JPS5841621B2 - 電子放電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電子放電装置、特に電子増倍器の高速度ケー
ジに関する。

電子増倍器は２次電子放出を利用して光電陰極あるいは
熱電子陰極の様な１次電子源からの電子流を増幅すなわ
ち増倍する装置である。

通常の電子増倍器ではターイノードと呼ばれる一連の２
次電子放出電極が１次電子源と出力コレクタすなわち陽
極の間に配置されている。

各電極は１次電子源からの電子を第１のダイノードに当
て、１次電子１個当り数個の２次電子をそこから放出す
る様な； 電子光学系を形成するように構成配置されて
いる。

これらの２次電子はこの電子光学系によって次段のダイ
ノードに当てられ、そこで再び２次電子を発生させる。

この過程が連続する各ダイノードすなわち増倍器の各「
段」で繰返され、最終ダイノードからコレクタの所では
高度に増倍された電子流が生成されることになる。

ターイノードの数すなわち段数は必要な増幅量に依るが
１段から２０段以上１でかある。

連鎖状の各ターイノードは前段のダイノードよりも例え
ば１００Ｖ高い電位に保持され、ダイノード間で２次電
子をカロ速する。

またダイノードは放出された電子を次段のターイノード
に向けて集束するに適した形状に作られている。

電子増倍器は光あるいは放射線の様な微弱信号によって
発生する電子流を増幅するのに特に有用である。

原子核粒子の様な高速反復信号の検出または計数に使用
する場合、増倍器は十分な応答速度を持ち、連続して入
射する信号すなわち粒子を弁別するのに十分な分解時間
を持つ必要がある。

増倍器の応答速度は１次電子源とコレクタとの間の１次
および２次電子の全走行時間を短縮することによって増
大することができる。

増倍器の分解時間は増倍器のダイノード連鎖を通過する
電子の走行時間の範囲すなわち最高速の電子と最低速の
電子の走行時間の差によって制限される。

この走行時間の範囲は主として増倍器内を通過する種種
の電子の飛跡の差と、２次電子の初速度の差に依るもの
である。

光電子増倍管の応答速度または走行時間は光電陰極の走
行時間差と電子増倍器の走行時間の双方の函数である。

光電陰極の異なる領域を同時に小さなスポットで照射し
た時のピーク電流出力間の時間差で定義される光電陰極
の走行時間差は中心部よりも端部を照射した場合の方が
大きいが、これは光電陰極の端部の方が飛跡が長く、ま
た端部近傍で電界が弱くなるためである。

平面型光電陰極の場合は中心部と端部の走行時間差は１
０ナノ秒にもなることがあるが、第１図のような球面型
光電陰極の場合は電子の飛跡がほぼ等長のため走行時間
も均一になる。

光電陰極の走行時間差は究極的には光電子の初速度分布
と角度分用によって制限される。

これらの分用は光電陰極から第１ダインードに向う間に
電子束の時間的な広がりを生ずるが、この広がり効果は
光電陰極の表面の電界強度を大きくすることによって極
めて小さくすることができる。

２次電子のエネルギの広がりは光電子のそれよりも大き
いため、光電子の初速度分句は電子増倍器の応答時間に
対する主要な制限因子の１つで、電子増倍器の応答時間
を改良する手段として、タ゛イノード表面の電界強度を
高くし、補償型ダイノード構造か使用されている。

補償型設計の増倍器の一部を第２図の従来法構造に示す
。

補償型設計の増倍器ではダイノード毎に弱い電界で長い
電子軌跡が強い電界で短い電子軌跡と交互に変わり、２
次電子の全走行時間がほぼ等しくなる。

米国特許第２２００７２２号トよび第 ２２４５６２４号の各明細書にはターイノード列の間に
補助電極を中心に配置し、１つのダイノードから次段の
ダイノードに２次電子を加速ｌ〜集束するための強い電
界を発生させる構造が開示されている。

この補助電極は直線の棒状または線状でそれを支持する
ダイノードのどれよりも高い電位で働らくことが開示さ
れている。

米国特許第２８６８９９４号および第 ２９０３５９５号の各明細書には隣接ダイノードの電位
よりも数１００ないし数１０００ボルト高い電位で動作
する高電圧加速集束電極を持つ電子増倍器が記載されて
いる。

後者の特許の第１図の実施例では、高電圧の有１Ｌ加速
電極１５が両端で結合されて２列のダイン・−ド間の中
央面に沿って延びる単一のジグザグ部材を形成する格子
その曲の有孔部１７から戊っている。

この高電圧集束加速電極構体は電子増倍器内の２次電子
の走行時間を減少させるが、この様な電極は隣接ダイノ
ードとの間の電位差が大きいために雑音を発生すること
が多い。

この発明による電子放電装置は１次電子源、陽極釦よび
その曲に配置した電子増倍器を含み、電子増倍器は１次
電子源から入射する１次電子に応じて２次電子を放射す
る２次電子放出面を持つ１次夕゛イノードと、この１次
ダイノードから離れて配置され、陽極に２次電子を誘導
する少なくとも１個の２次ダイノードと、電子源と１次
ダイノードとの間に配置され、１次ダイノードと２次ダ
イノードとの間に延びる電子透過部材と、この電子透過
部材と２次ダイノードとの間に配置され、１次ダイノー
ドから２次夕゛イノードに２次電子を誘導する誘導手段
を含んでいる。

以下、この発明の電子放電装置を図示の実施例を参照し
て説明する。

第１図に示す増倍管は円詩型側壁１２を持つ真空外囲器
１０を有し、その外囲器１０は管軸を実質的に横切って
拡がる透明なフェースプレート１４によって一端が閉じ
られ、曲端はステム部（図示せず）によって閉じられて
いる。

フェースプレート１４の内面にはこの例で１次電子源を
なす光電陰極１６が形成され、との光電陰極１６は例え
ばカリウム−ナトリウム−アンチモンまたはマルチアル
カリの光電面の様な任意の公知材料を含み、そこに入射
する光に応じて光電子を発生する。

この管内には光電陰極１６から離して下端に開口２０を
持つ実質的に平担な基部を有するカップ状の電界形成電
極１８が設けられ、その電界形成電極１８内にはこれか
ら離し、て外向きの下端支持フランジ２４を一体に有す
る中空管状部材の集束電極２２が設けられている。

電界形成電極１８と集束電極２２は１対のダイノード支
持絶縁体２６（一方だけを図示）で相互に電気的に絶縁
して支持されている。

絶縁体２６は機械加工してもよく機械的強度の高いセラ
ミックの様な材料で作ることができる。

外囲器１０の内面には比較的薄いアルミニウム膜の様な
金属膜２８が被着されて光電陰極１６と接触し、光電陰
極から管壁に沿って延びて電界形成電極１８と同軸の内
閣電極を形成している。

この発明の電子増倍器３０は弧状の１次ダイノード３２
、複数の２次夕“イノード３４〜５２゜５６むよび陽極
５４を含んでいる。

２次ダイノードと陽極は１次ダイノード３２から横方向
に変位させて１対のダイノード支持絶縁体２６の間に固
定され、２次夕°イノードは実質的に平行な２つの列に
直列に配列されている。

ダイノード３６゜４０．４４，４８．５２は１次ダイノ
ード３２に隣接する第１列に配列され、互いに同一の１
字型を成し、ダイノード３４，３８，４２．４６゜５０
．５６は１次ダイノード３２から離れた第２列に配列さ
れ、互いに同一で第１列の夕゛イノードと鏡像関係の形
状を有する。

最終段のダイノード５６はＬ字型を成し、陽極５４に隣
接して配置されている。

第２列のダイノード３４は入力２次ダイノードであり、
１次ダイノード３２からの２次電子を受は取る様に配置
されている。

ダイノード３２〜５２．５６は例えばべＩＪ リウム銅
合金の様な２次電子放射効率の高い通常の材料で作るこ
とができる。

光電陰極１６と１次ダイノード３２の間にはその１次ダ
イノード３２に接近して電子透過部材６０が配置され、
１次ダイノード３２と入力２次ダイノード３４の間１で
延びている。

推奨実施例にむいてこの電子透過部材６０は１次ダイノ
ード３２と実質的に平行である。

この部材６０は多数の透孔を持つメツシュ構造とするの
が好ましい。

このメツシュ構造の部材６０は約９０〜９５係またはそ
れ以上の電子透過率を要し、公知の方法で形成すること
ができる。

部材６０は入力２次タ゛イノード３４に向けて１次ダイ
ノード３２から放出される２次電子に加速電界を与える
と共に、周囲の電極で発／モする一静電界から１次ダイ
ノード３２を遮蔽する働きをする。

第３図に示す様に電子透過部材６０と人力２次ダイノー
ド３４０間に１対の電子誘導電極６２゜６４か配置され
、１次ダイノード３２から人力２次ダイノード３４に２
次電子を誘導する。

図には３本の電子飛跡６５，６６．６７が示されている
。

電界形成電極１８の基部に形成された弧状の突出部６８
は電子誘導電極６２と入力２次ターイノード３４の間の
空間１で延ひてダイノード３４の表面に２次電子を誘導
する働きをする。

第１図お・よび第３図に示す様に、２次ダイノード３４
〜５２にそれぞれ平行な複数の第２の電子透過部材７４
〜９２を追加することもできる。

この第２の電子透過部材は隣接電極の静電界から２次ダ
イノード表面を遮蔽し、２次ダイノード３４〜５２の表
面から放出される２次電子に均一な加速電界を提供する
。

第１図に示す光電子増倍管の動作時には、ベース９６の
ピン９４と上述の電極および陽極が導線（図示せず）で
接続され、電圧が印力目される。

代表的動作電圧は以下の通りである。

陰極１６ −１５００ＶＤＣ電極１８
−１２００ＶＤＣ電極２２ −
１５００ＶＤＣダイノード３２ −１２００ＶＤ
Ｃ電子透過部材６０ −１１５０ＶＤＣダイノード
３４ −１１００ＶＤＣ電子誘導電極６２
−１２５０ＶＤＣ電子誘導電極６４ −８００ＶＤ
Ｃ ダイノード３６ −１０００ＶＤＣダイノード３
８ −９００ＶＤＣ ターイノード４０ −８００ＶＤＣダイノード
４２ −７００ＶＤＣ り゛イノード４４ −６００ＶＤＣダイノード
４６ −５００ＶＤＣ ダイノード４８ −４００ＶＤＣ ダイノード５０ −３００ＶＤＣ ダイノード５２ −２００ＶＤＣ ダイノード５６ −１００ＶＤＣ 陽極５４ 接地 第２の電子透過部材７４〜９２を追加使用する増倍器構
体の場合、その第２の部材に印加される’を位は隣接タ
ーイノードとその次のダイノードの中間の値にとられる
。

例えは、第２の電子透過部材７４の電位は夕“イノード
３４，３６の電位の平均値に等しくなっている。

この第２の電子透過部材７４〜９２は約９０〜９５係ま
たはそれ以上の電子透過率を持つものでなげればならな
い。

前述の様に適当な電圧を増倍管に印加すると、光電陰極
１６−Ｌに入射する光によって光電子（図示せず）が放
出され、これが電極１８，２２゜２８によって作られる
電界で集束される。

陰極１６からの光電子は電界形成電極１８の開口２０を
通過し、１次電子として電子通過部材６０を通過して１
次ダイノード３２に入射する。

この１次電子によって発生された２次電子は電子透過部
材６０によって作られる電界で均一に加速される。

ビーム６５，６６．６７で模式的に表わされた２次電子
は入射１次電子の方向と完全に逆方向に電子透過部材６
０を通過する。

２次電子ビーム６５゜６６．６７は電子誘導電極６２．
６４によって人力２次ターイノード３４の表面に入射す
る様に方向づけられる。

２次ダイノード３４から放出された２次電子は後段の２
次グイノード３６〜５２゜５６を通って進み、陽極５４
に到達する。

上述の電子増倍器３０は１次夕“イノード３２に隣接す
る電子透過部材６０を用いて、タ゛イノード３２周辺の
空間電荷を減少させ、さらに電子誘導電極６２．６４の
補助手段と共に人力２次夕“イノード３４上に２次電子
ビームを加速することによって、との増倍器を通過する
電子走行時間を改善するものである。

ターイノード列の順次隣接するダイノード間の中間の電
位に保持された第２の電子透過部材７４〜９２は高電圧
の加速電極から雑音を発生することなく加速電圧を供給
する。

２次ダイノード３４〜５２の形成には、２つの基本的Ｊ
型しか要しないが、第２図に示す補償型増倍器では非常
に多くの異なる形状のダイノードが心安である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に依る光電子増倍管の断面図、第２図は
従来法の補償型電子増倍器の模式図、第３図は第１図に
示す電子増倍器構体の部分拡大図である。 １６・・・・・・１次電子源、３０・・・・・・電子増
倍器、３２・・・・・・１次ダイノード、３４〜５２・
・・・・・２次ダイノード、５４・・・・・・陽極、６
０・・・・・・電子透過部材、６２．６４・・・・・・
電子誘導電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １１次電子源と、陽極と、上記１次電子源と陽極との間
   に配置された電子増倍器とを持ち、上記電子増倍器が、
   上記電子源から入射する１次電子に応答して２次電子を
   放射する２次電子放射面を持つ１次ダイノードと、上記
   １次ダイノードから隔置され、上記陽極に向けて２次電
   子の放射を続ける少なくとも１つの２次夕”イノードと
   、上記電子源と上記１次グイメートとの間に配置され、
   上記１次ダイノードと上記２次ダイノードとの間に延伸
   する電子透過部材と、この電子透過部材と上記２次ター
   イノードとの間に配置され、上記１次ターイノードから
   上記２次夕゛イノードに向って上記２次電子を誘導する
   誘導手段とを含むことを特徴とする電子放電装置。