JP4744844B2 - 光電子増倍管及び放射線検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、光電効果を用いる光電子増倍管及びこれを用いた放射線検出装置に関する。

光電子増倍管として、筒状を成す側管の一側の端部に受光面板を、他側の端部にステムを各々備えて真空密封容器を構成し、受光面板の内側の面に光電面を設けると共に、この光電面に対向して複数段のダイノードを有する電子増倍部及び陽極を積層して配設し、これらの各段のダイノード及び陽極に各々接続した複数のステムピンを密封容器内から外部に導出するようにしてステムに挿着する構成を具備し、受光面板を通して入射した入射光を光電面で電子に変換し、この光電面から放出された電子を、各ステムピンを介して所定の電圧が印加された各ダイノードを有する電子増倍部で順次増倍し、この増倍されて陽極に達した電子を電気信号としてステムピンの一つであるアノードピンを介して取り出す所謂ヘッドオン型の光電子増倍管が知られている。

このような光電子増倍管にあっては、ステムをテーパー状ハーメチックガラスで構成すると共に、複数段のダイノード及び陽極を積層してなる電極積層部をステム上に直接載置したものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−２９０７９３号公報（図８）

しかしながら、上記のような光電子増倍管では、絶縁性を有するステムの表面に生じる沿面放電を抑制することにより、電圧耐性を十分高くし、信頼性を向上させることが望まれている。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、所定の電圧耐性が確保される光電子増倍管及びこれを備えた放射線検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、真空状態とされた密封容器内に設けられ、当該密封容器の一側の端部を構成する受光面板を通して入射した入射光を電子に変換する光電面と、密封容器内に設けられ、光電面から放出された電子を増倍するための複数のダイノード及び当該ダイノードにより増倍された電子を出力信号として取り出すための陽極を含む複数の電極を積層して成る電極積層部と、密封容器の他側の端部を構成するステムと、ステムに挿着されて密封容器内から外部に導出すると共に各電極に電気的に接続された複数のステムピンと、を具備した光電子増倍管において、ステムピンは、電極積層部を囲むように配置されており、ステムは絶縁性を有していると共に、ステムの内側の面におけるステムピンよりもステムの中心側の領域には、電極積層部を載置させる複数の支持用突起が設けられており、電極積層部は、複数の支持用突起に直に載置されていることを特徴とするものである。なお、ここでいう絶縁性を有するステムは、必ずしもステム全体が絶縁材料で形成されているとは限らない。

このような光電子増倍管においては、電極積層部をステムの内側の面に設けられた支持用突起上に載置することにより、電極積層部を構成する複数の電極のうち最もステム側に位置する電極（導電部）、ステムの内側の面（絶縁部）、真空が交わるポイントであるトリプルジャンクションと導電性のステムピンとの間におけるステムの内側の面に沿う沿面距離は、支持用突起が無い場合に比して長くなる。特に、支持用突起が電極のエッジ部よりも内側（中心側）に位置している場合には、上記のトリプルジャンクションからステムピン迄の沿面距離が十分に長くなる上に、トリプルジャンクションが電極とステムとの隙間に隠蔽される状態となる。従って、沿面放電の発生が抑制されるため、所定の電圧耐性が確保される。

好ましくは、ステムは、ステムピンを貫通させて接合する絶縁性のベース材と、ベース材よりも高い融点を有し、ベース材の内側の面に接合されると共にステムピンを挿通させる絶縁性の押え材と、を少なくとも備える二層以上の構造とされ、支持用突起は、押え材におけるベース材に対する接合面とは反対側の面に設けられている。このような構成とすることにより、ベース材の溶融による融着によってベース材と押え材とを接合したときに、支持用突起を含むステムの内側の面の位置精度、平坦度、水平度が高められる。これにより、支持用突起上に載置される電極積層部と光電面との間の位置精度が高められ、所望の特性が得られると共に、電極積層部の着座性が高められる。

また、好ましくは、各電極間には絶縁スペーサが配置されており、支持用突起は、ステムの内側の面における各絶縁スペーサの配置部位に対応する位置に設けられている。光電子増倍管を製造する際には、ステムの支持用突起上に電極積層部を載置した後で両者を圧接することがある。この場合、支持用突起を各絶縁スペーサの配置部位に対応する位置に設けることにより、圧接時に加わる力に対する電極積層部の物理的強度が強くなる。

さらに、好ましくは、複数の電極のうち最もステム側に位置する電極には、支持用突起と嵌合する支持用凹部が形成されている。これにより、電極積層部をステムに対して精度良く位置決めできると共に、支持用突起により電極積層部をバランス良く支持することができる。

ここで、上記光電子増倍管の受光面板の外側に、放射線を光に変換して放出するシンチレータを設置すれば、上記作用を奏する好適な放射線検出装置が得られる。

本発明によれば、ステムの内側の面におけるステムピンよりもステムの中心側の領域に、電極積層部を載置させる支持用突起を設けたので、所定の電圧耐性を確保することができる。これにより、絶縁破壊に対する信頼性が向上する。

以下、図面を参照しながら本発明に係る光電子増倍管及び放射線検出装置の好適な実施形態について説明する。なお、以下の説明における「上」、「下」等の語は図面に示す状態に基づく便宜的なものである。また、各図において同一又は相当の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
図１及び図２は、本発明に係る光電子増倍管の第１実施形態を示す平面図及び底面図であり、図３は図１におけるIII‐III線に沿う断面図である。図１〜図３において、光電子増倍管１は、外部から入射した光によって電子を放出し、その電子を増倍させて信号として出力させるための装置として構成されている。

光電子増倍管１は、略円筒形状をなす金属製の側管２を有している。側管２の上側（一側）の開口端にはガラス製の受光面板３が気密に固定され、この受光面板３の内側表面には、受光面板３を通して入射した光を電子に変換するための光電面４が形成されている。また、側管２の下側（他側）の開口端には、円板状のステム５が配置されている。このステム５には、略円状の位置に周方向に互いに離間して配置された複数（１５本）の導電性のステムピン６が気密に挿着されている。ステム５には、当該ステム５を側方から包囲するように金属製のリング状側管７が気密に固定されている。そして、上側の側管２の下端部に形成されたフランジ部２ａと下側のリング状側管７の上端部に形成された同径のフランジ部７ａとが溶接され、側管２とリング状側管７とが気密に固定されることで、内部が真空状態に保たれる密封容器８が形成されている。

このように形成された密封容器８内には、光電面４から放出された電子を増倍するための電子増倍部９が収容されている。この電子増倍部９は、電子増倍孔（図示せず）を多数有する薄板型電極であるダイノード１０が複数段（本実施形態では１０段）に積層されてブロック状に形成されている。なお、これらのダイノード１０のうち最も下側（ステム５側）に位置する最終段のダイノード１０ｂには、電子増倍孔は形成されていない。各ダイノード１０の所定の縁部には、外側に突出するダイノード接続片１０ｃがそれぞれ形成され、各ダイノード接続片１０ｃの下面側にはステム５に挿着された所定のステムピン６の先端部分が溶接固定されている。これにより、各ダイノード１０と各ステムピン６との電気的な接続がなされている。

さらに、密封容器８内において、電子増倍部９と光電面４との間には、光電面４から放出された電子を電子増倍部９に収束させて導くための薄板型電極である収束電極１１が設置され、最終段のダイノード１０ｂの一段上の段には、電子増倍部９により増倍され最終段のダイノード１０ｂより放出された電子を出力信号として取り出すための薄板型電極であるアノード（陽極）１２が積層されている。収束電極１１の四隅には外側に突出する突出片１１ａがそれぞれ形成され、この各突出片１１ａに所定のステムピン６が溶接固定されることでステムピン６と収束電極１１との電気的な接続がなされている。また、アノード１２の所定の縁部にも外側に突出するアノード接続片１２ａが形成され、このアノード接続片１２ａにステムピン６の一つであるアノードピン１３が溶接固定されることでアノードピン１３とアノード１２との電気的な接続がなされている。そして、図示しない電源回路に接続したステムピン６によって電子増倍部９及びアノード１２に所定の電圧が印加されると、光電面４と収束電極１１とは同電位に設定され、各ダイノード１０は積層順に上段から下段に行くに従って高電位となるように設定される。また、アノード１２は最終段のダイノード１０ｂよりも高電位に設定される。

ここで、上記の電子増倍部９、収束電極１１及びアノード１２によって、電極積層部５０が構成されている。電子増倍部９を形成する各ダイノード１０間には、セラミック等からなる絶縁スペーサ５１が複数（ここでは４つ）ずつ介在されている。また、ダイノード１０と収束電極１１との間、ダイノード１０とアノード１２との間にも、同様の絶縁スペーサ５１が複数ずつ介在されている。これらの絶縁スペーサ５１は、薄板型電極１０〜１２のエッジよりも内側（中心側）において、薄板型電極１０〜１２を介して重なり合うように設けられている。つまり、電極積層部５０は、複数のダイノード１０、収束電極１１及びアノード１２が絶縁スペーサ５１を介して積層されて成るものである。

絶縁スペーサ５１の具体的構造を図４に示す。図４（ａ）は絶縁スペーサ５１の側面図であり、図４（ｂ）は絶縁スペーサ５１の平面図である。絶縁スペーサ５１は、円板状のスペーサ本体部５２と、このスペーサ本体部５２の両面に設けられ、環状のテーパ面５３ａを有する下段突起部５３と、各下段突起部５３上に設けられ、環状のテーパ面５４ａを有する上段突起部５４とを有している。スペーサ本体部５２の両面に対するテーパ面５４ａの傾斜角は、スペーサ本体部５２の両面に対するテーパ面５３ａの傾斜角よりも大きくなっている。

ところで、図５に示すような球型の絶縁スペーサ１００を使用した場合には、電極５５（薄板型電極１０〜１２に相当）に形成されたスペーサ配置用貫通穴５６の穴径によっては、以下のような不具合が生じることがある。即ち、スペーサ配置用貫通穴５６の穴径が基準寸法である場合には、図５（ａ）に示すように、絶縁スペーサ１００はスペーサ配置用貫通穴５６にうまく収まるため特に問題は無い。しかし、スペーサ配置用貫通穴５６の穴径が基準寸法よりも大きくなると、図５（ｂ）に示すように、絶縁スペーサ１００はスペーサ配置用貫通穴５６に収まろうとして、電極５５の位置ズレが起こることがある。この場合には、各電極５５の位置精度が悪化するだけでなく、電極５５のガタツキが生じ、何らかの衝撃によって出力信号が変化してしまう可能性がある。

一方、図４に示すような円盤型の絶縁スペーサ５１を使用すると、上記の不具合を解決することができる。即ち、各電極５５に形成されたスペーサ配置用貫通穴５６の穴径が基準寸法である場合には、図６（ｂ）に示すように、絶縁スペーサ５１は、下段突起部５３のテーパ面５３ａと上段突起部５４のテーパ面５４ａとの境界に接するように配置される。スペーサ配置用貫通穴５６の穴径が基準寸法よりも大きい場合には、図６（ａ）に示すように、絶縁スペーサ５１は、下段突起部５３のテーパ面５３ａに接するように配置される。スペーサ配置用貫通穴５６の穴径が基準寸法よりも小さい場合には、図６（ｃ）に示すように、絶縁スペーサ５１は、上段突起部５４のテーパ面５４ａに接するように配置される。このようにスペーサ配置用貫通穴５６の穴径によって各電極５５の位置ズレが起きることは無いため、各電極５５の位置精度が高くなり、各電極５５間の距離が等しくなる。また、電極５５のガタツキが生じないため、衝撃によって出力信号が変化することが防止される。

図１〜図３に戻り、以上のように構成された光電子増倍管１では、受光面板３側から光電面４に光（ｈν）が入射すると、この光電面４において光が光電変換されて密封容器８内に電子（ｅ−）が放出される。放出された電子は、収束電極１１によって電子増倍部９の一段目のダイノード１０ａに収束される。そして、電子は電子増倍部９内で順次増倍されていき、最終段のダイノード１０ｂから２次電子群が放出される。この２次電子群はアノード１２に導かれ、このアノード１２と接続されたアノードピン１３を介して外部に出力される。

続いて、上述したステム５の構成について更に詳細に説明する。ここで、ステム５において、光電子増倍管１の密封容器８の形成時に真空となる側を内側（上側）とする。ステム５は、ベース材１４と、ベース材１４の上側（内側）に接合された上側押え材１５と、ベース材１４の下側（外側）に接合された下側押え材１６とによる３層構造とされている。そして、ステム５の側面には、上述したリング状側管７が固定されている。本実施形態においては、ステム５を構成するベース材１４の側面とリング状側管７の内壁面とを接合することにより、リング状側管７に対してステム５を固定している。ここで、下側押え材１６の下側（外側）の面は、リング状側管７の下端よりも下側に突出しているが、リング状側管７に対するステム５の固定位置は上記形態に限られるものではない。

ベース材１４は、例えばコバールを主成分とし、例えば融点が約７８０度とされた絶縁性ガラスから構成された円板状の部材であり、下面側からの光が密封容器８内に透過しない程度の黒色とされている。また、ベース材１４には、図７に示すように、ステムピン６の外径とほぼ同径の開口１４ａがベース材１４の外周部に沿うように複数（１５個）形成されている。

上側押え材１５は、コバールに例えばアルミナ系粉末を添加することにより、例えば融点が約１１００度とベース材１４より高融点とされた絶縁性ガラスから構成された円板状の部材であり、密封容器８内の発光を効果的に吸収すべく黒色とされている。また、上側押え材１５には、図８に示すように、ベース材１４と同様に複数（１５個）の開口１５ａが形成されている。各開口１５ａは、ベース材１４に形成された開口１４ａよりも大径とされている。さらに、これらの開口１５ａのうちの少なくとも二箇所以上は、ベース材１４に対する位置決め用治具（図示せず）の進入を可能とすべく、他の開口１５ａよりも更に大径の大径開口１５ｂとされている。ここでは、大径開口１５ｂは、アノードピン１３が通る開口１５ａを除く３箇所に９０度の位相角をもって配置されている。

また、上側押え材１５の上面（ベース材１４に対する接合面とは反対側の面）において、開口１５ａよりも内側（中心側）の領域には、上記の電極積層部５０を載置させる複数の支持用突起６０が設けられている。ここでは、支持用突起６０は、図８に示すように、上記の電極積層部５０を構成する各薄板型電極間に配置された絶縁スペーサ５１と同じ数（４つ）だけ設けられている。電極積層部５０は、図３に示すように、各絶縁スペーサ５１の配置部位を支持用突起６０に一致させた状態で各支持用突起６０上に支持されている。言い換えれば、電極積層部５０の各薄板型電極間に支持用突起６０と同じ数だけ設けられた絶縁スペーサ５１は、各々が側管２の管軸方向において支持用突起６０と同軸となるように配置されている。このような支持用突起６０はステムピン６を挿通させていないので、ステムピン６を介して印加される電位や、ステムピン６の位置及び数等に依存することなく、電極積層部５０を支持することができる。

下側押え材１６は、上側押え材１５と同様に、コバールに例えばアルミナ系粉末を添加することにより、例えば融点が約１１００度とベース材１４より高融点とされた絶縁性ガラスから構成された円板状の部材であり、添加するアルミナ系粉末の組成の違いにより白色を呈すると共に、ベース材１４及び上側押え材１５よりも高い物理的強度を有している。また、下側押え材１６にも、図９に示すように、上側押え材１５と同様に複数（１５個）の開口１６ａが形成されている。これらの開口１６ａのうちの少なくとも二箇所以上は、位置決め用治具（図示せず）の進入を可能とすべく大径開口１６ｂとされている。ここでは、大径開口１６ｂは、アノードピン１３が通る開口１６ａを含む４箇所に９０度の位相角をもって配置されている。さらに、下側押え材１６の中央部分には、ベース材１４が溶融により浸出するための円形状のベース材浸出開口１６ｃが形成されている。

上記のベース材１４、上側押え材１５及び下側押え材１６は、図３に示すように、各開口１４ａ，１５ｂ，１６ａ及び各大径開口１５ｂ，１６ｂの軸心位置を合わせた状態で重ね合わされ、各開口１４ａ，１５ａ，１６ａにそれぞれステムピン６を挿通させた状態で、ベース材１４の溶融によって融着接合されている。より具体的には、ベース材１４の両面に上側押え材１５及び下側押え材１６が密着して接合されていると共に、各ステムピン６が上側押え材１５の各開口１５ａ及び下側押え材１６の各開口１６ａを挿通して、ステム５の上面及び下面における各ステムピン６の貫通部の全周囲にベース材１４を底面とする凹部５ａが形成され、各ステムピン６はこの凹部５ａの底面においてベース材１４に密着して接合されている。

続いて、上述のように構成されたステム５の製造例について、図１０を参照しながら説明する。まず図１０（ａ）に示すように、ベース材１４、上側押え材１５及び下側押え材１６を、各開口１４ａ，１５ａ，１６ａの軸心位置を合わせた状態で重ね合わせ、ベース材１４にリング状側管７を嵌め込むと共に、各開口１４ａ，１５ａ，１６ａにステムピン６を挿通させ、各ステムピン６の両端部をそれぞれ保持した上下２つの位置決め用治具（図示せず）の突起部を大径開口１５ｂ，１６ｂに進入させる。なお、セットするリング状側管７と各ステムピン６とには、ベース材１４との溶着性を高めるべく予め表面酸化処理を施しておくのが望ましい。

続いて、そのようにセットしたステム５を電気炉（図示せず）に投入し、約８５０度〜９００度の温度（ベース材１４の融点より高く、上側押え材１５及び下側押え材１６の融点よりも低い温度）において位置決め治具（図示せず）によりステム５を挟むように加圧しながら焼結させる。この焼結処理により、図１０（ｂ）に示すように、融点が約７８０度であるベース材１４のみが溶融し、ベース材１４と各押え材１５，１６、各ステムピン６及びリング状側管７とが融着される。このとき、ベース材１４は各部品との密着性を高めるため、ボリュームが多めに調整されているが、位置決め用治具（図示せず）の突起部の端面によって大径開口１５ｂ，１６ｂ内でのベース材１４の高さ方向の位置決めがなされ、溶融したベース材１４の余分なボリュームは下側押え材１６のベース材浸出開口１６ｃ内に逃がされる。このため、上側押え材１５の開口１５ａ及び下側押え材１６の開口１６ａを通じてベース材１４がステム５の表面にはみ出すことは殆ど無い。このようにステム５を、ベース材１４の溶融によってベース材１４と押え材１５，１６とを接合する３層構造としたので、ステム５両面の位置精度、平坦度、水平度が確保されるようになる。その後、ステム５を電気炉から取り出し、上下の位置決め用治具を取り外すことで、ステム５の製造が完了する。

そして、このように得られたステム５の上面に設けられた各支持用突起６０上に、電子増倍部９、収束電極１１及びアノード１２からなる電極積層部５０を載置し、ダイノード接続片１０ｃ、アノード接続片１２ａ、集束電極１１に具備された突出片１１ａの各々とこれらに対応するステムピン６とを溶接することによって、電極積層部５０をステム５に対して圧接して固定する。このとき、上述したように、各絶縁スペーサ５１の配置部位が各支持用突起６０の位置と一致するように電極積層部５０を各支持用突起６０上に載せることにより、圧接時に生じる力に対する電極積層部５０の物理的強度が強くなるため、電極積層部５０の歪みや変形等を防止することができる。その後、受光面板３が固定された側管２をリング状側管７に溶接固定して組み立てることで、図１〜図３に示す所謂ヘッドオン型の光電子増倍管１が得られる。

このとき、上述したようにステム５両面の位置精度、平坦度、水平度が確保されているので、支持用突起６０を含むステム５の上面に対して設置される電子増倍部９と光電面４との間の位置精度や、電子増倍部９の着座性が高められるため、光電変換効率といった特性が良好になる。また、光電子増倍管１全長の寸法精度や、光電子増倍管１を表面実装する際の取付性が高められる。

ここで、比較例として、ステム５に上記の支持用突起６０が設けられていない場合の要部拡大断面図を図１１に示す。同図において、ステム５におけるステムピン６の貫通部の全周囲は、ベース材１４を底面とする凹部５ａとされている。このため、導電性の最終段ダイノード１０ｂと絶縁性の上側押え材１５と真空とが交わるポイントであるトリプルジャンクションＸ１から、導電性のステムピン６と絶縁性のベース材１４と真空とが交わるポイントであるトリプルジャンクションＸ２までのステム５（絶縁体）に沿う沿面距離Ｙは、凹部５ａが無い場合と比べて、凹部５ａの高さ分だけ長くなる。また、この凹部５ａの形成によりステムピン６，６間での絶縁体に沿う沿面距離も同時に長尺化されるため、沿面放電の発生が抑制され、電圧耐性が良くなる。

これに対し本実施形態では、上側押え材１５の上面に設けられた支持用突起６０上に電極積層部５０が支持されているので、図１２に示すように、最終段ダイノード１０ｂと上側押え材１５と真空とが交わる上記のトリプルジャンクションＸ１は、支持用突起６０の上面と最終段ダイノード１０ｂとの接触縁部に位置することになる。つまり、トリプルジャンクションＸ１は、電界の弱い領域である最終段ダイノード１０ｂの裏面に隠蔽される状態となるため、図１１に示す比較例に比べて、沿面放電の発生が更に抑制される。また、トリプルジャンクションＸ１から上記トリプルジャンクションＸ２までのステム５の面に沿う沿面距離Ｙは、図１１に示す比較例に比べて、支持用突起６０の高さ分だけ長くなる。このため、沿面放電の発生がより一層抑制される。

このように本実施形態によれば、ステム５におけるステムピン６の貫通部に凹部５ａを形成したことに加え、上側押え材１５の上面に、電極積層部５０を載置させる複数の支持用突起６０を設けたので、沿面放電の発生を十分に抑制することができる。これにより、光電子増倍管１の電圧耐性が十分に高められるので、光電子増倍管１の絶縁破壊を確実に防止することができる。

上記の光電子増倍管１の変形例を図１３に示す。なお、同図では、構造を分かりやすく示す便宜上、図３とは異なり、２つの支持用突起６０を通るような側断面図としている。図１３に示す光電子増倍管７０は、電極積層部５０を構成する複数の薄板型電極１０〜１２のうち最もステム５側に位置する最終段ダイノード１０ｂに、上側押え材１５の上面に形成された各支持用突起６０と嵌合する複数の支持用凹部７１を形成したものである。これらの支持用凹部７１は、最終段ダイノード１０ｂにおける各絶縁スペーサ５１に対応する位置に形成されている。その他の構成は、光電子増倍管１と同等である。このような支持用凹部７１を最終段ダイノード１０ｂに設けることにより、電極積層部５０を各支持用突起６０上に載置する際に、例えば電極積層部５０をステム５の所望位置に対して精度良く位置決めすることができる。また、電極積層部５０を各支持用突起６０上に安定して支持させることもできる。

上記の光電子増倍管１の別の変形例を図１４に示す。同図に示す光電子増倍管２０は、ステム５の中央部分に金属製の排気管１９を設けたものである。この排気管１９は、光電子増倍管２０の組み立て終了後に密封容器８の内部を真空ポンプ（図示しない）等によって排気して真空状態にするために利用することができる。その他の構成は、光電子増倍管１と同等である。

上記の光電子増倍管１の別の変形例を図１５に示す。同図に示す光電子増倍管２６は、ステム５に固定したリング状側管７に、上記の側管２よりも長尺の側管２７を嵌め合わせて、リング状側管７の下端部に形成されたフランジ部７ａと側管２７の下端部に形成されたフランジ部２７ａとを溶接固定したものである。その他の構成は、図１４に示す光電子増倍管２０と同等である。

図１６は、上述した光電子増倍管１を備えた放射線検出装置を示す構成図である。同図において、放射線検出装置２１は、光電子増倍管１の受光面板３の上側（外側）に設置され、放射線を光に変換して放出するシンチレータ２２を備えている。このような放射線検出装置２１は光電子増倍管１を有しているので、上述したように沿面放電の発生を十分に抑制し、十分な電圧耐性を確保することができる。

なお、上記の実施形態では、ステム５を構成するベース材１４、上側押え材１５及び下側押え材１６をいずれも絶縁材料で形成したが、沿面放電の発生を抑制して電圧耐性を上げるためには、少なくともステム５における電極積層部５０と対峙する面が絶縁されていれば良いため、ベース材１４の外側（下側）に接合される下側押え材１６は導電性であっても良い。また、上記の実施形態では、ステム５をベース材１４、上側押え材１５及び下側押え材１６からなる３層構造としたが、４層以上の構造であっても良い。この場合、ベース材を含む全ての層を絶縁材料で形成しても良いし、或いは例えばベース材の内側（上側）に導電層を形成し、その導電層の上側に、支持用突起を有する押え材を形成しても良い。

［第２実施形態］
図１７は、本発明に係る光電子増倍管の第２実施形態を示す側断面図である。本実施形態の光電子増倍管２８は、第１実施形態におけるステム５に代えて、ステム２９を有している。ステム２９は、上記のベース材１４と同質の円板状のベース材３０と、ベース材３０の上側（内側）に接合された上側押え材１５とからなる２層構造とされている。つまり、光電子増倍管２８のステム２９には、上記の下側押え材１６が設けられていない。

図１８はベース材３０の平面図であり、図１９はベース材３０の底面図である。ベース材３０には、上側がステムピン６の外径とほぼ同径であり、下側がステムピン６の外径よりも大径とされた開口３０ａがベース材３０の外周部に沿うように複数（１５個）形成されている。また、ベース材３０の開口３０ａのうち、アノードピン１３が通る開口３０ａを含む所定の４箇所は、位置決め用治具（図示せず）の進入を可能とすべく、下側の外径が他の開口３０ａの下側の外径よりも大径とされた大径開口３０ｂとされている。さらに、ベース材３０の下部中央部分には、ベース材３０が溶融により浸出するための円形状のベース材浸出凹部３０ｃ（図２０参照）が形成されている。

これらのベース材３０及び上側押え材１５は、図１７に示すように、各開口３０ａ,１５ａ及び各大径開口３０ｂ,１５ｂの軸心位置を合わせた状態で重ね合わされ、各開口３０ａ,１５ａにそれぞれステムピン６を挿通させた状態で、ベース材３０の溶融によって融着接合されている。より具体的には、ベース材３０の上面に上側押え材１５が密着して接合されていると共に、各ステムピン６がベース材３０の各開口３０ａの下側部分及び上側押え材１５の各開口１５ａを挿通して、ステム２９の上面及び下面における各ステムピン６の貫通部の全周囲にベース材３０を底面とする凹部２９ａが形成され、各ステムピン６はこの凹部２９ａの底面においてベース材３０に密着して接合されている。

このようなステム２９の製造においても、第１実施形態に係るステム５と同様の方法を用いることができる。具体的には、まず図２０（ａ）に示すように、ベース材３０及び上側押え材１５を、各開口３０ａ，１５ａの軸心位置を合わせた状態で重ね合わせ、ベース材３０にリング状側管７を嵌め込むと共に、各開口３０ａ，１５ａにステムピン６を挿通させ、各ステムピン６の両端部をそれぞれ保持した上下２つの位置決め用治具（図示せず）の突起部を大径開口３０ｂ，１５ｂに進入させる。

続いて、そのようにセットしたステム２９を電気炉に投入し、第１実施形態と同様の条件下で焼結処理を行う。この焼結処理により、図２０（ｂ）に示すように、ベース材３０と上側押え材１５、各ステムピン６及びリング状側管７とがベース材３０の溶融によって融着される。このとき、位置決め用治具（図示せず）の突起部の端面によって大径開口３０ｂ,１５ｂ内でのベース材３０の高さ方向の位置決めがなされ、溶融したベース材３０の余分なボリュームはベース材浸出凹部３０ｃ内に逃がされる。このため、上側押え材１５の開口１５ａ及びベース材３０の開口３０ａの下側部分を通じてベース材３０がステム２９の表面にはみ出すことは殆ど無い。これにより、図１７に示すようなステム２９が得られる。このようにステム２９を、ベース材３０の溶融によってベース材３０と押え材１５とを接合する２層構造としたので、ステム２９上面の位置精度、平坦度、水平度が確保される。従って、ステム２９の上面に対して設置される電子増倍部９と光電面４との間の位置精度や、電子増倍部９の着座性が高められる。

このように構成された光電子増倍管２８においても、第１実施形態と同様に、最終段ダイノード１０ｂと上側押え材１５と真空とが交わるトリプルジャンクションＸ１からステムピン６とベース材１４と真空とが交わるトリプルジャンクションＸ２までの沿面距離が長くなると共に、トリプルジャンクションＸ１は最終段ダイノード１０ｂの裏面に隠蔽される状態となる。これにより、沿面放電の発生を十分に抑制し、光電子増倍管２８の電圧耐性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、ステム２９をベース材３０と上側押え材１５とからなる２層構造としたが、ベース材と下側押え材とからなる２層構造のステムとしても良い。この場合には、ベース材の上面に複数の支持用突起６０を設ければ良い。また、本実施形態において、図１３〜図１６に示した構成を採用しても良い。

［第３実施形態］
図２１は、本発明に係る光電子増倍管の第３実施形態を示す側断面図である。本実施形態の光電子増倍管３４は、第１実施形態におけるステム５に代えて、ステム３５を有している。ステム３５は、ベース材１４と同質の円板状のベース材３６による単層構造とされている。つまり、光電子増倍管３４のステム３５には、上側押え材１５及び下側押え材１６が設けられていない。

図２２はベース材３６の平面図であり、図２３はベース材３６の底面図である。ベース材３６には、中間部分がステムピン６の外径とほぼ同径であり、上部及び下部がステムピン６の外径よりも大径とされた開口３６ａがベース材３６の外周部に沿うように複数（１５個）形成されている。また、これらの開口３６ａのうちアノードピン１３が通る開口３６ａを除く所定の３箇所の上部及び下部と、アノードピン１３が通る開口３６ａの下部とは、押え用治具（図示せず）の進入を可能とすべく、上部及び下部の外径が他の開口３６ａの上部及び下部の外径よりも大径とされた大径開口３６ｂとされている。さらに、ベース材３６の下部中央部分には、ベース材３０が溶融により浸出するための円形状のベース材浸出凹部３６ｃ（図２４参照）が形成されている。

また、ベース材３６の上面には、複数の支持用突起６０が設けられている。この支持用突起６０の数や配置部位は、第１実施形態と同様である。

ベース材３６は、図２１に示すように、各開口３６ａにそれぞれステムピン６を通した状態で、ベース材３６の溶融によってステムピン６と融着接合されている。より具体的には、各ステムピン６がベース材３６の各開口３６ａの上部及び下部を挿通して、ステム３５の上面及び下面における各ステムピン６の貫通部の全周囲にベース材３６を底面とする凹部３５ａが形成され、各ステムピン６はこの凹部３５ａの底面においてベース材３６に密着して接合されている。

このようなステム３５を製造する場合にも、第１実施形態に係るステム５と同様の方法を用いることができる。具体的には、まず図２４（ａ）に示すように、ベース材３６にリング状側管７を嵌め込むと共に、ベース材３６の各開口３６ａにステムピン６を挿通させ、各ステムピン６の両端部をそれぞれ保持した上下２つの押え用治具（図示せず）の突起部を大径開口３６ｂに進入させる。

続いて、セットしたステム３５を電気炉に投入し、前述と同様の条件下で焼結処理を行う。この焼結処理により、図２４（ｂ）に示すように、ベース材３６と各ステムピン６及びリング状側管７とがベース材３６の溶融によって融着される。このとき、押え治具（図示せず）の突起部の端面によって大径開口３６ｂ内でのベース材３６の高さ方向の位置決めがなされ、溶融したベース材３６の余分なボリュームはベース材浸出凹部３６ｃ内に逃がされる。これにより、図２１に示すようなステム３５が得られる。

このように構成された光電子増倍管３４においても、第１実施形態と同様に、最終段ダイノード１０ｂとベース材３６と真空とが交わるトリプルジャンクションＸ１からステムピン６とベース材３６と真空とが交わるトリプルジャンクションＸ２までの沿面距離が長くなると共に、トリプルジャンクションＸ１は最終段ダイノード１０ｂの裏面に隠蔽される状態となる。これにより、沿面放電の発生を十分に抑制し、光電子増倍管２８の電圧耐性を向上させることができる。

なお、本実施形態においても、図１３〜図１６に示した構成を採用しても良いことは言うまでもない。

以上、本発明に係る光電子増倍管及び放射線検出装置の好適な実施形態について幾つか説明してきたが、本発明は、上記実施形態には限定されるものではない。例えばステムの上面に設ける支持用突起６０の形状については、特に上記実施形態のように点状には限られず、例えば直線状や環状を含む曲線状であっても良い。

また、上記実施形態では、ステムを２層以上で構成する場合、例えばベース材の内側（上側）に上側押え材１５を接合したが、この上側押え材１５の上側の面に、更に絶縁性の材料を積層し、この積層した絶縁性の材料によって支持用突起６０を形成しても良い。また、支持用突起６０はステムと一体に形成しても良いし、突起なる部材をステムとは別体で形成してステム上面に接合することによって形成しても良い。

また、上記実施形態では、電極積層部５０の最もステム側に位置する薄板型電極を最終段ダイノード１０ｂとし、その最終段ダイノード１０ｂの１段上の薄板型電極を陽極１２としたが、電極積層部５０の最もステム側に位置する薄板型電極が陽極１２であり、その陽極１２の１段上の薄板型電極が最終段ダイノード１０ｂであっても良い。このとき、図１３に示すような構成を採用する場合には、最もステム側に位置する陽極１２に支持用凹部７１を設けることになる。

本発明に係る光電子増倍管の第１実施形態を示す平面図である。 図１に示した光電子増倍管の底面図である。 図１に示した光電子増倍管のIII-III線断面図である。 図３に示した絶縁スペーサの具体的構造を示す側面図及び平面図である。 比較例として球型の絶縁スペーサを各薄板型電極間に配置した状態を示す断面図である。 図３に示した絶縁スペーサを各薄板型電極間に配置した状態を示す断面図である。 図３に示したステムを構成するベース材の平面図である。 図３に示したステムを構成する上側押え材の平面図である。 図３に示したステムを構成する下側押え材の平面図である。 図３に示したステムの製造例を示す側断面図である。 比較例として、支持用突起が設けられていないステムを有する光電子増倍管の要部拡大断面図である。 図３に示した光電子増倍管の要部拡大断面図である。 図３に示した光電子増倍管の変形例を示す側断面図である。 図３に示した光電子増倍管の別の変形例を示す側断面図である。 図３に示した光電子増倍管の更に別の変形例を示す側断面図である。 図３に示した光電子増倍管を備えた放射線検出装置を示す側断面図である。 本発明に係る光電子増倍管の第２実施形態を示す側断面図である。 図１７に示したステムを構成するベース材の平面図である。 図１８に示したベース材の底面図である。 図１７に示したステムの製造例を示す側断面図である。 本発明に係る光電子増倍管の第３実施形態を示す側断面図である。 図２１に示したステムを構成するベース材の平面図である。 図２２に示したベース材の底面図である。 図２１に示したステムの製造例を示す側断面図である。

符号の説明

１，２０，２６，２８，３４，７０…光電子増倍管、２，２７…側管、３…受光面板、４…光電面、５，２９，３２，３５…ステム、６…ステムピン、７…リング状側管（側管）、８…密封容器、９…電子増倍部、１０…ダイノード（電極）、１１…収束電極、１２…アノード（陽極、電極）、１４，３０，３３，３６…ベース材、１５…上側押え材（押え材）、１６…下側押え材（押え材）、２１…放射線検出装置、２２…シンチレータ、５０…電極積層部、５１…絶縁スペーサ、６０…支持用突起、７１…支持用凹部。

Claims (5)

1. 真空状態とされた密封容器内に設けられ、当該密封容器の一側の端部を構成する受光面板を通して入射した入射光を電子に変換する光電面と、前記密封容器内に設けられ、前記光電面から放出された電子を増倍するための複数のダイノード及び当該ダイノードにより増倍された電子を出力信号として取り出すための陽極を含む複数の電極を積層して成る電極積層部と、前記密封容器の他側の端部を構成するステムと、前記ステムに挿着されて前記密封容器内から外部に導出すると共に前記各電極に電気的に接続された複数のステムピンと、を具備した光電子増倍管において、
   前記ステムピンは、前記電極積層部を囲むように配置されており、
   前記ステムは絶縁性を有していると共に、前記ステムの内側の面における前記ステムピンよりも前記ステムの中心側の領域には、前記電極積層部を載置させる複数の支持用突起が設けられており、
   前記電極積層部は、前記複数の支持用突起に直に載置されていることを特徴とする光電子増倍管。
2. 前記ステムは、前記ステムピンを貫通させて接合する絶縁性のベース材と、前記ベース材よりも高い融点を有し、前記ベース材の内側の面に接合されると共に前記ステムピンを挿通させる絶縁性の押え材と、を少なくとも備える二層以上の構造とされ、
   前記支持用突起は、前記押え材における前記ベース材に対する接合面とは反対側の面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光電子増倍管。
3. 前記各電極間には絶縁スペーサが配置されており、
   前記支持用突起は、前記ステムの内側の面における前記各絶縁スペーサの配置部位に対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の光電子増倍管。
4. 前記複数の電極のうち最も前記ステム側に位置する電極には、前記支持用突起と嵌合する支持用凹部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光電子増倍管。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の光電子増倍管の前記受光面板の外側に、放射線を光に変換して放出するシンチレータを設置して成ることを特徴とする放射線検出装置。
   

Images