WO2006046617A1

WO2006046617A1 - 光電子増倍管及びそれを含む放射線検出装置

Info

Publication number: WO2006046617A1
Application number: PCT/JP2005/019719
Authority: WO
Inventors: Hideki Shimoi; Hiroyuki Kyushima
Original assignee: Hamamatsu Photonics K.K.
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2006-05-04
Also published as: JP4744844B2; JP2006127970A

Description

明細書

光電子増倍管及びそれを含む放射線検出装置

技術分野

[0001] この発明は、光電効果を用いる光電子増倍管及びこれを含む放射線検出装置に関するものである。

背景技術

[0002] 光電子増倍管として、いわゆるヘッドオン型の光電子増倍管は、筒状の胴体部と、該胴体部の一端に設けられた受光面板と、該胴体部の他端に設けられたステムにより構成され、内部が一定の真空度に減圧された密封容器 (真空密封容器)を備える。この密封容器内には、受光面板からステムに向力つて順に配置された、ホトカソード、ホトカソードに対向して複数段のダイノードが積層された電子増倍部及びアノードが配置されてヽる。これら各段のダイノード及びアノードにはそれぞれ複数のステムピンが接続されており、密封容器内から外部に導出されるように、ステムに挿着されている。受光面板を通過した入射光はホトカソードで光電子に変換される。このホトカソードから放出された光電子が、電子増倍部 (ステムピンを介して所定の電圧が複数段のダイノードにそれぞれ印加されている）でカスケード増倍され、アノードへ向力つて放出される。そして、増倍された二次電子のうちアノードに達した二次電子は、電気信号としてステムピンの一つであるアノードピンを介して取り出される。

[0003] このような光電子増倍管の構成としては、ステムがテーパー状ハーメチックガラスで構成されるとともに、複数段のダイノード及びアノードが積層された電極積層部力ステム上に直接載置された構成が知られている (例えば、特許文献 1参照)。

特許文献 1：特開平 5 - 290793号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 発明者らは、従来の光電子増倍管について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、上述のような光電子増倍管では、絶縁性を有するステムの表面に生じる沿面放電を抑制することにより、電圧耐性を十分高くし、信頼性を向上させることが望まれている。

[0005] この発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、所定の電圧耐性が確保される光電子増倍管及びこれを含む放射線検出装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

[0006] 上述の課題を解決すベぐこの発明に係る光電子増倍管は、内部が所定の真空度まで減圧された密封容器と、ホトカソードと、複数段のダイノード (電極)及びアノード（電極）により構成された電極積層部と、複数のステムピンとを備える。上記密封容器は、金属製の中空胴体部と、該中空胴体部の一端に設けられた受光面板と、該中空胴体部の他端に設けられたステムとにより構成されている。上記ホトカソードは、密封容器内に設けられ、受光面板を通過した入射光を電子に変換する。上記電極積層部は、複数段のダイノードとアノードとを備える。複数段のダイノードは、ホトカソードとステムとの間に位置するよう密封容器内に設けられ、ホトカソードから放出された電子を順次増倍していくための電極である。アノードは、複数段のダイノードで増倍された電子のうち到達した電子を受け、電気信号として取り出すための電極である。上記複数のステムピンは、ステムを貫通した状態で該ステムに支持されており、それぞれが電極積層部を構成する複数の電極を所定電位に設定するようこれらに電気的に接続されている。

[0007] 特に、この発明に係る光電子増倍管において、上記ステムは、少なくとも、受光面板側の内側部分が絶縁材料力もなる（当該ステムは絶縁性を有する)。また、受光面板に対面する内側領域の表面のうち、ステムピンよりも該ステムの中心側の領域には、電極積層部を載置させる支持用突起が設けられている。なお、この明細書において、絶縁性を有するステムは、必ずしもステム全体が絶縁材料で構成されるとは限らない。

[0008] このような光電子増倍管において、電極積層部がステムの内側部分の受光面側表面に設けられた支持用突起上に載置されることにより、トリプルジャンクション (電極積層部を構成する複数の電極のうちステムに最も近い電極 (導電部）と、ステムの内側部分 (絶縁部分)と、そして真空空間とが交わるポイント）と導電性ステムピンとの間におけるステムの内側部分表面に沿った沿面距離は、支持用突起が無い場合に比較して長くなる。特に、支持用突起が電極のエッジ部よりもステム中心側（中空胴体部の胴軸側）に位置している場合、トリプルジャンクションからステムピンまでの沿面距離が十分に長くなるとともに、トリプルジャンクションが電極とステムとの隙間に隠蔽される。したがって、沿面放電の発生が効果的に抑制され、所定の電圧耐性が確保される。

[0009] この発明に係る光電子増倍管にぉ、て、ステムは、ステムピンを貫通させた状態で直接接合する絶縁性材料からなるベース材と、該ベース材の内側面 (受光面板と対面して、るベース材の面）に接合された押え部材により構成された 2層構造を有する。なお、この押え部材は、ベース材よりも高い融点を有し、ステムピンを挿通させための複数の貫通孔が設けられた絶縁性材料である。支持用突起は、押え材とベース材との接合面と対向する該ベース材の内側面上に設けられている。このような構成により、ベース材と押え材とが該ベース材の溶融により融着接合されたとき、支持用突起を含むステムの内側部分における表面の位置精度、平坦度、水平度が高められる。これにより、支持用突起上に載置された電極積層部とホトカソードとの間の位置精度が高められ、所望の特性が得られる。加えて、電極積層部の着座性が高められる。

[0010] また、この発明に係る光電子増倍管において、電極積層部を構成する電極間には

、絶縁スぺーサが配置されており、支持用突起は、ステムの内側部分の面において絶^ぺーサの配置部位に対応する位置に設けられるのが好ま、。光電子増倍管を製造する際には、ステムの支持用突起上に電極積層部が載置された後、両者が圧接される場合がある。この場合、支持用突起が絶縁スぺーサの配置部位に対応する位置に設けられることにより、圧接時に加わる力に対して電極積層部の物理的強度が強くなる。

[0011] さらに、複数の電極のうちステムに最も近い電極には、支持用突起と嵌合する支持用凹部が設けられるのが好ましい。これにより、電極積層部をステムに対して精度良く位置決めできるとともに、支持用突起により電極積層部をバランス良く支持することができる。

[0012] ここで、上述のような構造を有する光電子増倍管 (この発明に係る光電子増倍管）は、種々の検査装置への適用が可能である。例えば、この発明に係る放射線検出装置は、当該光電子増倍管と、そして、ステムとともに受光面板を挟むよう密封容器の外部に配置され、到達した放射線を光に変換するシンチレータを備える。

[0013] なお、この発明に係る各実施例は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施例は単に例示のために示されるものであって、この発明を限定するものと考えるべきではない。

[0014] また、この発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施例を示すものではある力例示のためにのみ示されているものであって、この発明の思想及び範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。

発明の効果

[0015] この発明に係る光電子増倍管によれば、ステムの内側の面におけるステムピンよりもステムの中心側の領域に、電極積層部を載置させる支持用突起が設けられているので、所定の電圧耐性を確保することができる。その結果、絶縁破壊に対する信頼性が向上する。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1]は、この発明に係る光電子増倍管の第 1実施例の上部構造を示す平面図である。

[図 2]図 1に示された光電子増倍管の底部構造を示す平面図である。

[図 3]は、図 1に示された光電子増倍管の ΠΙ-ΠΙ線に沿った断面構造を示す図である

[図 4]は、図 3に示された絶縁スぺーサの具体的構造を示す図である。

[図 5]は、比較例として球型の絶縁スぺーサを各薄板型電極間に配置した状態を示す断面図である。

[図 6]は、図 3に示された絶縁スぺーサを各薄板型電極間に配置した状態を示す断面図である。

[図 7]は、図 3に示された光電子増倍管におけるステムの一部を構成するベース材を示す平面図である。

[図 8]は、図 3に示された光電子増倍管におけるステムの一部を構成する上側押え材を示す平面図である。

[図 9]は、図 3に示された光電子増倍管におけるステムの一部を構成する下側押え材を示す平面図である。

[図 10]は、図 3に示された光電子増倍管におけるステムの製造例を説明するための図である。

[図 11]は、比較例として、支持用突起が設けられていないステムを有する光電子増倍管の要部を拡大した状態で示す断面図である。

[図 12]は、図 3に示された光電子増倍管の要部を拡大した状態で示す断面図である

[図 13]は、図 3に示された光電子増倍管の第 1変形例の構成を示す断面図である。

[図 14]は、図 3に示された光電子増倍管の第 2変形例の構成を示す断面図である。

[図 15]は、図 3に示された光電子増倍管の第 3変形例の構成を示す断面図である。

[図 16]は、図 3に示された光電子増倍管を備えた放射線検出装置の構成を示す断面図である。

[図 17]は、この発明に係る光電子増倍管の第 2実施例の断面構造を示す図である。

[図 18]は、図 17に示された光電子増倍管におけるステムの一部を構成するベース材を示す平面図である。

[図 19]は、図 18に示されたベース材の底部構造を示す平面図である。

[図 20]は、図 17に示された光電子増倍管におけるステムの製造例を説明するための図である。

[図 21]は、この発明に係る光電子増倍管の第 3実施例の断面構造を示す図である。

[図 22]は、図 21に示された光電子増倍管におけるステムの一部を構成するベース材を示す平面図である。

[図 23]は、図 22に示されたベース材の底部構造を示す平面図である。

[図 24]は、図 21に示された光電子増倍管におけるステムの製造例を説明するための図である。符号の説明

[0017] 1、 20、 26、 28、 34、 70…光電子増倍管、 2、 27· ··上部胴体部、 3…受光面板、 4 …ホ卜力ソード、 5、 29、 32、 35· ··ステム、 6· ··ステムピン、 7· ··下部月同体部、 8· ··密封容器、 9…電子増倍部、 10· ··ダイノード (電極）、 11· ··収束電極、 12· ··アノード (電極 )、 14、 30、 33、 36· ··ベース材、 15· ··上側押え材（押え材）、 16· ··下側押え材（押え材）、 21· ··放射線検出装置、 22· ··シンチレータ、 50…電極積層部、 51· ··絶&^ぺーサ、 60· ··支持用突起、 71· ··支持用凹部。

発明を実施するための最良の形態

[0018] 以下、この発明に係る光電子増倍管及び放射線検出装置の各実施例を、図 1〜図 24を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明における「上」、「下」等の語は図面に示す状態に基づく便宜的なものである。また、各図において同一又は相当の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

[0019] (第 1実施例）

図 1及び図 2は、この発明に係る光電子増倍管の第 1実施例の上部構造及び底部構造をそれぞれ示す平面図であり、図 3は、図 1に示された光電子増倍管の ΠΙ-Ι II線に沿った断面構造を示す図である。図 1〜図 3において、光電子増倍管 1は、外部からの入射光に応答して光電子を放出し、その光電子をカスケード増倍して、き、最終的に得られた二次電子を電気信号として出力させるための装置である。

[0020] 光電子増倍管 1は、略円筒形状を有する金属製の上部胴体部 2を有し、この上部胴体部 2の上側（一側）の開口端にはガラス製の受光面板 3が気密に固定されている。受光面板 3の内側表面には、該受光面板 3を通過した入射光を光電子に変換するためのホトカソード 4が形成されている。また、上部胴体部 2の下側 (他側）の開口端には、円板状のステム 5が配置されている。このステム 5には、周方向に互いに離間して配置された複数（ 15本)の導電性ステムピン 6が気密に挿着されて、る。ステム 5には、当該ステム 5を側面力包囲するように金属製の下部胴体部 7が気密に固定されている。そして、上側の上部胴体部 2の下端部に形成されたフランジ部 2aと下側の下部胴体部 7の上端部に形成された同径のフランジ部 7aとが溶接されることで、上部胴体部 2と下部胴体部 7とが気密に固定される。このように、これら上部胴体部 2及び下部胴体部 7により密封容器 8の一部を構成する中空胴体部が得られ、その内部が所定の真空度まで減圧されることで密封容器 8が得られる。

[0021] 以上のように構成された密封容器 8内には、ホトカソード 4から放出された光電子を増倍するための電子増倍部 9が収容されている。この電子増倍部 9は、それぞれが多数の電子増倍孔を有する薄板型電極である複数段のダイノード 10が積層されている。なお、これらのダイノード 10のうち最も下側 (ステム 5側）に位置する最終段のダィノード 10b (反転型ダイノード）には、電子増倍孔は形成されていない。各ダイノード 10の所定の縁部には、外側に突出するダイノード接続片 10cが形成されており、ダイノード接続片 10cの下面側にはステム 5に挿着されたステムピン 6の先端部分がそれぞれ溶接固定されている。この構成により、ダイノード 10とステムピン 6とが電気的に接続される。

[0022] さらに、密封容器 8内において、電子増倍部 9とホトカソード 4との間には、ホトカソード 4から放出された光電子を電子増倍部 9に収束させるための薄板型電極である収束電極 11が設置されている。また、最終段のダイノード 10bの一段上には、電子増倍部 9により増倍され最終段のダイノード 10bより放出された二次電子を出力信号として取り出すための薄板型電極であるアノード（ 12が積層されてヽる。収束電極 11 の四隅には外側に突出する突出片 11aがそれぞれ形成され、これら突出片 11aには、それぞれ対応するステムピン 6が溶接固定されることでステムピン 6と収束電極 11とが電気的に接続される。また、アノード 12の所定の縁部にも外側に突出するアノード接続片 12aが形成されており、このアノード接続片 12aにステムピン 6の一つであるァノードピン 13が溶接固定されることで、アノードピン 13とアノード 12とが電気的に接続される。そして、電源回路に接続されたステムピン 6によって収束電極 11、複数段のダイノード 10及びアノードに所定の電圧がそれぞれ印加される。このとき、ホトカソード 4と収束電極 11とは同電位に設定され、複数段のダイノード 10は積層順に上段力も下段に行くにしたがって高電位になるように設定される。また、アノード 12は最終段のダイノード 10bよりも高電位に設定される。

[0023] ここで、電子増倍部 9、収束電極 11及びアノード 12によって、電極積層部 50が構成される。電子増倍部 9を構成するダイノード 10間には、セラミック等からなる複数 (この実施例では 4つ）の絶^ぺーサ 51が介在している。また、ダイノード 10と収束電極 11との間、ダイノード 10とアノード 12との間にも、同様に複数づつの絶^ぺーサ 51が介在している。これら絶^ぺーサ 51は、薄板型電極 10〜 12のエッジよりも内側（中心側）において、薄板型電極 10〜12を介して積層方向に連なるように設けられている。つまり、電極積層部 50は、複数のダイノード 10、収束電極 11及びアノード 12が絶^ぺーサ 51を介して積層された構造を有する。

[0024] 図 4には、絶^ぺーサ 51の具体的構造が示されている。この図 4中の領域（a)は絶縁スぺーサ 51の側面図であり、領域 (b)は絶縁スぺーサ 51の平面図である。絶縁スぺーサ 51は、円板状のスぺーサ本体部 52と、このスぺーサ本体部 52の両面に設けられ、環状のテーパ面 53aを有する下段突起部 53と、各下段突起部 53上に設けられ、環状のテーパ面 54aを有する上段突起部 54とを有する。スぺーサ本体部 52の両面に対するテーパ面 54aの傾斜角は、スぺーサ本体部 52の両面に対するテーパ面 53aの傾斜角よりも大きくなつている。

[0025] ところで、図 5に示されたような球型の絶ぺーサ 100が適用された場合、電極 5 5 (薄板型電極 10〜12に相当）に形成されたスぺーサ配置用貫通穴 56の穴径によつては、以下のような不具合が生じることがある。すなわち、スぺーサ配置用貫通穴 5 6の穴径が基準寸法である場合、図 5中の領域 (a)に示されたように、絶^ぺーサ 1 00はスぺーサ配置用貫通穴 56にうまく収まるため特に問題は無い。し力しながら、スぺーサ配置用貫通穴 56の穴径が基準寸法よりも大きくなると、図 5中の領域 (b)に示されたように、絶^ぺーサ 100はスぺーサ配置用貫通穴 56に収まろうとして、電極 55の位置ズレが起こることがある。この場合、電極 55それぞれの位置精度が悪化するだけでなぐ電極 55のガタツキが生じ、何らかの衝撃によって出力信号が変化してしまう可能性がある。

[0026] 一方、図 4に示されたような円盤型の絶^ぺーサ 51が適用されると、図 5に示されたような比較例の不具合を解決することができる。すなわち、電極 55それぞれに形成されたスぺーサ配置用貫通穴 56の穴径が基準寸法である場合には、図 6中の領域 (b)に示されたように、絶縁スぺーサ 51は、下段突起部 53のテーパ面 53aと上段突起部 54のテーパ面 54aとの境界に接するように配置される。一方、スぺーサ配置用貫通穴 56の穴径が基準寸法よりも大きい場合には、図 6中の領域 (a)に示されたように、絶縁スぺーサ 51は、下段突起部 53のテーパ面 53aに接するように配置される。また、スぺーサ配置用貫通穴 56の穴径が基準寸法よりも小さい場合には、図 6中の領域 (c)に示されたように、絶縁スぺーサ 51は、上段突起部 54のテーパ面 54aに接するように配置される。このようにスぺーサ配置用貫通穴 56の穴径によって電極 5 5それぞれの位置ズレが起きることが無いため、電極 55それぞれの位置精度が高くなり、電極 55間の距離が等しくなる。また、電極 55のガタツキが生じないため、衝撃によって出力信号が変化することが防止される。

[0027] 図 1〜図 3に戻り、以上のように構成された光電子増倍管 1では、受光面板 3側からホトカソード 4に入射光 (h v )が到達すると、このホトカソード 4において光電変換された光電子 (e—）が密封容器 8内に放出される。放出された光電子は、収束電極 11によって電子増倍部 9の一段目のダイノード 10aに収束される。そして、一段目のダイノード 10aに到達した光電子は電子増倍部 9内で順次増倍され、最終段のダイノード 1 Obから 2次電子群が放出される。この 2次電子群はアノード 12に導かれ、このァノード 12と接続されたアノードピン 13を介して外部に出力される。

[0028] 続いて、上述のステム 5の構成についてさらに詳細に説明する。ここで、ステム 5に関し、光電子増倍管 1の密封容器 8の形成時に真空となる側を内側 (上側)とする。ステム 5は、ベース材 14と、ベース材 14の上側（内側）に接合された上側押え材 15と、ベース材 14の下側（外側）に接合された下側押え材 16とによって構成された 3層構造を有する。そして、ステム 5の側面には、下部胴体部 7が固定されている。この第 1 実施例においては、ステム 5の一部を構成するベース材 14の側面と下部胴体部 7の内壁面とが接合されることにより、下部胴体部 7に対してステム 5が固定される。ここで、下側押え材 16の下側（外側）の面は、下部胴体部 7の下端よりも下側に突出している力下部胴体部 7に対するステム 5の固定位置は以上の形態に限られるものではない。

[0029] ベース材 14は、例えばコバールを主成分とする絶縁性ガラス（例えば融点が約 78 0度)からなる円板状部材である。このベース材 14は、下面側力もの光が密封容器 8 内に透過しない程度の黒色である。また、ベース材 14には、図 7に示されたように、ステムピン 6の外径とほぼ同径を有する複数（15個）の開口 14aがベース材 14の外周部に沿うように形成されて!、る。

[0030] 上側押え材 15は、コバールに例えばアルミナ系粉末を添加することにより得られる絶縁性ガラス (例えば融点が約 1100度とベース材 14より高、）力もなる円板状部材である。この上側押え材 15は、密封容器 8内の発光を効果的に吸収すべく黒色である。また、上側押え材 15には、図 8に示されたように、ベース材 14と同様に複数（15 個）の開口 15aが形成されている。開口 15aは、ベース材 14に形成された開口 14aよりも大きい径を有する。さらに、これら開口 15aのうちの少なくとも二箇所以上の開口は、ベース材 14に対する位置決め用治具の進入を可能とすべぐ他の開口 15aよりもさらに大きい径を有する大径開口 15bである。ここでは、大径開口 15bは、アノードピン 13が通る開口 15aを除く 3箇所にベース材 14の中心を基準として 90度回転した位置に配置されている。

[0031] また、上側押え材 15の上面 (ベース材 14に対する接合面とは反対側の面）において、開口 15aよりも内側（中心側）の領域には、電極積層部 50を載置させるための複数の支持用突起 60が設けられている。この実施例において、支持用突起 60は、図 8 に示されたように、電極積層部 50を構成する薄板型電極間に配置された絶縁スぺーサ 51と同じ数 (4つ）だけ設けられている。電極積層部 50は、図 3に示されたように、絶縁スぺーサ 51の配置部位を支持用突起 60に一致させた状態で支持用突起 60上に支持されている。換言すれば、電極積層部 50における薄板型電極間に支持用突起 60と同じ数だけ設けられた絶^ぺーサ 51は、それぞれが上部胴体部 2の胴軸方向（管軸方向）に関して支持用突起 60と同軸の関係になるように配置されている。このような支持用突起 60にはステムピン 6が揷通されていないので、ステムピン 6を介して印加される電圧や、ステムピン 6の位置及び数等に依存することなぐ電極積層部 50を支持することができる。

[0032] 下側押え材 16は、上側押え材 15と同様に、コバールに例えばアルミナ系粉末を添加することにより得られる絶縁性ガラス (例えば融点が約 1100度とベース材 14より高い）力もなる円板状部材である。この下側押え材 16は、添加するアルミナ系粉末の組成の違いにより白色を呈する。また、下側押え材 16は、ベース材 14及び上側押え材 15よりも高い物理的強度を有する。また、下側押え材 16にも、図 9に示されたように、上側押え材 15と同様の複数（15個）の開口 16aが形成されている。これら開口 16a のうちの少なくとも二箇所以上の開口は、位置決め用治具の進入を可能にすべく大きい径を有する開口 16bである。ここで、大径開口 16bは、アノードピン 13が通る開口 16aを含む 4箇所に下側押え材 16の中心を近として 90度ごと回転した位置に配置されている。さらに、下側押え材 16の中央部分には、ベース材 14が溶融により浸出するための円形状のベース材浸出開口 16cが形成されている。

[0033] ベース材 14、上側押え材 15及び下側押え材 16は、図 3に示されたように、開口 14 a、 15b、 16a及び大径開口 15b、 16bの位置を合わせた状態で重ね合わされる。このとき、開口 14a、 15a、 16aにそれぞれステムピン 6を揷通させた状態で、ベース材 14の溶融によって融着接合されている。より具体的には、ベース材 14の両面に上側押え材 15及び下側押え材 16が密着して接合されている。また、ステムピン 6を上側押え材 15の開口 15a及び下側押え材 16の開口 16aに揷通されたとき、ステム 5の上面及び下面におけるステムピン 6の貫通部の全周囲にはベース材 14を底面とする凹部 5aが形成される。ステムピン 6はこれら凹部 5aの底面においてベース材 14に直接接合される。

[0034] 続いて、上述のように構成されたステム 5の製造例を、図 10を参照しながら説明する。まず図 10中の領域 (a)に示されたように、ベース材 14、上側押え材 15及び下側押え材 16は、開口 14a、 15a, 16aの位置を合わせた状態で重ね合わされた後、ベース材 14に下部胴体部 7が嵌め込まれる。そして、開口 14a、 15a、 16aにステムピン 6を挿通させた状態で、ステムピン 6の両端部をそれぞれ保持した上下 2つの位置決め用治具の突起部が大径開口 15b、 16bに進入する。なお、セットされた下部胴体部 7とステムピン 6には、ベース材 14との溶着性を高めるべく予め表面酸ィ匕処理が施されるのが望ましい。

[0035] 続、て、以上のようにセットされたステム 5が電気炉に投入され、約 850度〜 900度の温度 (ベース材 14の融点より高ぐ上側押え材 15及び下側押え材 16の融点よりも低い温度)で焼結される。このとき、ステム 5は位置決め治具により加圧しながら焼結される。この焼結処理により、図 10中の領域 (b)に示されたように、融点が約 780度であるベース材 14のみが溶融し、ベース材 14と押え材 15、 16、ステムピン 6及び下部胴体部 7とが融着される。なお、ベース材 14は各部品との密着性を高めるため、ボリュームが多めに調整されている。し力しながら、位置決め用治具の突起部の端面によって大径開口 15b、 16b内でのベース材 14の高さ方向の位置決めがなされ、また、溶融したベース材 14の余剰部分は下側押え材 16のベース材浸出開口 16c内に逃力れる。このため、上側押え材 15の開口 15a及び下側押え材 16の開口 16aを通じてベース材 14がステム 5の表面にはみ出すことは殆ど無い。このようにステム 5は、ベース材 14の溶融によってベース材 14と押え材 15、 16とが接合された 3層構造を有するので、ステム 5両面の位置精度、平坦度、水平度が確保されるようになる。その後、ステム 5が電気炉から取り出された後、上下の位置決め用治具が取り外されることで、ステム 5の製造が完了する。

[0036] このように得られたステム 5の上面に設けられた支持用突起 60上には、電子増倍部 9、収束電極 11及びアノード 12からなる電極積層部 50が載置される。また、ダイノード接続片 10c、アノード接続片 12a、収束電極 11に設けられた突出片 11aのそれぞれはこれらに対応するステムピン 6に溶接されることによって、電極積層部 50がステム 5に対して圧接された状態で固定される。このとき、絶ぺーサ 51の配置部位が支持用突起 60の位置と一致するように電極積層部 50が支持用突起 60上に載せられる。この構成により、圧接時に生じる力に対する電極積層部 50の物理的強度が強くなるため、電極積層部 50の歪みや変形等が防止され得る。その後、受光面板 3が固定された上部胴体部 2を下部胴体部 7に溶接固定することで、図 1〜図 3に示された、わゆるヘッドオン型の光電子増倍管 1が得られる。

[0037] この光電子増倍管 1では、ステム 5両面の位置精度、平坦度、水平度が確保されている。そのため、支持用突起 60を含むステム 5の上面に対して設置される電子増倍部 9とホトカソード 4との間の位置精度や、電子増倍部 9の着座性が高められ、結果として、光電変換効率といった特性が良好になる。また、光電子増倍管 1全長の寸法精度や、光電子増倍管 1を表面実装する際の取付性も高められる。

[0038] ここで、図 11には、比較例として、上述のような支持用突起 60が設けられていないステムの要部が拡大された断面図が示されている。この図 11において、ステム 5におけるステムピン 6の貫通部の全周囲は、ベース材 14を底面とする凹部 5aが形成されている。このため、トリプルジャンクション XI (導電性の最終段ダイノード 10bと絶縁性の上側押え材 15と真空空間とが交わるポイント）からトリプルジャンクション X2 (導電性のステムピン 6と絶縁性のベース材 14と真空空間とが交わるポイント）までのステム 5 (絶縁体)表面に沿った沿面距離 Yは、凹部 5aが無い場合と比較して、凹部 5aの高さ分だけ長くなる。また、この凹部 5aの形成によりステムピン間での絶縁体表面に沿つた沿面距離も同時に長尺化されるため、沿面放電の発生が効果的に抑制され、電圧耐性が向上する。

[0039] これに対し、この第 1実施例では、上側押え材 15の上面に設けられた支持用突起 6 0によって電極積層部 50が支持されている。そのため、図 12に示されたように、トリプルジャンクション XI (最終段ダイノード 10bと上側押え材 15と真空空間とが交わるポイント）は、支持用突起 60の上面と最終段ダイノード 10bとの接触縁部に位置することになる。つまり、トリプルジャンクション XIは、電界の弱い領域である最終段ダイノード 10bの裏面に隠蔽される状態となるため、図 11に示された比較例に比べて、沿面放電の発生がさらに抑制される。また、トリプルジャンクション XIからトリプルジャンクシヨン X2までのステム 5表面に沿った沿面距離 Yは、図 11に示された比較例と比較して、支持用突起 60の高さ分だけより長くなる。このため、沿面放電の発生がより一層抑制される。

[0040] 以上のようにこの第 1実施例によれば、ステム 5におけるステムピン 6の貫通部に凹部 5aが形成されたことにカ卩え、上側押え材 15の上面に、電極積層部 50を載置させるための複数の支持用突起 60が設けられているので、沿面放電の発生が十分に抑制され得る。この結果、光電子増倍管 1の電圧耐性が十分に高められ、当該光電子増倍管 1の絶縁破壊が確実に防止される。

[0041] 以上説明された第 1実施例に係る光電子増倍管 1の第 1変形例の断面構造が図 1 3に示されている。なお、この図 13は図 1中の ΙΠ-ΙΙΙ線に沿った断面に相当しているが、構造を分かりやすく示す便宜上、図 3とは異なり、 2つの支持用突起 60を ΠΙ-ΠΙ線が通るような断面図が示されている。図 13に示された第 2変型例に係る光電子増倍管 7 0は、電極積層部 50を構成する複数の薄板型電極 10〜12のうちステム 5側に最も近い最終段ダイノード 10bに、上側押え材 15の上面に形成された支持用突起 60と嵌合する複数の支持用凹部 71が形成されている。これら支持用凹部 71は、最終段ダィノード 10bとアノード 12との間に存在する絶^ぺーサ 51に対応する位置に形成されている。その他の構成は、図 3に示された光電子増倍管 1と同様である。このような支持用凹部 71が最終段ダイノード 10bに設けられたことにより、電極積層部 50が支持用突起 60上に載置される際、例えば電極積層部 50がステム 5の所望位置に対して精度良く位置決めされ得る。また、電極積層部 50は、支持用突起 60上に安定して支持させる。

[0042] さらに、図 14には、第 1実施例に係る光電子増倍管 1の第 2変形例の断面構造が示されている。なお、この図 14も図 1中の ΠΙ-ΠΙ線に沿った断面に相当している。図 1 4に示された第 2変型例に係る光電子増倍管 20は、ステム 5の中央部分に金属製の排気管 19が設けている。排気管 19は、光電子増倍管 20の組み立て終了後に密封容器 8の内部を真空ポンプ（図示しな、；)等によって排気するために利用される。その他の構成は、図 3に示された光電子増倍管 1と同様である。

[0043] 図 15は、第 1実施例に係る光電子増倍管 1の第 3変形例の断面構造を示している。この図 15も図 1中の ΠΙ-ΠΙ線に沿った断面に相当している。図 15に示された第 3変型例に係る光電子増倍管 26は、ステム 5に固定された下部胴体部 7に、上部胴体部 2よりも長尺の胴体部 27が嵌め合わされた状態で、下部胴体部 7の下端部に形成されたフランジ部 7aと上部胴体部 27の下端部に形成されたフランジ部 27aとが溶接固定されている。その他の構成は、図 14に示された第 2変型例に係る光電子増倍管 20 と同様である。

[0044] また、図 16は、上述のような構造を有する光電子増倍管 1を備えた放射線検出装置 (この発明に係る放射線検出装置）の構成を示す図である。この図 16において、放射線検出装置 21は、光電子増倍管 1とともに、該光電子増倍管 1の受光面板 3の上側（外側）に設置され、放射線を光に変換するシンチレータ 22を備える。この放射線検出装置 21は光電子増倍管 1を備えているので、上述のように沿面放電の発生が十分に抑制され、十分な電圧耐性が確保可能である。

[0045] なお、上述の第 1実施例では、ステム 5の一部を構成するベース材 14、上側押え材 15及び下側押え材 16がいずれも絶縁性材料で構成されている。しかしながら、沿面放電の発生を抑制して電圧耐性を上げるためには、少なくともステム 5における電極積層部 50と対畤する面が絶縁されていればよい。したがって、ベース材 14の外側（下側）に接合される下側押え材 16は導電性材料で構成されてもよい。また、上述の第 1実施例において、ステム 5はベース材 14、上側押え材 15及び下側押え材 16により構成された 3層構造を有するが、 4層以上の構造であってもよい。この場合、ベース材を含む全ての層が絶縁性材料で構成されてもょ、し、あるいは例えばベース材の内側 (上側）に導電層が接合され、その導電層の上側に、支持用突起を有する絶縁性材料からなる押え材が接合されてもょ、。

(第 2実施例）

図 17は、この発明に係る光電子増倍管の第 2実施例の断面構造を示す図である。なお、この図 17も図 11中の ΠΙ-ΠΙ線に沿った断面に相当している。この第 2実施例に係る光電子増倍管 28は、第 1実施例に係る光電子増倍管 1におけるステム 5に代えて、ステム 29を有する。ステム 29は、上述のベース材 14と同質の円板状のベース材 30と、ベース材 30の上側（内側）に接合された上側押え材 15とで構成された 2 層構造を有する。つまり、光電子増倍管 28におけるステム 29には、第 1実施例のような下側押え材 16が設けられていない。

[0046] 図 18はベース材 30の上部構造を示す平面図であり、図 19はベース材 30の底部構造を示す平面図である。ベース材 30には、上側がステムピン 6の外径とほぼ同径であり、下側がステムピン 6の外径よりも大きい径を有する複数（15個）の開口 30aがベース材 30の外周部に沿うように形成されている。また、ベース材 30の開口 30aのうち、アノードピン 13が通る開口 30aを含む所定の 4箇所の開口は、位置決め用治具の進入を可能にすべぐ下側の外径が他の開口 30aの下側の外径よりも大きい径を有する大径開口 30bである。さらに、ベース材 30の下部中央部分には、ベース材 30 が溶融により浸出するための円形状のベース材浸出凹部 30c (図 20参照）が形成されている。

[0047] これらベース材 30及び上側押え材 15は、図 17に示されたように、開口 30a、 15a 及び大径開口 30b、 15bの位置を合わせた状態で重ね合わされる。その後、ベース材 30及び上側押え材 15は、開口 30a、 15aにそれぞれステムピン 6を揷通させた状態で、ベース材 30の溶融によって融着接合されている。より具体的には、ベース材 3 0の上面に上側押え材 15が密着した状態で接合される。このとき、ステムピン 6はべース材 30の開口 30aの下側部分及び上側押え材 15の開口 15aを揷通している。また、ステム 29の上面及び下面におけるステムピン 6の貫通部の全周囲にはベース材 30を底面とする凹部 29aが形成される。ステムピン 6はこれら凹部 29aの底面においてベース材 30に密着した状態で接合されて、る。

[0048] このようなステム 29の製造においても、第 1実施例に係る光電子増倍管 1におけるステム 5と同様の方法が適用可能である。具体的には、まず図 20中の領域 (a)に示されたように、ベース材 30及び上側押え材 15が、開口 30a、 15aの位置を合わせた状態で重ね合わされ、ベース材 30に下部胴体部 7が嵌め込まれる。このとき、開口 30a 、 15aにステムピン 6が揷通されており、ステムピン 6の両端部をそれぞれ保持した上下 2つの位置決め用治具の突起部が大径開口 30b、 15bに進入する。

[0049] 続いて、上述のようにセットされたステム 29は電気炉に投入され、第 1実施例と同様の条件下で焼結処理が行われる。この焼結処理により、図 20中の領域 (b)に示されたように、ベース材 30と上側押え材 15、ステムピン 6及び下部胴体部 7とがベース材 30の溶融によって融着される。このとき、位置決め用治具の突起部の端面によって大径開口 30b、 15b内でのベース材 30の高さ方向の位置決めがなされ、溶融したベース材 30の余剰部分はベース材浸出凹部 30c内に逃がされる。すなわち、上側押ぇ材 15の開口 15a及びベース材 30の開口 30aの下側部分を通じてベース材 30がステム 29の表面にはみ出すことは殆ど無い。これにより、図 17に示されたステム 29が得られる。このようにステム 29は、ベース材 30の溶融によってベース材 30と押え材 1 5とが接合された 2層構造を有するので、ステム 29上面の位置精度、平坦度、水平度が確保される。また、ステム 29の上面に対して設置される電子増倍部 9とホトカソード 4との間の位置精度や、電子増倍部 9の着座性が高められる。

[0050] 以上のように構成された光電子増倍管 28においても、第 1実施例と同様に、トリプルジャンクション XI (最終段ダイノード 10bと上側押え材 15と真空空間とが交わるポイント）力もトリプルジャンクション X2(ステムピン 6とベース材 14と真空空間とが交わるポイント)までの沿面距離が長くなるとともに、トリプルジャンクション XIは最終段ダイノード 10bの裏面に隠蔽される。これにより、沿面放電の発生が十分に抑制され、光電子増倍管 28の電圧耐性を向上させることができる。

[0051] なお、この第 2実施例において、ステム 29はベース材 30と上側押え材 15とにより構成された 2層構造を有するが、ベース材と下側押え材とからなる 2層構造を有してもよい。この場合、ベース材の上面に複数の支持用突起 60が設けられる。また、この第 2 実施例に図 13〜図 16に示された構成が採用されてもよ!ヽ。

(第 3実施例）

図 21は、この発明に係る光電子増倍管の第 3実施例の断面構造を示す図である。なお、この図 21も図 1中の ΠΙ-ΠΙ線に沿った断面に相当している。この第 3実施例に係る光電子増倍管 34は、第 1実施例に係る光電子増倍管 1におけるステム 5に代えて、ステム 35を有する。ステム 35は、ベース材 14と同質の円板状のベース材 36による単層構造を有する。つまり、光電子増倍管 34のステム 35には、上側押え材 15及び下側押え材 16が設けられて、な、。

[0052] 図 22はベース材 36の構成を示す平面図であり、図 23はベース材 36の底部構造を示す平面図である。ベース材 36には、中間部分がステムピン 6の外径とほぼ同径であり、上部及び下部がステムピン 6の外径よりも大きい径を有する複数（15個）の開口 36aがベース材 36の外周部に沿うように形成されている。また、押え用治具の進入を可能にすべぐこれら開口 36aのうちアノードピン 13が通る開口 36aを除く所定の 3箇所の開口は、上部及び下部の外径が他の開口 36aの上部及び下部の外径よりも大きい径を有する大径開口 36bである。また、アノードピン 13が通る開口 36aの下部も他の開口 36aの外径よりも大きい径を有する。さらに、ベース材 36の下部中央部分には、ベース材 30が溶融により浸出するための円形状のベース材浸出凹部 36c (図 24参照）が形成されている。

[0053] ベース材 36の上面には、複数の支持用突起 60が設けられて、る。これら支持用突起 60の数や配置部位は、第 1実施例と同様である。

[0054] ベース材 36は、図 21〖こ示されたよう〖こ、開口 36aにそれぞれステムピン 6を通した状態で、ベース材 36の溶融によってステムピン 6と融着接合されている。より具体的には、ステムピン 6がベース材 36の開口 36aの上部及び下部を揷通した状態で、ステム 35の上面及び下面におけるステムピン 6の貫通部の全周囲にベース材 36を底面とする凹部 35aが形成される。ステムピン 6はこれら凹部 35aの底面においてべ一ス材 36に密着した状態で接合される。

[0055] このようなステム 35を製造する場合にも、第 1実施例に係る光電子増倍管 1におけるステム 5と同様の方法が適用可能である。具体的には、まず図 24中の領域 (a)に示されたように、ベース材 36に下部胴体部 7が嵌め込まれとともに、ベース材 36の開口 36aにはステムピン 6が揷通している。この状態で、ステムピン 6の両端部をそれぞれ保持した上下 2つの押え用治具の突起部が大径開口 36bに進入する。

[0056] 続いて、セットされたステム 35は電気炉に投入され、前述と同様の条件下で焼結処理が行われる。この焼結処理により、図 24中の領域 (b)に示されたように、ベース材 3 6とステムピン 6及び下部胴体部 7とがベース材 36の溶融によって融着される。このとき、押え治具の突起部の端面によって大径開口 36b内でのベース材 36の高さ方向の位置決めがなされ、溶融したベース材 36の余剰部分はベース材浸出凹部 36c内に逃がされる。その結果、図 21に示されたようなステム 35が得られる。

[0057] 以上のように構成された光電子増倍管 34においても、第 1実施例と同様に、トリプルジャンクション XI (最終段ダイノード 10bとベース材 36と真空空間とが交わるポイント）力もトリプルジャンクション X2 (ステムピン 6とベース材 36と真空空間とが交わるポィント)までの沿面距離が長くなるとともに、トリプルジャンクション XIは最終段ダイノード 10bの裏面に隠蔽される。その結果、沿面放電の発生が十分に抑制され、光電子増倍管 28の電圧耐性を向上させることができる。

[0058] なお、この第 3実施例においても、図 13〜図 16に示された構成が採用可能であることは言うまでもない。

[0059] 以上、この発明に係る光電子増倍管及び放射線検出装置の好適な実施例について説明してきたが、この発明は、上述の実施例には限定されるものではない。例えばステムの上面に設けられる支持用突起 60の形状については、特に上述の各実施例のように点形状には限られず、例えば直線形状や環形状を含む曲線形状あってもよい。 [0060] 上述の実施例において、ステムが 2層以上の構造を有する場合、例えばベース材の内側（上側）に上側押え材 15が接合された力この上側押え材 15の上側の面に、さらに絶縁性材料が積層されてもよい (この積層された絶縁性材料表面に支持用突起 60が形成される）。また、支持用突起 60は、ステムと一体に形成されてもよいし、突起状の部材をステムとは別体で形成した後に該ステム上面に接合することによって形成されてもよい。

[0061] また、上述の実施例におおける電極積層部 50では、ステム側に最も近!ヽ薄板型電極を最終段ダイノード 10bとし、その最終段ダイノード 10bの 1段上の薄板型電極をァノード 12とされている。しかしながら、電極積層部 50のステム側に最も近い薄板型電極がアノード 12であり、そのアノード 12の 1段上の薄板型電極が最終段ダイノード 10 b (この場合、多数の電子増倍孔が設けられる）であってもよい。なお、図 13に示されたような構造が採用される場合には、最もステム側に位置するアノード 12に支持用凹部 71が設けられることになる。

[0062] 以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲力逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。産業上の利用可能性

[0063] 以上のようにこの発明に係る光電子増倍管は、放射線検出装置を初め、医療、環境等の種々の分野における検出装置や携帯型計測器へ適用され得る。

Claims

請求の範囲

[1] 中空胴体部と、該中空胴体部の一端に設けられた受光面板と、該中空胴体部の他端に設けられたステムとにより構成され、内部が所定の真空度まで減圧された密封容器と、

前記密封容器内に設けられ、前記受光面板を通過した入射光を電子に変換するホトカソードと、

前記ホトカソードと前記ステムとの間に位置するよう前記密封容器内に設けられ、前記ホトカソードから放出された電子を順次増倍して、く複数段のダイノードと、複数段のダイノードにより増倍された電子のうち到達した電子を受け出力信号として取り出すためのアノードとにより構成された電極積層部と、そして、

前記ステムを貫通した状態で該ステムに支持され、それぞれ前記電極積層部を構成するダイノード及びアノードに電気的に接続された複数のステムピンとを備えた光電子増倍管であって、

前記ステムは、少なくとも、前記受光面板側に位置する内側領域が絶縁性材料からなり、前記受光面板に対面する該内側領域の表面のうち、前記ステムピンの配置位置よりも前記ステムの中心側の領域には、前記電極積層部を載置させるための支持用突起が設けられている光電子増倍管。

[2] 請求項 1記載の光電子増倍管において、

前記ステムは、前記ステムピンを貫通させた状態で接合する絶縁性材料カゝらなるベース材と、前記ベース材の前記受光面板側に接合された絶縁材料からなる押え材であって、前記ベース材よりも高い融点を有するとともに前記ステムピンを貫通させる複数の貫通孔が設けられた押え材とにより構成され、そして、

前記支持用突起は、前記第 1押え材における前記受光面板に対面する面上に設けられている。

[3] 請求項 1又は 2記載の光電子増倍管において、

前記電極積層部を構成するダイノード及びアノードそれぞれの間には、絶&^ぺーサが配置されており、そして、

前記支持用突起は、前記ステムの前記受光面板に対面する面上のうち前記各絶 ^ぺーサの配置部位に対応する位置に設けられている。

[4] 請求項 1〜3の！、ずれか一項記載の光電子増倍管にお!、て、

前記電極積層部を構成する部材のうち前記ステムの最も近くに位置する部材には、前記支持用突起と嵌合する支持用凹部が形成されている。

[5] 請求項 1〜4のいずれか一項に記載の光電子増倍管と、そして、

前記ステムとともに前記受光面板を挟むよう前記密封容器の外部に配置され、到達した放射線を光に変換するシンチレータを備えた放射線検出装置。