアンチモンとアルカリ金属とを反応させる必要がある。ダイノード8の一方の面の全面にガラスが接合されて密着していると、ガラスとアルカリ金属とが反応してガラスの表面の電気抵抗が低下し、ダイノード8間、及び、ダイノード8とアノード12との間に大きなリーク電流が流れることになる。光電面3a及びダイノード8の活性は、光電子増倍管1の出力電流をモニターすることにより、光電面3a及びダイノード8における感度が所定の感度に達するまでアルカリ金属(蒸気)を導入するが、上述したようにリーク電流が発生すると、出力電流のモニターが不可能となる。したがって、ダイノード8とガラス部22との接合面積が少なくなると共に、積層されたダイノード8とガラス部22とが略点接触することにより、上述したリーク電流の発生が抑制され、出力電流のモニターが可能となり、光電面3a及びダイノード8の活性を適切に行うことができる。
【0027】
また、ガラス部22が接合されるガラス受け部21を設ける場合に、電子増倍孔14が配列された部分(チャンネル15)の面積が減少することになるが、上述したように、外枠16及び仕切部17の一部に、この外枠16及び仕切部17に比して幅広に形成されたガラス受け部21を設けることにより、電子増倍孔14が配列された部分(チャンネル15)の面積、すなわち電子増倍器7(光電子増倍管1)における有感受光面積の減少を極力抑制することができる。
【0028】
更に、ガラス受け部21が幅広に形成されていることにより、このガラス受け部21に接合されるガラス部22の高さを高く設定することが可能となり、積層されたダイノード8の間隙を確保することができると共に、ガラス部22のガラス受け部への塗布等の接合作業も容易に行うことができる。
【0029】
ガラス部22の表面は、フッ酸等により溶かされて荒らされた状態とされる。ガラス部22における沿面放電は、ガラス受け部21(ダイノード8)と、ガラス部22と、密封容器5内の真空空間との境界部分(トリプルジャンクション)から始まった放電がガラス部22の表面を伝わり上方に積層されたダイノード8に達することにより発生する。したがって、ガラス部22の表面が上述したように荒らされることにより、ガラス部22の表面における沿面放電距離が長くなり、ガラス部22を介したダイノード8間の放電の発生を抑制し、この放電に起因するノイズの発生を低減することができる。
【0030】
また、ガラス部22がフッ酸等により溶かされる際に、鋭角なガラス部22の外周端部がその他の部分よりもよく溶けるために、ガラス部22の断面形状が、図5に示されるように、キノコ形状を呈し、ガラス部22とガラス受け部21(ダイノード8)との接合面積は、ガラス部22の平面外形面積よりも小さくなる。このように、ガラス部22とガラス受け部21(ダイノード8)との接合面積がガラス部22の平面外形面積よりも小さいことにより、ダイノード8間、特に、ガラス受け部21(ダイノード8)と、ガラス部22と、密封容器5内の真空空間との境界部分(トリプルジャンクション)近傍の電界強度が低下して放電開始電圧が高くなり、ガラス部22を介したダイノード8間におけるの放電の発生をより一層抑制し、この放電に起因するノイズの発生を確実に低減することができる。
【0031】
ガラス部22とガラス受け部21(ダイノード8)との接合面積をガラス部22の平面外形面積よりも小さくするためには、上述したガラス部22を溶かす手法以外に、ダイノード8の表面を溶かす手法を用いるようにしてもよい。ダイノード8の表面を溶かす手法を用いた場合には、図6に示されるように、ガラス部22が接合されるガラス受け部21(ダイノード8)に段部21aが形成されて、ガラス部22とガラス受け部21(ダイノード8)の段部21aとの接合面積がガラス部22の平面外形面積より小さくなる。
【0032】
ここで、図7に示されるように、ダイノード8の他の例として、ガラス受け部21のうちの一部にガラス部22を接合するように構成してもよい。この場合、ガラス部22は、25個設けられることになる。このように、ガラス受け部21のうちの一部にガラス部22が接合されるので、ダイノード8とガラス部22との接合面積をより一層低減することができ、ダイノード8の反りの発生をより確実に抑制することができる。また、上述したリーク電流の発生がより一層抑制され、出力電流のモニターが可能となり、光電面3a及びダイノード8の活性をより適切に行うことができる。
【0033】
また、必ずしも外枠16及び仕切部17にガラス受け部21を設ける必要はなく、図8に示されるように、外枠16及び仕切部17の所定の位置にドーム状に形成されたガラス部31を接合して設けるようにしてもよい。この場合、ガラス部31は、1つの外枠16あるいは仕切部17に対して9個、全81個設けられている。また、ガラス部31の形状は、略半円柱状のドーム形状を呈している。この場合には、積層されたダイノード8とガラス部22とは略線接触することになる。このように、外枠16及び仕切部17の所定の位置にドーム状に形成されたガラス部31を設けることにより、電子増倍孔14が配列された部分(チャンネル15)の面積、すなわち電子増倍器7(光電子増倍管1)における有感受光面積の減少を抑制した上で、ダイノード8にガラス部31を接合することができる。
【0034】
更に、仕切部17がないタイプのダイノードを有する電子増倍部(光電子増倍管)に本発明を適用することが可能である。図9及び図10に示されるように、ダイノード8は、外枠16を有すると共に、開口部13aと同数のスリット状電子増倍孔14が複数本形成されることにより配列されている。各電子増倍孔14はすべて、対向する外枠16間にわたって同一方向に延びている。各ダイノード8の外枠16及び電子増倍孔14が配列された部分の所定の位置には、外枠16に比して幅広に形成されたガラス受け部41がダイノード8と一体に設けられている。この場合、ガラス受け部41は、25個設けられている。これらのガラス受け部41の全てには、ガラス部22が接合されている。
【0035】
ガラス部22が接合されるガラス受け部41を設ける場合に、電子増倍孔14が配列された部分の面積が減少することになるが、上述したように、外枠16及び電子増倍孔14が配列された部分の一部にガラス受け部41を設けることにより、電子増倍孔14が配列された部分の面積、すなわち電子増倍器7(光電子増倍管1)における有感受光面積の減少をより一層抑制することができる。
【0036】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。たとえば、ガラス部22,31の形状を略半球状あるいは略半円柱状のドーム形状としたが、積層されたダイノードとガラス部とが略点接触あるいは略線接触するようなドーム形状であればよい。また、外枠16にもガラス受け部21,41を設けるよう構成しているが、必ずしもガラス受け部21,41を外枠16に設けるように構成する必要はない。
【0037】
また、本実施形態は、光電面3aを備えた光電子増倍管1に適用した例を示しているが、もちろん本発明は電子増倍管にも適用することができる。
【0038】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、ダイノードの反りの発生が抑制され、ダイノードを容易に積層することが可能な電子増倍管及び光電子増倍管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る光電子増倍管を示す斜視図である。
【図2】図1のII−II線に沿う断面図である。
【図3】本発明の実施形態に係る光電子増倍管に含まれる、ダイノードを示す平面図である。
【図4】図3の要部拡大平面図である。
【図5】図4のV−V線に沿う断面図である。
【図6】ダイノードの他の実施形態を示す断面図である。
【図7】ダイノードの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図8】ダイノードの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図9】ダイノードの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図10】図9の要部拡大平面図である。
【符号の説明】
1…光電子増倍管、3…受光面板、3a…光電面、4…ステム板、5…密封容器、6…排気管、7…電子増倍器、8…ダイノード、9…電子増倍部、10…ステムピン、11…タブレット、12…アノード、13…集束電極板、14…電子増倍孔、15…チャンネル、16…外枠、17…仕切部、21,41…ガラス受け部、22,31…ガラス部。

Claims (8)

  1. 入射された電子を増倍する複数の電子増倍孔が配列されたダイノードを複数段に積層して形成された電子増倍部を備えた電子増倍管であって、
    前記電子増倍孔同士は、線状の増倍孔境界部分で仕切られており、
    前記ダイノードには、前記増倍孔境界部分より広い幅で形成されると共に前記電子増倍孔を仕切る仕切部が設けられ、
    前記仕切部の複数箇所には、前記仕切部に比して幅広に形成されたガラス受け部が設けられており、
    前記ダイノードの所定のガラス受け部には、ドーム状に形成されたガラス部が接合されており、前記ガラス部を介して前記ダイノードが積層されていることを特徴とする電子増倍管。
  2. 前記ガラス受け部の全てに前記ガラス部が接合されていることを特徴とする請求項1に記載の電子増倍管。
  3. 前記ガラス受け部のうちの一部に前記ガラス部が接合されていることを特徴とする請求項1に記載の電子増倍管。
  4. 入射された電子を増倍する複数の電子増倍孔が配列されたダイノードを複数段に積層して形成された電子増倍部を備えた電子増倍管であって、
    前記電子増倍孔同士は、線状の増倍孔境界部分で仕切られており、
    前記ダイノードには、前記増倍孔境界部分より広い幅で形成されると共に前記電子増倍孔を仕切る仕切部が設けられ、
    前記仕切部の複数箇所には、前記仕切部が伸びる方向に伸びる略半円柱のドーム状に形成されたガラス部が接合されており、前記ガラス部を介して前記ダイノードが積層されていることを特徴とする電子増倍管。
  5. 入射された電子を増倍する複数の電子増倍孔が配列されたダイノードを複数段に積層して形成された電子増倍部を備えた電子増倍管であって、
    前記電子増倍孔同士は、線状の増倍孔境界部分で仕切られており、
    前記ダイノードの前記電子増倍孔が配列されている部分の複数箇所には、前記増倍孔境界部分に比して幅広に形成されたガラス受け部が設けられており、
    前記ガラス受け部には、ドーム状に形成されたガラス部が接合されており、前記ガラス部を介して前記ダイノードが積層されていることを特徴とする電子増倍管。
  6. 前記ガラス部の表面が荒らされていることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の電子増倍管。
  7. 前記ガラス部と前記ダイノードとの接合面積は、前記ガラス部の平面外形面積よりも小さいことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の電子増倍管。
  8. 請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の電子増倍管において、光電面を更に備えたことを特徴とする光電子増倍管。
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