JP7033501B2 - 1st stage dynode and photomultiplier tube - Google Patents

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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。 The present invention relates to a first stage dynode and a photomultiplier tube.

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。 As a first-stage dynode used for a photomultiplier tube, those exhibiting various shapes have been proposed. For example, Patent Document 1 describes a first-stage dynode for the purpose of improving photoelectron collection efficiency, which has a teacup shape having a flat bottom surface. In the first stage dynode described in Patent Document 1, the electron emission surface is formed by a flat bottom surface having a teacup shape. Further, Patent Document 2 describes, as a first-stage dynode for the purpose of acquiring a signal current independent of the incident position of the photocathode, a funnel-shaped receptacle into which photoelectrons are incident. In the first stage dynode described in Patent Document 2, the electron emission surface is composed of three planes and one curved surface which are connected so as to be curved in a concave shape, and the electron emission surface is orthogonal to the electron emission surface. A pair of side surfaces are provided on both sides.

米国特許第4112325号明細書U.S. Pat. No. 4,112,325 特公平8-12772号公報Special Fair 8-12772 Gazette

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。 However, in the first-stage dynode described in Patent Document 1, since the electron emission surface is formed by the flat bottom surface having a teacup shape, the secondary electrons from the first-stage dynode to the second-stage dynode It becomes difficult to adjust the traveling time, and as a result, there may be a difference in the traveling time of the secondary electrons from the first stage die node to the second stage die node. Further, in the first-stage dynode described in Patent Document 2, since a pair of side surfaces are provided on both sides of the electron emission surface so as to be orthogonal to the electron emission surface, the electrons are emitted from the central region of the electron emission surface. While the secondary electrons travel linearly, the secondary electrons emitted from the region near the side surface of the electron emitting surface may repel the side surface of the same potential and travel, and as a result, the first stage dynode There may be a difference in the traveling time of secondary electrons from to the second stage dynode. Therefore, in the first stage dynode described in Patent Documents 1 and 2, the electron traveling time difference (Cathode Transit Time Difference) and the electron traveling time expansion (TTS) in the photomultiplier tube are used. .: It is expected that it will be difficult to suppress Transit Time Spread).

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。 Therefore, an object of the present invention is to provide a first-stage die node capable of suppressing an electron traveling time difference and an electron traveling time spread in a photomultiplier tube, and a photomultiplier tube provided with such a first-stage die node.

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、底壁部の端部から外側に延在する第1保持部と、所定方向における一対の側壁部の両端部から一方の側に延在する一対の第2保持部と、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、1つの電子通過開口と対向する電子放出面が構成されており、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。 The first-stage dynode of the present invention is a first-stage dynode used for a photomultiplier tube, and is a pair of side wall portions extending from both ends of the bottom wall portion and the bottom wall portion in a predetermined direction to one side. A bottom is provided with a first holding portion extending outward from the end portion of the bottom wall portion and a pair of second holding portions extending outward from both ends of the pair of side wall portions in a predetermined direction. A bottom surface on one side of the wall and a pair of sides on one side of the pair of side walls constitute an electron emitting surface facing one electron passage opening, the bottom surface having a cross section perpendicular to a predetermined direction. It is a curved surface that curves concavely in the above, and each of the pair of side surfaces is a curved surface that curves concavely in a cross section parallel to a predetermined direction.

この第1段ダイノードでは、電子放出面を構成する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。また、電子放出面を構成する底面が、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。そのため、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容易となる。更に、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。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。 In this first stage dynode, each of the pair of side surfaces constituting the electron emission surface is a curved surface curved in a concave shape in a cross section parallel to a predetermined direction. Therefore, the farther each side surface is from the center of the electron emitting surface in a predetermined direction, the closer to one electron passing opening. As a result, both the mileage of the photoelectrons incident on each side surface and the mileage of the secondary electrons emitted from each side surface are shortened by the amount that each side surface approaches one electron passage opening. Further, the bottom surface constituting the electron emission surface is a curved surface that is concavely curved in a cross section perpendicular to a predetermined direction. Therefore, it becomes easy to adjust the traveling time of the secondary electrons from the first stage die node to the second stage die node. Further, since both the photoelectrons incident on the electron emission surface and the secondary electrons emitted from the electron emission surface pass through one (that is, the same) electron passage opening, the dependence of the electron traveling time on the incident position of the photoelectrons. Becomes smaller. Therefore, according to this first-stage dynode, it is possible to suppress the electron traveling time difference and the electron traveling time spread in the photomultiplier tube.

本発明の第1段ダイノードでは、第1保持部は、平板状を呈していてもよい。この構成によれば、光電子増倍管の管体内に設けられた支持部材に、第1保持部を用いて、第1段ダイノードを容易に且つ安定的に取り付けることができる。 In the first stage dynode of the present invention, the first holding portion may have a flat plate shape. According to this configuration, the first stage dynode can be easily and stably attached to the support member provided inside the photomultiplier tube by using the first holding portion.

本発明の第1段ダイノードでは、一対の第2保持部のそれぞれは、平板状を呈していてもよい。この構成によれば、光電子増倍管の管体内に設けられた支持部材に、一対の第2保持部を用いて、第1段ダイノードを容易に且つ安定的に取り付けることができる。 In the first stage dynode of the present invention, each of the pair of second holding portions may have a flat plate shape. According to this configuration, the first stage dynode can be easily and stably attached to the support member provided inside the photomultiplier tube by using the pair of second holding portions.

本発明の第1段ダイノードでは、底壁部、一対の側壁部、第1保持部、及び一対の第2保持部は、金属板によって一体的に形成されていてもよい。この構成によれば、第1段ダイノードの製造の容易化及び構造の単純化を図ることができる。 In the first stage dynode of the present invention, the bottom wall portion, the pair of side wall portions, the first holding portion, and the pair of second holding portions may be integrally formed of a metal plate. According to this configuration, it is possible to facilitate the manufacture of the first stage dynode and simplify the structure.

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。 In the first stage dynode of the present invention, the radius of curvature of each of the pair of side surfaces may be larger than 2 mm. According to this configuration, the electron traveling time difference and the electron traveling time spread can be suitably suppressed in the photomultiplier tube.

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。 In the first stage dynode of the present invention, if the width of the electron emission surface in a predetermined direction is L and the radius of curvature of each of the pair of side surfaces is R, then R ≧ 0.1 L may be established. According to this configuration, the electron traveling time difference and the electron traveling time spread can be suitably suppressed in the photomultiplier tube.

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、底壁部における光電陰極側の端部から第2段ダイノードとは反対側に延在する第1保持部と、所定方向における一対の側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第2保持部と、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、1つの電子通過開口と対向する電子放出面が構成されており、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。 The photomultiplier tube of the present invention includes a photocathode, a plurality of stages of dynodes, and an anode, and the plurality of stages of dynodes include first-stage dynodes and second-stage dynodes arranged on a predetermined surface. The first-stage dynode includes a bottom wall portion, a pair of side wall portions extending from both ends of the bottom wall portion in a predetermined direction perpendicular to a predetermined surface to the photocathode side and the second-stage dynode side, and a bottom wall portion. The first holding portion extending from the end on the photocathode side to the side opposite to the second stage dynode, and the both ends of the pair of side wall portions in a predetermined direction extend to the photocathode side and the second stage dynode side. It has a pair of second holding portions, and in the first stage dynode, the photocathode side and the bottom surface of the second stage dynode side in the bottom wall portion, and the photocathode side and the second stage dynode side in the pair of side wall portions. The pair of side surfaces constitutes an electron emission surface facing one electron transfer opening, the bottom surface is a curved surface that curves concavely in a cross section perpendicular to a predetermined direction, and each of the pair of side surfaces is oriented in a predetermined direction. It is a curved surface that curves concavely in a parallel cross section.

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。 According to this photomultiplier tube, it is possible to suppress the electron traveling time difference and the electron traveling time spread for the above-mentioned reason.

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。 According to the present invention, it is possible to provide a first-stage die node capable of suppressing an electron traveling time difference and an electron traveling time spread in a photomultiplier tube, and a photomultiplier tube provided with such a first-stage die node.

一実施形態の光電子増倍管の断面図である。It is sectional drawing of the photomultiplier tube of one Embodiment. 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。FIG. 3 is a cross-sectional view of an electron multiplier and an anode shown in FIG. 一実施形態の第1段ダイノードの斜視図である。It is a perspective view of the 1st stage dynode of one Embodiment. 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。It is sectional drawing of the 1st stage dynode along the IV-IV line shown in FIG. 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。It is sectional drawing of the 1st stage dynode along the VV line shown in FIG. 比較例の第1段ダイノードの斜視図である。It is a perspective view of the 1st stage dynode of the comparative example. 電子の走行軌道を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the traveling trajectory of an electron. 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。It is a figure which shows the electron traveling time difference and the electron traveling time spread of the photomultiplier tube which used the 1st stage dynode of 1st Example. 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。It is a figure which shows the electron traveling time difference and the electron traveling time spread of the photomultiplier tube which used the 1st stage dynode of the 2nd Example. 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。It is a figure which shows the electron traveling time difference and the electron traveling time spread of the photomultiplier tube which used the 1st stage dynode of the 3rd Example. 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。It is a figure which shows the electron traveling time difference and the electron traveling time spread of the photomultiplier tube which used the 1st stage dynode of 4th Example. 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。It is a figure which shows the electron traveling time difference of the photomultiplier tube which used the 1st stage dynode of the 1st comparative example, and the photomultiplier tube which used the 1st stage dynode of 5th Example.

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]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
[Structure of photomultiplier tube]

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。 As shown in FIG. 1, the photomultiplier tube 1 includes a tube body 2, a photocathode 3, an acceleration electrode 4, a convergence electrode 5, an electron multiplier 6, and an anode 7. .. The electron multiplier 6 has a plurality of stages (for example, 10 stages) of dynodes 10. In the following description, the side on which light is incident on the photomultiplier tube 1 is referred to as "front" and the opposite side is referred to as "rear". Further, the tube axis (central axis) of the tube body 2 is the "Z axis", and the axes orthogonal to the surface (the surface including the Z axis) in which the dynodes 10 of a plurality of stages are arranged are the "X axis", the Z axis and the X axis. The axis orthogonal to is defined as the "Y axis".

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。 The tube 2 accommodates a photocathode 3, an accelerating electrode 4, a converging electrode 5, an electron multiplier 6 and an anode 7 in a vacuumed space. The tube body 2 is a glass bulb having light transmission. The tubular body 2 has a oblate spherical portion 2a having a Z-axis as a central axis and a cylindrical portion 2b having a Z-axis as a central axis on the rear side of the oblate spherical portion 2a. The oblate spherical portion 2a and the cylindrical portion 2b are integrally formed as one glass bulb. As an example, the outer diameter of the oblate spherical portion 2a when viewed from the front side is about 200 mm, and the outer diameter of the cylindrical portion 2b is about 85 mm.

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。 The photocathode 3 is provided on the inner surface of the tube body 2. Specifically, the photocathode 3 is provided on the inner surface of the region of the front half of the oblate spherical portion 2a. The photocathode 3 constitutes a transmissive photoelectric surface, and is formed of, for example, an antimonyated potassium-cesium type (bialkali) material or another well-known material. When light is incident on the photocathode 3 from the front side, optoelectronics are emitted from the photocathode 3 to the rear side due to the photoelectric effect. As an example, the outer diameter of the photocathode 3 (that is, the effective diameter of the photomultiplier tube 1) when viewed from the front side is about 200 mm. The broken line shown in FIG. 1 indicates the orbital (typical orbital) of the photoelectrons emitted from the photocathode 3.

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。 The accelerating electrode 4 is arranged behind the photocathode 3. A predetermined voltage is applied to the accelerating electrode 4. The accelerating electrode 4 is configured to accelerate the photoelectrons emitted from the photocathode 3 toward the electron multiplier 6. The focusing electrode 5 is arranged behind the accelerating electrode 4. A predetermined voltage is applied to the focusing electrode 5. The focusing electrode 5 is configured to converge the photoelectrons emitted from the photocathode 3 toward the electron multiplier 6.

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。 The electron multiplier 6 is arranged behind the focusing electrode 5. The plurality of dynodes 10 are arranged on a YZ plane (a plane including the Y axis and the Z axis). Each dynode 10 is made of, for example, stainless steel. A predetermined voltage is applied to each of the plurality of stages of dynodes 10. The electron multiplier 6, that is, the multi-stage dynode 10, is configured to multiply the photoelectrons emitted from the photocathode 3. The anode 7 is arranged on the YZ plane so as to face the final stage dynode 10. A predetermined voltage is applied to the anode 7. The anode 7 is configured to output secondary electrons emitted from the final stage dynode 10 as a signal current.

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]
The accelerating electrode 4, the converging electrode 5, each dynode 10 of the electron multiplier 6, and the anode 7 are supported by a support member (not shown) in the tubular body 2. The support member is attached to a stem (not shown) that seals the rear end portion of the columnar portion 2b. The stem is provided with wiring for applying voltage and wiring for signal current output as stem pins or cables.
[Structure of electron multiplier]

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。 As shown in FIG. 2, in the electron multiplier 6, the plurality of stages of die nodes 10 include a first stage die node 11, a second stage die node 12, and a third stage die node 13. In the following description, each die node including the first stage die node 11, the second stage die node 12, and the third stage die node 13 are collectively referred to as a die node 10. Further, the electron emission surface of each dynode including the electron emission surface 11a of the first stage dynode 11, the electron emission surface 12a of the second stage dynode 12, and the electron emission surface 13a of the third stage dynode 13, thereby incidenting electrons. The surface that emits secondary electrons) is collectively referred to as the electron emission surface 10a.

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。 The first-stage dynode 11 is arranged so that the electron emission surface 11a faces the photocathode 3 (see FIG. 1) and the electron emission surface 12a of the second-stage dynode 12. The second-stage dynode 12 is arranged so that the electron emission surface 12a faces the electron emission surface 11a of the first-stage dynode 11 and the electron emission surface 13a of the third-stage dynode 13. Similarly, each of the third and subsequent dynodes 10 except the dynode 10 in the final stage is arranged so that the electron emission surface 10a faces the electron emission surface 10a of the dynode 10 in the previous stage and the electron emission surface 10a of the dynode 10 in the subsequent stage. Has been done. The final stage dynode 10 is arranged so that its electron emission surface 10a faces the electron emission surface 10a and the anode 7 of the previous stage dynode 10.

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。 The first stage die node 11 has a bottom wall portion 111, a pair of side wall portions 112, a first holding portion 113, and a pair of second holding portions 114 (details will be described later). The electron emission surface 11a of the first stage dynode 11 is the photocathode 3 side and the bottom surface of the second stage dynode 12 side of the bottom wall portion 111, and the photocathode 3 side and the second stage dynode 12 side of the pair of side wall portions 112. It is composed of a pair of sides.

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。 The second stage die node 12 has a bottom wall portion 121 and a pair of holding portions 122. The electron emission surface 12a of the second stage die node 12 is composed of the bottom surface of the bottom wall portion 121 on the side of the first stage die node 11 and the side of the third stage die node 13. The pair of holding portions 122 extend from both ends of the bottom wall portion 121 in the X-axis direction (direction parallel to the X-axis) to the first-stage die node 11 side and the third-stage die node 13 side.

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。 The third stage die node 13 has a bottom wall portion 131 and a pair of holding portions 132. The electron emission surface 13a of the third-stage die node 13 is composed of the bottom surface of the bottom wall portion 131 on the second-stage die node 12 side and the fourth-stage die node 10 side. The pair of holding portions 132 extend from both ends of the bottom wall portion 131 in the X-axis direction to the second stage die node 12 side and the fourth stage die node 10 side.

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]
A pair of electron lens forming electrodes 14 are provided in a region between the first-stage dynode 11, the second-stage dynode 12, and the third-stage dynode 13. Specifically, the one electron lens forming electrode 14 is integrally formed with the one holding portion 132 so as to extend to the region between the one second holding portion 114 and the one holding portion 122. ing. The other electron lens forming electrode 14 is integrally formed with the other holding portion 132 so as to extend to the region between the other second holding portion 114 and the other holding portion 122. A predetermined voltage applied to the third stage dynode 13 is applied to the pair of electron lens forming electrodes 14. As a result, the potential distribution in the X-axis direction is flattened in the region between the first stage die node 11 and the second stage die node 12.
[1st stage die node configuration]

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。 As shown in FIGS. 3, 4 and 5, the first stage dynode 11 has a bottom wall portion 111, a pair of side wall portions 112, a first holding portion 113, and a pair of second holding portions 114. There is. The pair of side wall portions 112 are provided on one side (photocathode 3 side and second stage dynode 12 side) (see FIGS. 1 and 2) from both ends of the bottom wall portion 111 in the X-axis direction (predetermined direction perpendicular to a predetermined surface). )). The first holding portion 113 is outside from the end of the front side (photocathode 3 side (see FIGS. 1 and 2)) of the bottom wall portion 111 (the side opposite to the second stage die node (see FIGS. 1 and 2)). It is extended to. The pair of second holding portions 114 extend to one side from both ends of the pair of side wall portions 112 in the X-axis direction.

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。 The first holding portion 113 has a flat plate shape (for example, a rectangular plate shape) parallel to the XY plane. Each of the pair of second holding portions 114 has a flat plate shape parallel to the YZ plane. The first stage die node 11 is attached to a support member provided in the pipe body 2 via a first holding portion 113 and a pair of second holding portions 114.

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。 The electron emission surface 11a of the first stage dynode 11 is composed of a bottom surface 111a on one side of the bottom wall portion 111 and a pair of side surfaces 112a on one side of the pair of side wall portions 112. The electron emission surface 11a faces one electron passage opening 11b. In the first stage dynode 11, one electron passage opening 11b is defined by the bottom wall portion 111, the pair of side wall portions 112, and the one-sided edge portion of the pair of second holding portions 114. That is, both the photoelectrons incident on the electron emission surface 11a and the secondary electrons emitted from the electron emission surface 11a pass through one (that is, the same) electron passage opening 11b.

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。 The bottom surface 111a constituting the electron emission surface 11a is a curved surface curved in a concave shape in a cross section perpendicular to the X-axis direction (see particularly FIG. 4). In the present embodiment, the bottom surface 111a is a cylindrical surface (elliptical column surface, bi-curved column surface, radial column surface, composite surface thereof, etc.) whose longitudinal direction is the X-axis direction (the height direction of the cylinder). Each of the pair of side surfaces 112a constituting the electron emission surface 11a is a curved surface curved in a concave shape in a cross section parallel to the X-axis direction (see particularly FIG. 5). In the present embodiment, each side surface 112a corresponds to a chamfered surface when a round-shaped inner chamfer is applied to a corner portion (corner portion) formed by the bottom surface 111a and the inner surface of each second holding portion 114. The bottom surface 111a and each side surface 112a are connected to each other so that the curvatures are continuous. Further, the side surfaces 112a and the inner surfaces of the second holding portions 114 are also connected to each other so that the curvatures are continuous.

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。 Assuming that the width of the electron emission surface 11a in the X-axis direction is L and the radius of curvature of each of the pair of side surfaces 112a is R (see FIG. 5), R ≧ 0.1L is established in the first stage die node 11. Further, the radius of curvature R of each of the pair of side surfaces 112a is larger than 2 mm. As an example, the width L of the electron emission surface 11a in the X-axis direction is larger than 20 mm and smaller than 50 mm.

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]
The first stage dynode 11 having the above shape is integrally formed of a metal plate (for example, a stainless steel plate having a thickness of about 0.3 mm). That is, the bottom wall portion 111, the pair of side wall portions 112, the first holding portion 113, and the pair of second holding portions 114 are integrally formed by the metal plate. Here, being integrally formed by a metal plate means that the metal plate is formed by subjecting it to plastic working such as press working.
[Action and effect]

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。また、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。そのため、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。更に、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。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。 In the first stage dynode 11, each of the pair of side surfaces 112a constituting the electron emission surface 11a is a curved surface curved in a concave shape in a cross section parallel to the X-axis direction. Therefore, the farther each side surface 112a is from the center of the electron emission surface 11a in the X-axis direction, the closer to one electron passage opening 11b. As a result, both the mileage of the photoelectrons incident on each side surface 112a and the mileage of the secondary electrons emitted from each side surface 112a are shortened by the amount that each side surface 112a approaches one electron passage opening 11b. Further, the bottom surface 111a constituting the electron emission surface 11a is a curved surface curved in a concave shape in a cross section perpendicular to the X-axis direction. Therefore, it becomes easy to adjust the traveling time of the secondary electrons from the first stage die node 11 to the second stage die node 12. Further, since both the photoelectrons incident on the electron emission surface 11a and the secondary electrons emitted from the electron emission surface 11a pass through one (that is, the same) electron passage opening 11b, the electron traveling time with respect to the incident position of the photoelectrons Dependency becomes smaller. Therefore, according to the first stage dynode 11, it is possible to suppress the electron traveling time difference and the electron traveling time spread in the photomultiplier tube 1.

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。 Even if the entire electron emission surface is formed into a spherical shape, for example, in the first stage die node having such an electron emission surface, the traveling time of the secondary electrons from the first stage die node to the second stage die node is adjusted. It becomes difficult to effectively suppress the difference in electron traveling time and the spread of electron traveling time in the photomultiplier tube. Further, in order to suppress the difference in electron traveling time and the spread of electron traveling time, it is considered that the electron emission surface is formed only by the bottom surface 111a without providing the pair of side surfaces 112a, and the width of the electron emission surface in the X-axis direction is increased. Will be. However, since the size of the first-stage dynode having such an electron emitting surface is large, the outer diameter of the columnar portion 2b of the tube 2 must also be increased, and the water pressure resistance of the tube 2 must be increased. It becomes difficult to secure. Further, when the size of the first stage dynode becomes large, it becomes difficult to form the first stage dynode by subjecting the metal plate to plastic working such as press working. According to the first-stage dynode 11 described above, it is possible to suppress the electron traveling time difference and the electron traveling time spread in the photomultiplier tube 1 while suppressing the increase in the size.

また、第1段ダイノード11では、第1保持部113が平板状を呈している。この構成により、光電子増倍管1の管体2内に設けられた支持部材に、第1保持部113を用いて、第1段ダイノード11を容易に且つ安定的に取り付けることができる。 Further, in the first stage die node 11, the first holding portion 113 has a flat plate shape. With this configuration, the first stage dynode 11 can be easily and stably attached to the support member provided in the tube body 2 of the photomultiplier tube 1 by using the first holding portion 113.

また、第1段ダイノード11では、一対の第2保持部114のそれぞれが平板状を呈している。この構成により、光電子増倍管1の管体2内に設けられた支持部材に、一対の第2保持部114を用いて、第1段ダイノード11を容易に且つ安定的に取り付けることができる。 Further, in the first stage dynode 11, each of the pair of second holding portions 114 has a flat plate shape. With this configuration, the first stage dynode 11 can be easily and stably attached to the support member provided in the tube body 2 of the photomultiplier tube 1 by using the pair of second holding portions 114.

また、第1段ダイノード11では、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が、金属板によって一体的に形成されている。この構成により、第1段ダイノード11の製造の容易化及び構造の単純化を図ることができる。 Further, in the first stage die node 11, the bottom wall portion 111, the pair of side wall portions 112, the first holding portion 113, and the pair of second holding portions 114 are integrally formed by a metal plate. With this configuration, it is possible to facilitate the manufacture of the first stage dynode 11 and simplify the structure.

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。 Further, in the first stage die node 11, the radius of curvature R of each of the pair of side surfaces 112a is larger than 2 mm. With this configuration, the electron traveling time difference and the electron traveling time spread can be suitably suppressed in the photomultiplier tube 1.

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。 Further, in the first stage dynode 11, if the width of the electron emission surface 11a in the X-axis direction is L and the radius of curvature of each of the pair of side surfaces 112a is R, then R ≧ 0.1 L is established. With this configuration, the electron traveling time difference and the electron traveling time spread can be suitably suppressed in the photomultiplier tube 1.

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。 Here, in the first-stage die node 11 described above, the reason why the difference in the traveling time of the secondary electrons up to the second-stage die node 12 is unlikely to occur will be described in more detail.

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。 FIG. 6 is a perspective view of the first stage dynode 15 of the comparative example. As shown in FIG. 6, the first stage die node 15 of the comparative example is not provided with a pair of side wall portions 112, and the pair of second holding portions 114 intersect with the bottom wall portion 111. It is mainly different from the first stage dynode 11 described above. In the first stage die node 15 of the comparative example, the bottom surface 111a constitutes an electron emission surface 15a facing one electron passage opening 15b.

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。 In the first stage dynode 15 of the comparative example, as shown in FIG. 7A, the secondary electrons emitted from the central region due to the photoelectrons incident on the central region on the electron emitting surface 15a in the orbit A1 are generated. , Travels linearly on track B1. On the other hand, the secondary electrons emitted from the vicinity region by the photoelectrons incident on the orbit A2 in the vicinity region of the second holding portion 114 on the electron emission surface 15a repel the second holding portion 114 having the same potential. Then, it runs on the track B2. As a result, in the first stage die node 15 of the comparative example, a difference in the traveling time of the secondary electrons up to the second stage die node 12 is likely to occur.

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。 On the other hand, in the first-stage dynode 11 described above, as shown in FIG. 7 (b), secondary electrons emitted from the central region when photoelectrons are incident on the central region on the electron emission surface 11a in the orbit A1. Travels linearly on track B1. On the other hand, the secondary electrons emitted from the vicinity region (that is, the side surface 112a) of the second holding portion 114 on the electron emission surface 11a due to the incident of the photoelectrons in the orbit A2 are the second electrons having the same potential. Although it repels the holding portion 114 and travels in the orbit B2, the side surface 112a has the electron passage opening 11b for both the mileage of the photoelectrons incident on the vicinity region and the mileage of the secondary electrons emitted from the vicinity region. It becomes shorter as it gets closer. As a result, in the first-stage die node 11 described above, it is unlikely that there will be a difference in the traveling time of the secondary electrons up to the second-stage die node 12.

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。 Next, in the first stage dynode 11, the reason why it is more preferable that the radius of curvature R of each of the pair of side surfaces 112a constituting the electron emission surface 11a is larger than 2 mm will be described together with the simulation results.

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。 First, as a simulation model, a first-stage die node of the first embodiment, a first-stage die node of the second embodiment, a first-stage die node of the third embodiment, and a first-stage die node of the fourth embodiment were prepared. Each first-stage dynode corresponds to a stainless steel plate having a thickness of 0.3 mm formed by pressing. In each first stage die node, the width L of the electron emission surface in the X-axis direction was set to 30.6 mm.

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。 Each first-stage die node has the same configuration as the first-stage die node 11 described above, and differs from each other only in the following points. That is, the radius of curvature R of the first-stage die node of the first embodiment is 2 mm, the radius of curvature R of the first-stage die node of the second embodiment is 4 mm, and the radius of curvature R of the first-stage die node of the third embodiment is 6 mm. In the first stage dynode of the fourth embodiment, the radius of curvature R was set to 8 mm.

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。 The first stage die node of the first embodiment, the first stage die node of the second embodiment, the first stage die node of the third embodiment and the first stage die node of the fourth embodiment are attached to the same photomultiplier tube, respectively. In the simulation corresponding to the case where the photomultiplier tube was operated under the same conditions, the electron traveling time difference and the electron traveling time spread in the X-axis direction were measured.

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。 FIG. 8A is a diagram showing the difference in electron travel time of the photomultiplier tube using the first stage dynode of the first embodiment, and FIG. 8B is a diagram showing the electron travel time expansion in that case. It is a figure which shows. FIG. 9A is a diagram showing the difference in electron travel time of the photomultiplier tube using the first stage dynode of the second embodiment, and FIG. 9B is a diagram showing the electron travel time expansion in that case. It is a figure which shows. FIG. 10A is a diagram showing the difference in electron travel time of the photomultiplier tube using the first stage dynode of the third embodiment, and FIG. 10B is a diagram showing the electron travel time expansion in that case. It is a figure which shows. FIG. 11A is a diagram showing the difference in electron travel time of the photomultiplier tube using the first stage dynode of the fourth embodiment, and FIG. 11B is a diagram showing the electron travel time expansion in that case. It is a figure which shows.

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。 As shown in (a) of FIG. 8, (a) of FIG. 9, (a) of FIG. 10 and (a) of FIG. 11, the first stage dynode of the second embodiment and the first of the third embodiment. In the photomultiplier tube using the stage die node and the first stage die node of the fourth embodiment, the electron traveling time difference in the X-axis direction is larger than that of the photomultiplier tube using the first stage die node of the first embodiment. It was made even more uniform at both ends in the X-axis direction. Further, as shown in (b) of FIG. 8, (b) of FIG. 9, (b) of FIG. 10 and (b) of FIG. 11, the first stage dynode of the second embodiment and the third embodiment In the photomultiplier tube using the 1st stage die node and the 1st stage die node of the 4th embodiment, the electron traveling in the X-axis direction is compared with the photomultiplier tube using the 1st stage die node of the 1st embodiment. The time spread has been further reduced.

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。 From the above simulation results, the fact that the radius of curvature R of each of the pair of side surfaces constituting the electron emission surface is larger than 2 mm further suppresses the electron traveling time difference and the electron traveling time spread in the photomultiplier tube. It can be said that it is suitable.

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。 Next, in the first stage dynode 11, the reason why it is more preferable that R ≧ 0.1L is satisfied will be described together with the simulation results.

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。 From the above-mentioned simulation results, R ≧ 0.1 L was not established in the first stage die node (L: 30.6 mm, R: 2 mm) of the first embodiment, and the first stage die node (L:) of the second embodiment was not established. 30.6 mm, R: 4 mm), 1st stage die node (L: 30.6 mm, R: 6 mm) of the 3rd embodiment and 1st stage die node (L: 30.6 mm, R: 8 mm) of the 4th embodiment. Then, R ≧ 0.1L is established. Therefore, even if the width L of the electron emission surface in the X-axis direction is not 30.6 mm, the fact that R ≧ 0.1 L is established in the first stage die node causes an electron traveling time difference and an electron traveling time expansion in the photomultiplier tube. It was confirmed by simulation whether it can be said that it is more suitable for suppressing.

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)。 First, as a simulation model, a first-stage die node of the first comparative example and a first-stage die node of the fifth embodiment were prepared. Each first-stage dynode corresponds to a stainless steel plate having a thickness of 0.3 mm formed by pressing. In the first stage dynode of the first comparative example, the width L of the electron emitting surface in the X-axis direction is 34 mm, and the radius of curvature R of each of the pair of side surfaces is 0 mm (that is, the first stage dynode of the first comparative example). Has the same configuration as the first stage dynode 15 shown in FIG. 6). In the first stage dynode of the fifth embodiment, the width L of the electron emitting surface in the X-axis direction is 34 mm, and the radius of curvature R of each of the pair of side surfaces is 5 mm (that is, the first stage dynode of the fifth embodiment). Has the same configuration as the first-stage die node 11 described above).

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。 In the simulation corresponding to the case where the first stage dynode of the first comparative example and the first stage dynode of the fifth embodiment are attached to the same photomultiplier tube and the photomultiplier tube is operated under the same conditions, X is used. The difference in electronic travel time in the axial direction was measured. FIG. 12A is a diagram showing the difference in electron traveling time of the photomultiplier tube in which the first stage dynode of the first comparative example is used, and FIG. 12B is the first diagram of the fifth embodiment. It is a figure which shows the electron traveling time difference of the photomultiplier tube which used the stage dynode.

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]
As shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b), in the photomultiplier tube in which the first stage dynode of the fifth embodiment was used, the photomultiplier tube in which the first stage dynode of the first comparative example was used was used. Compared to the photomultiplier tube, the electron traveling time difference in the X-axis direction was made uniform at both ends in the X-axis direction. From this simulation result, it can be said that it is more preferable that R ≧ 0.1L is satisfied in the first stage dynode in order to suppress the electron traveling time difference and the electron traveling time spread in the photomultiplier tube.
[Modification example]

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。 The present invention is not limited to the embodiments described above. For example, the material and shape of each configuration are not limited to the above-mentioned materials and shapes, and various materials and shapes can be adopted. As an example, the first holding portion 113 is not limited to the rectangular plate shape, and may have another shape such as a semicircular plate shape.

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。 Further, the edge portion on one side of each of the pair of second holding portions 114 may be formed so as to protrude from the edge portion on one side of the bottom wall portion 111 and the pair of side wall portions 112. Alternatively, it may be formed so as to be recessed from the edge portion on one side of the bottom wall portion 111 and the pair of side wall portions 112.

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。 Further, the bottom wall portion 111, the pair of side wall portions 112, the first holding portion 113, and the pair of second holding portions 114 may not be formed in a plate shape. As an example, the bottom wall portion 111, the pair of side wall portions 112, the first holding portion 113, and the pair of second holding portions 114 are formed in a block shape, and the electron emission surface 11a as described above is formed by cutting or the like. It may have been done.

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、113…第1保持部、114…第2保持部。 1 ... Photomultiplier tube, 3 ... Photocathode, 7 ... Anode, 10 ... Dynode, 11 ... First stage dynode, 11a ... Electron emission surface, 11b ... Electron passage opening, 12 ... Second stage dynode, 111 ... Bottom wall Section, 111a ... bottom surface, 112 ... side wall portion, 112a ... side surface, 113 ... first holding portion, 114 ... second holding portion.

Claims (7)

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、
前記底壁部の端部から外側に延在する第1保持部と、
前記所定方向における前記一対の側壁部の両端部から前記一方の側に延在する一対の第2保持部と、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、1つの電子通過開口と対向する電子放出面が構成されており、
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。
It is a first-stage dynode used for photomultiplier tubes.
The bottom wall and
A pair of side wall portions extending from both ends of the bottom wall portion in a predetermined direction to one side,
A first holding portion extending outward from the end of the bottom wall portion,
A pair of second holding portions extending from both ends of the pair of side wall portions in the predetermined direction to the one side thereof are provided.
The bottom surface on one side of the bottom wall portion and the pair of side surfaces on the one side of the pair of side wall portions constitute an electron emission surface facing one electron passage opening.
The bottom surface is a curved surface that curves concavely in a cross section perpendicular to the predetermined direction.
Each of the pair of side surfaces is a first-stage dynode that is a curved surface that curves concavely in a cross section parallel to the predetermined direction.
前記第1保持部は、平板状を呈している、請求項1に記載の第1段ダイノード。 The first stage dynode according to claim 1, wherein the first holding portion has a flat plate shape. 前記一対の第2保持部のそれぞれは、平板状を呈している、請求項1又は2に記載の第1段ダイノード。 The first stage dynode according to claim 1 or 2, wherein each of the pair of second holding portions has a flat plate shape. 前記底壁部、前記一対の側壁部、前記第1保持部、及び前記一対の第2保持部は、金属板によって一体的に形成されている、請求項1~3のいずれか一項に記載の第1段ダイノード。 The aspect according to any one of claims 1 to 3, wherein the bottom wall portion, the pair of side wall portions, the first holding portion, and the pair of second holding portions are integrally formed by a metal plate. The first stage die node of. 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1~4のいずれか一項に記載の第1段ダイノード。 The first stage dynode according to any one of claims 1 to 4, wherein the radius of curvature of each of the pair of side surfaces is larger than 2 mm. 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1~5のいずれか一項に記載の第1段ダイノード。 The aspect according to any one of claims 1 to 5, wherein if the width of the electron emitting surface in the predetermined direction is L and the radius of curvature of each of the pair of side surfaces is R, then R ≧ 0.1 L is satisfied. First stage die node. 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、
前記底壁部における前記光電陰極側の端部から前記第2段ダイノードとは反対側に延在する第1保持部と、
前記所定方向における前記一対の側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第2保持部と、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、1つの電子通過開口と対向する電子放出面が構成されており、
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。
Photocathode and
With multiple stages of dynodes
With an anode,
The plurality of stage dynodes include a first stage dynode and a second stage dynode arranged on a predetermined surface.
The first stage dynode is
The bottom wall and
A pair of side wall portions extending from both ends of the bottom wall portion in a predetermined direction perpendicular to the predetermined surface to the photocathode side and the second stage dynode side.
A first holding portion extending from the end of the bottom wall portion on the photocathode side to the side opposite to the second stage dynode.
It has a pair of second holding portions extending from both ends of the pair of side wall portions in a predetermined direction to the photocathode side and the second stage dynode side.
In the first stage dynode, the photocathode side and the bottom surface of the second stage dynode side of the bottom wall portion, and the pair of side surfaces of the photocathode side and the second stage dynode side of the pair of side wall portions. An electron emission surface facing one electron passage opening is configured.
The bottom surface is a curved surface that curves concavely in a cross section perpendicular to the predetermined direction.
Each of the pair of side surfaces is a photomultiplier tube that is a curved surface that curves concavely in a cross section parallel to the predetermined direction.
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