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,
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
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.
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
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
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
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
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
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
[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
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-
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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-
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
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-
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
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
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
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
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
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)
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.
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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