JPS6117097B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は光電子増倍管に、詳しくは、テイー
カツプ型光電子増倍管の集束構造の改良に関する
ものである。 光電子増倍管においては、入射する光子に応答
して電子を放出し、あるいは、入射する１次電子
の各々に対して複数の２次電子を放出する電子放
出電極が用いられる。この１次電子は、例えば、
光電陰極からの光電子の場合もあれば、他の電極
即ち、ダイノードからの２次電子の場合もある。
従来、光電管を構成する際に遭遇した問題は、電
子増倍器の１つの段から放射されて電子を別の段
によつて、きかに効率よく収集するかということ
であつた。特に、電子増倍管の入力段における電
子、即ち、電子増倍管の光電陰極から第１ダイノ
ード、即ち、１次ダイノードへの光電子の収集の
効率をいかにして最大にするかという問題であ
る。 1978年９月５日付でフオークナー
（Faulkner）氏に付与さた米国特許第4112325号
には、光電陰極から放出された入射電子を高効率
で収集できる比較的大きな面積を持つた１次ダイ
ノードが開示されている。この収集効率は、光電
陰極から放出されて１次ダイノードに入射する光
電子を集束するための集束電極を光電陰極と１次
ダイノードとの間に配置することによつて改善す
ることができる。このような集束電極は、1981年
12月15日付でフオークナー氏に付与された米国特
許第4306171号に記載されている。この集束電極
は、光電陰極電位で動作する外囲器側壁上部のア
ルミナイズ被覆と協働して、光電陰極からの光電
子の実質的にすべてのものを１次ダイノード上に
集束させる。 上記２つの米国特許に開示されている光電子増
倍管は、実質的に均一に円筒形をなす側壁を有す
る外囲器を備えている。光電陰極は管のフエース
プレート及びこのフエースプレートに隣接する管
の側壁の一部に形成されている。この管構造は前
述した集束電極と協働して、１次ダイノードによ
る電子収集効率を最大にする比較的強い集束電
極、すなわち、光電子抽出電界を形成する。 一般にシンチレーシヨン計数特にガンマ線カメ
ラ装置などの光電子増倍管の応用においては、多
数の光電子増倍管を用いることが多い。初期のガ
ンマ線カメラ装置では、19本の光電子増倍管が６
角形のアレーを形成するように配列されていた。
さらに、管の数を増やして、77本、61本あるいは
91本というような数の管からなる６角形アレーを
作ると、カメラ装置の解像度は改善できる。ま
た、適切な運搬性あるいは撮像範囲を持つた装置
を作るために、異る寸法形状の光電子増倍管が用
いられる。ガンマ線カメラの解像度は、主とし
て、光電子増倍管のパルス高解像度に、従つて、
光電陰極の量子効率と１次ダイノードの収集率と
によつて決まる。 大径の光電子増倍管、例えば、公称133.4mm
（5.25インチ）の直径を持つフエースプレートを
有する管は、公称直径が50.8mm（２インチ）のフ
エースプレートを持つ管と同じ大きさの電子増倍
管を用いかつ同じ電圧で動作する。さらに、管の
フエースプレートと集束電極の管の長さ方向の間
隔は、径の小さな管よりも径の大きな管の方が大
きい。大きな直径のフエースプレート部分から小
さな直径の電子増倍器への変移は、第１図に示す
ような変形フアンネル形管外囲器を採用すること
によつて達成できる。フアンネル形外囲器上のア
ルミナイズ被覆は、フエースプレートに隣接する
側壁部から外囲器のネツク部中にまで伸延する。
このような外囲器の側壁を傾斜させ、同時に、フ
エースプレートと集束電極おの管軸方向の間隔を
大きくすることによつて、所定の光電陰極電位と
集束電圧とにおける電子抽出電界、すなわち、電
子集束電界が、前述した米国特許に示されている
真直な円筒状側壁を持つた管を同じ動作電圧で動
作させた場合よりも低くなる。抽出電圧が低いと
いうことは、光電陰極の側壁部を含む光電陰極周
縁部から第１ダイノード上に集束される光電子の
数が少いことを意味する。同縁部からの光電子の
いくらかは集束電極に当り、１次ダイノードには
当らない。その結果、大径のフエースプレートと
フアンネル形管外囲器とを持つた管では、電子収
集効率が低下する。 この発明による電子放出管は、電子放出光電陰
極と、この光電陰極からある間隔を置いて配置さ
れた実質的に平坦なベース部を持つた１次ダイノ
ードとを備えた排気された外囲器を持つている。
１次ダイノードは、それに衝突する電子に応じて
２次電子を放出することのできる活性領域を有す
る。１次ダイノードからの２次電子を受取るため
に、この１次ダイノードに隣接して２次ダイノー
ドが配設されている。光電陰極と１次ダイノード
との間に、これらのものからある間隔を置いて、
改良された集束手段が配置されている。この集束
手段は、電子を透過させない外側環状支持リング
と電子に対して実質的に透過性の内側環状メツシ
ユ部材とを備えた実質的に平坦な導電性構体を備
えている。メツシユ部材はそろ中心部に、１次ダ
イノードの平坦なベース部と実質的に同延
（coex−tensive）な開口が設けられている。同延
とは、この明細書中では、二つまたはそれ以上の
ものが空間的に互に平行でかつ実質的に同大（同
寸）であることを意味するものとする。 次に、添付の図面を参照してこの発明について
説明する。 第１図には、実質的に円筒形状のネツク部１４
に結合された小径端とフエースプレート１６に封
着された大径端とを持つたフアンネル部１３を有
する外囲器１２を備えた光電子増倍管１０が示さ
れている。フエースプレート１６は外囲器１２の
一端を閉じている。外囲器のネツク部はスチム
（図示せず）によつて閉じられている。フアンネ
ル部１３の内面とネツク部１４の内面の一部には
アルミナイズ被覆１８が施されている。管１０の
内部には、光電陰極２０がフエースプレート１６
上とフアンネル部１３のアルミナイズ被覆ね一部
に沿つて配置されている。フエースプレート１６
上の光電陰極２０の部分は半透明で、一方、アル
ミナイズ被覆１８に沿つた光電陰極部分は光反射
性である。光電陰極２０は、例えば、アンチモン
化カリウム、セシウム形、あるいは、周知の多く
の光電子放出形の任意のものとすることができ
る。 管１０の内部には、好ましくはベリリウム・銅
材料で形成されたテイーカツプ形の１次、すなわ
ち、第１ダイノード２２が設けられており、この
テイーカツプ形の第１ダイノード２２は、フエー
スプレート１６に対向する、例えば酸化ベリリウ
ムのような、活性酸化物２次電子放出表面２４を
持つている。アンチモン化カリ・セシウムのよう
なアンチモン化アルカリ化合物の実質的に均一な
層２６が被覆２４を覆つている。（これは前述の
米国特許第4306171号の場合と同様である。）テイ
ーカツプ形の第１ダイノード２２とフエースプレ
ート１６上の透明な光電陰極２０の部分との間
に、これらのものから間隔を置いて、この発明に
よる新規ら有孔集束電極２８が配置されている。
米国特許第4306171号に示されているように、こ
のテイーカツプ形の第１ダイノード２２は、実質
的に平坦なベース部２９と第２ダイノード３２に
隣接する出力孔３０とを備えている。 ２次ダイノードすなわち第２ダイノード３２は
好ましくはベリリウム・銅で作られており、テイ
ーカツプ型の第１ダイノード２２から放出された
２次電子を受けるための部材として働く。第２ダ
イノード３２は入力孔３４と出力孔３６とを備え
ている。第２ダイノード３２の酸化ベリリウム製
２次電子放出面から放出された２次電子は出力孔
３６を通過して、順に参照番号４０〜４７を付し
た８個のベリリウム・銅製のダイノードの連鎖
（チエイン、列）及び陽極４８に入射する１次電
子として働く。陽極４８は陽極遮蔽体すなわちダ
イノード列の最後のダイノード４７によつて部分
的に囲まれている。ダイノード４０〜４７の各々
は、酸化ベリリウムからなる２次電子放出表面を
備えている。しかし、これにかえて、最後から２
番目のダイノード４６と最後のダイノード４７と
を、1980年３月26日付で出願された米国特許出願
第134276号（特許第1205679号対応）明細書に開
示されているように、ニクロムで作つてもよい。 上述した実施例においては、光電陰極２０から
陽極４８までの電子の伝播そ電送のために合計10
個のダイノードが用いられているが、第２ダイノ
ード３２と陽極４８との間に別のダイノードを追
加してもよいし、あるいは、幾くかのものを省略
してもよいことは、当業者には明らかであろう。
ダイノードの総数は、とりわけ、管に要求される
最終的な利得によつて左右される。ダイノードの
２次電子放出面を活性化しまた、光電陰極を形成
するために蒸着構体（図示せず）が設けられてい
る。。（このような蒸着装置は、例えば、前述の米
国特許第4306171号に記述されている。） ダイノード２２，３６及びダイノード４０〜４
７、集束電極２８並びに陽極４８には、これらの
電極上に静電荷を置くために導電性の線が設けら
れている。光電陰極２０に対する電気接続は、外
囲器１２のネツク部１４中にまで延伸しているア
ルミナイズ被覆１８に押圧されたばね接触部材
（図示せず）によつて行われる。このばね接触部
材は上記の導電性接続線の１つに接続されてい
る。これらの導電性の線（図示せず）は管１０の
ベース５２に設けられている金属性のピン５０で
終端している。 第２図に示すように、この発明による新規な集
束電極２８は実質的に平坦で導電性の構造を有
し、外側の電子不透性の環状の支持リング６２と
内側の電子を透過する環状のメツシム部材６４と
を備えている。メツシユ部材６４の中央には、電
子通路となる大きな開口が形成されている。この
導電性構造は金属の単一部材から作ることもでき
るが、支持リング６２にメツシユ部材６４を、例
えば、熔接などによつて取付けるほうがより便利
である。好ましい実施例では、環状の支持リング
６２はステンレス鋼製で、外径が約46.74mm
（1.84インチ）、内径が約28.58mm（1.125インチ）、
厚さが約0.38mm（約0.015インチ）である。ま
た、メツシユ部材６４は厚さが約0.05mm（0.002
インチ）のステンレス鋼で作られている。さら
に、メツシユ部材６４は直径が約17.5mm（0.69イ
ンチ）の中心開口６６及び複数の放射状支持体６
８と同心の環状部材７０によつて限定される複数
個の弧状の開孔６７を備えている。メツシユ部材
６４は約92％の光学的透過性を持つている。最外
側の環状部材（図示せず）は、支持リング６２の
一方の表面に取付けられるように、それより内側
の環状部材70よりも広い幅を持つている。メツシ
ユ部材６４は従来から周知のエツチング技法によ
つて形成できる。従つて、集束電極２８は、約
17.5mmの直径の大きな中央開口６６と、この開口
６６から支持リング６２の内周縁さで延びる実質
的に透過性のメツシユ部材６４とを持つている。
メツシユ部材６４は大きな中心開口６６を持つも
のとして示したが、放射状支持体６８を内側に延
ばしかつ環状部材７０を付加して、この中心開口
の直径が推奨直径よりも小さくすることができ
る。（米国特許第4306171号に記載の集束電極は、
上記したこの発明の電極の中心開口６６と同じ直
径の開口を持つているが、残りの部分は電子を透
過しない構造となつている。）中心開口６６から
支持リング６２の内周縁まで延びる電子透過性メ
ツシユ部材を持つた新規な集束電極２８は、実用
最高電子透過率を呈し、また、そのフアンネル型
構成と外囲器の大きさのために電子抽出力あるい
は集束力が弱いににもかかわらず、光電陰極２０
から放出された光電子の実質的に全てのものを収
集することを可能とする。 この光電子収集効率の改善の様子を、この改良
された新規な集束電極２８を用いた５本の管と、
集束構造がその中心部以外では電子不透性とされ
ている従来の標準型集束構造を持つた３本の管と
のパルス高及びパルス高解像度とを比較すること
によつて示す。 この比較のテスト方法を説明すると、パラメー
タであるパルス高とパルス高解像度は、光電子増
倍管をタリウムでドープした沃化ナトリウム結晶
シンチレータに光学的に結合することによつて測
定する。セシウム137源が、前記結晶中で光電変
換によつて全てのエネルギを失う単一エネルギ
（662KeV）のガンマ線を与える。光電子増倍管に
は、周知の型の分圧器を用いて約1100〜1500Vの
動作電位を印加する。光電子増倍管の出力はマル
チチヤンネル波高分析器に結合され表示される。
セシエウム137源と沃化ナトリウム結晶から測定
して得た代表的なパルス高分布を第３図に示す。
シンチレーシヨン計数の詳細な記述は「ザ・アー
ルシーエー光電子増倍管ハンドブツク（The
RCA Photomultiplier Handbook）（PMT−
62）」（1980）の69〜72頁に見られる。第３図にお
いて、エネルギ、すなわち、パルス高（PH）は
横軸にとつてある。第３図におけるフオトピーク
（pho−topeak）、約662KeV、即ち、セシウム137
のガンマ線のエネルギと関連し、これを中心とし
ている。 パルス高解像度（PHR）はパーセントで表さ
れ、これは、第３図に示すような、フオトピーク
高さ内の最大計数率の２分の１におけるフオトピ
ークの幅Ａの、最大フオトピーク計数率における
パルス高Ｂに対する割合の100倍と定義される。
このパルス高解像度の値が小さい程、その管はフ
オトピーク高をより良好に解像することが出来
る。テスト結果をまとめたものが次の表である。

【表】 改良型の集束構造２８を有する５本の管のパル
ス高解像度は6.66〜6.97％の範囲にあるのに対
し、従来の標準型集束構造を持つた３本の管のパ
ルス高解像度は6.89〜7.57％である。上記の各管
の集束電極は第１ダイノードの電位と等しい電位
で動作させた。このテストは、中心開口６６の周
縁に設けた実質的に電子透過性のメツシユ部材６
４を有する改良された集束電極により、フアンネ
ル形外囲器を持つた大径の光電子増倍管のパルス
高解像度が約0.2〜0.6％改善されるということを
示している。実質的に電子透過性のメツシユ部材
６４を付加することにより、第１ダイノード２２
の活性領域への光電子の入口開孔が標準集束電極
の場合よりも大きくなる。さらには、メツシユ部
材６４は、集束電極２８上の電位によつて生成さ
れる静電界を中心開口６６を横切るようにさせ、
それによつて、フアンネル部１３の内面のアルミ
ニウム被覆によつて形成される弱い陰極集束静電
界が相殺される。陰極電界がテイーカツプ形の第
１ダイノード内に侵入すると、出力開口３０の反
対側に位置する第１ダイノード２２のかかと状領
域からの２次電子の放出を抑圧するが、メツシユ
部材６４は、上述のように、この陰極電界のテイ
ーカツプ形の第１ダイノードへの侵入を防止す
る。標準型集束構造の中心開口の直径を大きくし
て同じ電位で動作させても、同じ効果は得られな
い。さらに、開口を大きくすると、全体としての
管の性能が低下するであろう。メツシユ部材６４
は、陰極静電界を遮蔽することによつて、第１ダ
イノードからの２次電子放出が抑圧されることを
防止するためのものである。２次電子放出の抑圧
は管の利得及びＳ／Ｎ比を低下させる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による集束構造を設けた光電
子増倍管の部分断面図、第２図は第１図の線２−
２に沿う集束構造の平面図、第３図はタリウムド
ープした沃化ナトリウム結晶とセシウム137源と
を用いて得た代表的なパルス高分布を示す図であ
る。 １２……外囲器、２０……光電陰極、２２……
１次（第１）ダイノード、２８……集束手段（集
束電極）、３２……２次（第２）ダイノード、６
２……支持リング、６４……メツシユ部材、６６
……中心開口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電子を放出する光電陰極と、この光電陰極か
   ら離して配置された実質的に平坦なベース部を有
   し、かつ、電子が当るとそれに応じて２次電子を
   放出する活性領域を有する１次ダイノードと、こ
   の１次ダイノードに隣接し、上記２次電子を受取
   る２次ダイノードと、上記光電陰極と１次ダイノ
   ードとの間にこれら双方から間隔を置いて配置さ
   れた集束手段とを内部に有する排気された外囲器
   を備え、上記集束手段は、電子不透性の外側環状
   支持リングと実質的に電子透過性の内側環状メツ
   シユ部材とを含む実質的に平坦な導電性部材から
   なり、上記メツシユ部材は、その中央部に、上記
   １次ダイノードの平坦なベース部と実質的に同延
   の電子用の開口を有するものであることを特徴と
   する電子放出管。