WO2007099959A1

WO2007099959A1 - 光電子増倍管および放射線検出装置

Info

Publication number: WO2007099959A1
Application number: PCT/JP2007/053646
Authority: WO
Inventors: Hideki Shimoi; Hiroyuki Kyushima
Original assignee: Hamamatsu Photonics K.K.
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2007-09-07
Also published as: EP1995761A1; CN101390189A; US7847232B2; JP2007234365A; JP4804173B2; EP1995761A4; EP1995761B1; CN101390189B; US20090009077A1

Description

明細書

光電子増倍管および放射線検出装置

技術分野

[0001] 本発明は、光電子増倍管およびこれを用いた放射線検出装置に関する。

背景技術

[0002] 従来、真空容器の一側に設けられた光電面が放出した電子を、ダイノードにより増幅してアノードで検出する光電子増倍管において、ダイノード及びアノードに各々接続したステムピンを真空容器内から外部に導出するようにしてステムに装着する構成を有するものが知られている。このような光電子増倍管にあっては、各ステムピンを、各テーパ状ノヽーメツチクガラスを介して金属製のステムに各々装着したものや、各ステムピンを、大形のテーパ状ノヽーメチックガラスより成るステムに直接装着したものがある (例えば、特許文献 1参照)。また、真空容器の他端を構成するステムの真空容器外側面を囲むように配置された皿状のステム金属板にガラスを充填してステムを形成する例がある (例えば、特許文献 2参照)。

特許文献 1 :特開平 5— 290793号公報 (第 3〜4頁、第 1図、第 7図）

特許文献 2：特開 2005 - 11592号公報 (第 3頁、第 1図）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] し力しながら、特許文献 1に記載された光電子増倍管のうち、各ステムピンを、各テ一パ状ノヽーメチックガラスを介して金属製のステムに各々装着したもの（図 1に記載のもの）にあっては、ステムピンに対応した個数のハーメチックガラスが必要であると共にこれらの各々をステムピンと共にステムのステムピン揷通位置にセットする工程が必要であるため、部品点数及び製造工程が多くなるという問題がある。また、各ステムピンを、大形のテーパ状ノヽーメチックガラスより成るステムに直接装着したもの（図 7に記載のもの）にあっては、テーパ状ノヽーメッチックガラスと各ステムピンの接合をハーメチックガラスの溶融による融着で行うのが一般的である力ステムの厚さを高精度に制御するためにはハーメッチックガラスの容量調整を綿密に行う必要がある。 [0004] また、特許文献 2に記載の光電子増倍管にぉ、ては、ステムの外側面が金属板で覆われているため、例えばガラスにより構成されるステムの製造時、ステムの厚さ制御を的確に行うには、充填するガラスの容量調整をより綿密に行う必要がある。

[0005] そこで本発明は、製造時にステムの厚さ制御を簡便に行うことができ、電子検出のための有効面積を大きくとることが可能な光電子増倍管および放射線検出装置を提供しょうとするものである。

課題を解決するための手段

[0006] 上記目的を達成するため、本発明は、一側端部を構成する受光面板と、他側端部を構成するステムとを有する真空容器内に、受光面板を通して入射した入射光を電子に変換する光電面と、光電面が放出した電子を増倍させる電子増倍部と、電子増倍部が増倍した電子に基づいて出力信号を送出する電子検出部とを備えた光電子増倍管において、電子増倍部は、ダイノードを含む電極が複数段に積層された電極積層部を有し、ステムは、電極積層部と対向する第 1面と、第 1面と対向する第 2面と、第 1面と第 2面とを接続する周縁部とを有する絶縁部材であり、更に、周縁部を取り囲む管状部材と、管状部材からステムの第 1面又は第 2面に沿って延出し、開口部が形成された延出部とを備え、開口部には、電極積層部に電位を供給する電位供給ピンが前記ステムを介して挿通固定されていることを特徴とする。

[0007] このような構成によれば、ステム周縁部に延出部を備えた管状部材を配置したので、ステムの強度を向上させることができる。また、管状部材力第 1面又は第 2面に沿つて延出する延出部に、電位供給ピンが挿通固定されており、電子増倍部および電子検出部の有効面積を効率よく確保することが可能になる。

[0008] 上記光電子増倍管において、更に、光電面が放出した電子を電極積層部に収束させるフォーカス電極と、フォーカス電極に電気的に接続するフォーカス電極ピンとを備え、フォーカス電極ピンは、延出部に立設されていることが好ましい。

[0009] このような構成によれば、延出部にフォーカス電極を支持するフォーカス電極ピンを立設したので、フォーカス電極の有効面積を効率よく確保することができる。

[0010] 上記、ずれかの光電子増倍管にぉ、て、ステムは、開口部力も電位供給ピンに沿つて盛り上がった這、上がり部を有することが好まし!/、。 [0011] このように、電位供給ピンとステムとの接合部分においてステムの這い上がりが生じることにより、製造時にステムを構成する材料の逃げ場を与え、厚さ制御を容易にしている。また、真空容器の側壁と、電位供給ピンとの間の沿面距離が長くなるので、放電防止効果がある。このようにステムの厚さを制御することができるので、光電面とステムとの間の距離を安定させることができる。

[0012] 上記いずれかの光電子増倍管において、前記開口部は、貫通孔であることが好ましい。

[0013] このような構成によれば、開口部の形状が単なる開口である場合に比べ、延出部の剛性が向上する。よって、ステムの強度を向上させることができる。

[0014] 上記いずれ力の光電子増倍管において、ステムには真空容器の排気を行う排気管が気密に設けられ、排気管は、互いに同軸上に配置された外側管と内側管とを有し、外側管の外周面はステムに融着され、外側管の真空容器内部側の端部と内側管の真空容器内部側の端部とは接合されて、ることが好ま、。

[0015] このような構成によれば、排気管とステムとの接合を確実にすることができる。また、排気管を封止する際にステムとの接合部に生ずる応力を内側管と外側管とに分散させることができるとともに、内側管と外側管との材質を変えることも可能であり、より確実に封止することができる。

[0016] 上記いずれかに記載の光電子増倍管の受光面板の外側に、放射線を光に変換して出力するシンチレータを設置して、放射線検出装置とすることができる。

[0017] このような構成によれば、シンチレータに入射した放射線を電気信号として外部に出力することが可能である。

発明の効果

[0018] ステムの強度を確保するとともに、厚さ制御が容易で、各電極の有効面積を大きく確保可能な光電子増倍管および放射線検出装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本発明の一実施の形態による放射線検出装置 1の概略断面図である。

[図 2]図 1の II II面における光電子増倍管 10の概略断面図である。

[図 3]ステム 29の内側面 29a、管状部材 31、および延出部 32を示す平面図である。 [図 4]図 3の IV— IV平面における断面図である。

[図 5]図 2の部分拡大図である。

[図 6]図 4の部分拡大図である。

[図 7]図 1の部分拡大図である。

圆 8]アノード 25およびその z軸下方側の構成を z軸上方側力も見た概観図である。

[図 9]図 8の部分拡大図である。

[図 10]ダイノード Dy 12およびその z軸下方側の構成を X軸上方力も見た概観図である。

[図 11]図 10の部分拡大図である。

[図 12]フォーカス電極 17およびその z軸下方側の構成を z軸上方側から見た概観図である。

[図 13]図 12の部分拡大図である。

[図 14]光電面 14カゝらダイノード Dylまでの電子軌道を xy平面および xz平面に投影して示す図である。

[図 15]通常のダイノードに設けられる隔壁を示す図である。

[図 16]所定のダイノードに設けられる隔壁を示す図である。

圆 17]隔壁を多く設けたダイノードの全体図である。

[図 18]図 17の断面図である。

圆 19]排気管 40付近の構成を示す断面図である。

[図 20]排気管 40およびステム 29の製造方法を示す図である。

[図 21]排気管 40およびステム 29の製造方法を示す図である。

[図 22]排気管 40およびステム 29の製造方法を示す図である。

圆 23]第 1の変形例によるアノード 125を示す斜視図である。

圆 24]第 2の変形例による放射線検出装置 100を示す概略断面図である。

圆 25]第 3の変形例による放射線検出装置 200を示す概略断面図である。

圆 26]第 4の変形例による放射線検出装置 100を示す概略断面図である。

[図 27]延出部 32の開口部の形状の変形例を示す平面図である。

符号の説明 [0020] 1:放射線検出装置

3:シンチレータ

5:入射面

7:出射面

10:光電子増倍管

13:受光面板

14:光電面

15:側管

17:フォーカス電極

19:引き出し電極

21:支持ピン

23:絶縁部材

25:アノード

27:ステムピン

29:ステム

31:管状部材

32:延出部

33:這い上がり部

35:軸

47:リードピン

発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

[0022] 図 1〜図 22は、本発明の一実施の形態による光電子増倍管を含む放射線検出装置を示す図である。各図において実質的に同一の部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。なお、以下の説明において「上」、「下」等の語を、図面に示す状態に基づ!/、て便宜的に用いることとする。

[0023] 図 1は、本実施の形態による放射線検出装置 1の概略断面図、図 2は、図 1の II II 面における光電子増倍管 10の概略断面図である。図 1、 2に示すように、放射線検出装置 1は、入射した放射線を光に変換して出力するシンチレータ 3、および入射した光を電子に変換および増倍して検出する光電子増倍管 10を備え、入射した放射線を検出して信号として出力する装置である。光電子増倍管 10は、断面が略矩形の管状形状を有しており、管軸の方向を z軸、図 1の紙面に垂直な軸を X軸、 z軸及び X 軸に垂直な軸を y軸とする。

[0024] シンチレータ 3は、 z軸方向一端側に入射面 5、他端側に出力面 7を備え、断面が略矩形状を有している。シンチレータ 3には、入射面 5側から放射線が入射し、入射した放射線は、シンチレータ 3内部で光に変換されてシンチレータ 3内を伝搬し、出力面 7側から出力される。光電子増倍管 10は、シンチレータ 3の出力面 7側に接しており、シンチレータ 3の中心軸と光電子増倍管 10の管軸とはほぼ同軸に設けられている。

[0025] 光電子増倍管 10は、 z軸方向一側端部を構成する受光面板 13、他側端部を構成するステム 29、ステム 29の周縁部に設けられた管状部材 31、ステム 29の xy平面のほぼ中央に設けられた排気管 40、および、筒型形状を有する側管 15が、気密に接続および固定されることにより形成された真空容器である。光電子増倍管 10の真空容器内部には、フォーカス電極 17、複数のダィノード0 1〜0 12を備ぇた電極積層部、電子を検出し信号として出力する複数のアノード 25を備えた電子検出部、および、電極積層部と電子検出部との間に備えられた引き出し電極 19が配置されている。

[0026] 受光面板 13は、例えばガラスで形成された略矩形の板状形状を有しており、その内部側、すなわち z軸方向下面側には、入射光を電子に変換する光電面 14が設けられている。光電面 14は、例えば予め蒸着したアンチモンにアルカリ金属蒸気を反応させることにより形成される。光電面 14は、受光面板 13の内部側のほぼ全面に設けられており、シンチレータ 3から出力され受光面板 13を通して入射した光を、電子に変換し放出する。側管 15は、例えば金属で形成された断面が略矩形の筒型形状を有しており、光電子増倍管 10の側面を構成している。側管 15の一端部には受光面板 13が、他端部には管状部材 31を介してステム 29が、互いに気密に固定されている。ここで、光電面 14は側管 15に電気的に接続され、同電位とされている。

[0027] 図 3は、ステム 29の内側面 29a、管状部材 31、および延出部 32を示す平面図である。図 1〜図 3に示すように、ステム 29は、例えばコバールガラスで形成された略矩形の板状を有しており、光電子増倍管 10内部側の内側面 29aと、外側面 29bと、それらを接続する周縁部 29cとを有している。ステム 29には、アノード 25を支持するための導電性のステムピン 27が、アノード 25のチャンネル数に対応した数（ここでは 64本 )だけ、気密に挿通されている。

[0028] ステム 29の周縁部 29cには、周縁部 29cを取り囲む管状部材 31が気密に装着されている。管状部材 31は、例えば金属で形成された断面が略矩形の管形状を有しており、側管 15とも気密に接続されている。管状部材 31からは、ステム 29の内側面 29 aに沿って光電子増倍管 10の内部側に延出部 32が延出している。延出部 32は、例えば金属で形成された平面視が略矩形状の環形状を有している。

[0029] 延出部 32の X軸方向両縁部には、複数の貫通穴部 22、 48が形成されており、それぞれ支持ピン 21、リードピン 47が揷通固定されている。また図 3の X方向左側縁部には、フォーカスピン 51が延出部 32に立設されている。

[0030] 支持ピン 21は、導電性材料で形成され、本実施の形態では、 X軸方向両縁部に 3 本ずつ合計 6本設けられている。なお、図 2は、図 3の V— V面における断面を示しており、図 2に示すように、支持ピン 21は、ステム 29を貫通して z軸方向上方に延び、引き出し電極 19を載置するとともに、引き出し電極 19と同電位とされている。

[0031] 図 5に示すように支持ピン 21はステム 29を揷通して z軸方向に延びる支持部 21a、及び支持部 21aの z軸方向上端に設けられ電極積層部が載置される載置部 21bで構成されている。ここで載置部 21bは支持部 21aに比較して xy平面における断面積が大きく形成されており、電極積層部は最下段の電極 (本実施形態においては引き出し電極 19)の下面と載置部 2 lbの上面 (載置面）が接する形で支持ピン 21上に載置されている。ここで載置部 21bは支持部 21aに比較して xy平面における断面積が大きく形成されているため、 z軸方向における電極積層体の位置精度を確実に規定するとともに、電極積層体を載置部 21bの載置面上に安定して載置することが可能となる。

[0032] リードピン 47は、導電性材料で形成され、本実施の形態では、 X軸方向両縁部に合計 35本設けられている。図 4は、図 3の IV— IV面における断面を示しており、図 4に示すように、リードピン 47は、ステム 29を貫通して z軸方向上方に延び、夫々所定のダイノード Dyl〜Dyl2、及び引出し電極 19に接続されて所定の電位を供給している。なお、各リードピン 47は、夫々接続するダイノード Dyl〜Dyl2の位置に応じた長さに形成されている。フォーカスピン 51は、導電性材料で形成され、ステム 29から z軸方向上方に延び、フォーカス電極 17に接続されている。フォーカス電極 17は管状部材 31に溶接されたフォーカスピン 51を介して側管 15に電気的に接続され光電面 14と同電位とされている。

[0033] 図 5は、図 2、すなわち、図 3の V— V面における断面の一部拡大図であり、図 6は、図 4、すなわち、図 3の IV— IV面における断面の一部拡大図である。図 5、図 6に示すように、貫通穴部 22、 48における支持ピン 21およびリードピン 47のステム 29の内側面 29aとの接続部分には、ステム 29が盛り上がった這い上がり部 33が形成されている。ここで、這い上がり部 33と支持ピン 21またはリードピン 47との接点を点 Pl、這い上がり部 33がないとした場合の内側面 29aと支持ピン 21またはリードピン 47との仮想接点を点 P2、這い上がり部 33と延出部 32との接点を点 P3とすると、点 P1—点 P3 間の距離は、点 P3—点 P2間の距離と比べて長くなつている。従って、本実施の形態では、這い上がり部 33があることにより、支持ピン 21またはリードピン 47と管状部材 3 1との沿面距離が長く確保されている。

[0034] 図 1、図 2に示すように、フォーカス電極 17は、光電面 14と所定の距離離間して対向するように配置されている。フォーカス電極 17は、 X軸方向に延びる複数のフォーカス片 17aと、複数のフォーカス片 17aによって形成された複数のスリット状の開口部 17bを備えた略矩形薄型電極であり、電子をダイノード Dylの電子増倍孔 18a (図 7 参照）に効率よく収束させためのものである。フォーカス電極 17は、延出部 32に立設されたフォーカスピン 51 (図 3参照）を介して側管 15に電気的に接続され光電面 14と同電位とされている。

[0035] ダイノード Dyl〜Dyl2は、電子を増倍させるための電極であり、フォーカス電極 17 の z軸方向下方に、略平行に対向するように積層されている。図 7は、図 1の部分拡大図である。図 7に示すように、ダイノード Dyl〜Dyl2は、 yz平面における断面が凹凸を有する電子増倍片 18が互いに離間して平行に並んだ略矩形薄板型電極である。従って、ダイノード Dyl〜Dyl2には、隣接する電子増倍片 18間に x軸方向に延びるスリット状の電子増倍孔 18aが形成されていることとなる。所定数の電子増倍孔 18a が各アノードに対応しており、アノード 25の各チャネルの X軸方向境界部に対応する位置には、 y軸方向に延びる隔壁 71 (図 15参照）が設けられ、ダイノード Dyl〜Dyl 2の複数チャネルの y軸方向境界を規定している。また、各ダイノード Dyl〜Dyl2間には、図 2および図 5に示すように、絶縁部材 23が配置されている。ダイノード Dyl〜 Dyl2には、リードピン 47により、光電面 14側からステム 29側に向力つて順次高い電位が供給されている。

[0036] 引き出し電極 19は、ダイノード Dy 12のステム 29側に、ダイノード Dy 12と絶縁部材 23を介して離間し、略平行に対向するように配置されている。引き出し電極 19は、ダィノード Dyl〜Dyl2と同一の材料力も形成された薄板型電極であり、 X軸方向に延びる複数の引き出し片 19aと、複数の引き出し片 19aによって形成された複数のスリット状の開口部 19bを備えている力この開口部 19bは、ダイノード Dy 12から放出された電子をアノード 25へ通過させるためのものであり、ダイノード Dyl〜Dyl2の電子増倍孔 18aとは異なる。従って、開口部 19bは、ダイノード Dy 12から放出された電子がなるべく衝突しないように設計されている。引き出し電極 19には、ダイノード Dyl 2よりも高くアノード 25より低い所定の電位が与えられており、ダイノード Dyl2の 2次電子面上の電界強度を均一にする。ここで、 2次電子面とは、各ダイノード Dyの電子増倍孔 18aに形成された電子の増倍に寄与する部分のことを指す。

[0037] 引き出し電極 19がない場合には、ダイノード Dyl2から電子を引き出すための電界は、ダイノード Dyl2—アノード 25間の電位差及び距離に依存する。従って、例えば、各アノード 25が xy平面に対して多少傾いて配置された場合には、ダイノード Dyl2 —アノード 25間の距離力各位置によって異なってしまうため、ダイノード Dyl2に対する電界強度が均一にならず、電子を均一に引き出すことができない。しかしながら、本実施の形態では、ダイノード Dyl2—アノード 25間に引き出し電極 19が配置されているため、ダイノード Dyl 2に対する電界は、ダイノード Dy 12—引き出し電極 19間の電位差及び距離の電位差及び距離によって決定される。ダイノード Dyl2—引き出し電極 19間の電位差及び距離は一定であるため、ダイノード Dyl2の 2次電子面上の電界強度は均一になり、ダイノード Dy 12から電子を引き出す力も均一となる。従つて、各アノード 25が xy平面に対して多少傾いて配置された場合であっても、ダイノード Dy 12から電子を均一に引き出すことができる。

[0038] 引き出し電極 19は、上述のように縁部において導電体で形成された支持ピン 21の載置部 21b上に載置されている。図 5に示すように、支持ピン 21と複数の絶縁部材 2 3とは z方向軸 35上に同軸に配置されているため、フォーカス電極 17、ダイノード Dy l〜Dyl2および引き出し電極 19を z軸下方向に高い圧力をかけて固定することが可能となる。

[0039] アノード 25は、電子を検出し、ステムピン 27を介して検出した電子に応じた信号を光電子増倍管 10の外部に出力する電子検出部であり、弓 Iき出し電極 19のステム 29 側に、引き出し電極 19と略平行に対向するように設けられている。図 1、 2に示したように、アノード 25は、ダイノード Dyl〜Dyl2の複数のチャネルに対応して複数設けられている薄板型電極であり、夫々ステムピン 27に溶接接続され、ステムピン 27を介して引き出し電極 19よりも高い所定の電位を供給されている。また、アノード 25には、製造時に排気管 40から導入されるアルカリ金属蒸気を拡散させるため、複数のスリットが設けられている。

[0040] 以下、フォーカス電極 17、ダイノード Dyl〜Dyl2、引き出し電極 19およびアノード 25の構成についてさらに詳しく説明する。

[0041] 図 8は、電子増倍部を z軸上方側力見た概観図であり、図 9は、図 8の部分拡大図である。図 8に示すように、電子増倍部は、複数 (本実施の形態では、 64個）のァノード 25を 2次元に配列して構成され、各アノード 25は夫々ステムピン 27に支持されて V、るとともにステムピン 27を介して図示しない回路に電気的に接続されて、る。

[0042] ここで、便宜的に単位アノードを図 8の左上からアノード 25 (1— 1)、 25 (1— 2)、… 、 25 (8— 8)とする。各アノード 25 (1— 1)、 25 (1— 2)、…ゝ 25 (8— 8)には、隣接する単位アノードとの間に凹部 28が互いに対向して形成されており、凹部 28には、プリッジ残部 26が残っている。アノード 25は、製造時には隣接する単位アノード同士がブリッジによって接続された一体のアノード板の状態に形成されており、一体の状態で各ステムピン 27に各アノードを溶接して固定する。その後にブリッジを切断し、ァノード 25 (1— 1)、 25 (1— 2)、…ゝ 25 (8— 8)を互いに独立させる。ブリッジ残部 26は、ブリッジを切り離した残りの部分である。

[0043] また、 X軸方向両縁部に相当するアノード 25 (1— 1)、（2— 1)、 · ··、 25 (8— 1)およびアノード 25 (1— 8)、 25 (2— 8) · ··、 25 (8— 8)のうち、アノード 25 (1— 1)、（1— 8) 、（8— 1)、（8— 8)のコーナ部 83を除いて、切り欠き部 24が形成されている。よって、この切り欠き部 24により、アノード 25と支持ピン 21、リードピン 47、およびフォー力スピン 51の接触を避けるとともに、電子検出部の有効面が側管 15の近傍にまで広げられている。

[0044] 図 10は、ダイノード Dy 12を z軸上方力も見た概観図であり、図 11は、図 10の部分拡大図である。なお、図 10、 11では電子増倍片 18、引き出し電極 19の開口部 18a , 19bは省略されている。図 11に示すように、ダイノード Dyl2と引き出し電極 19とは xy平面においてアノード 25とほぼ同一の外形を有している。すなわち、 X軸方向両縁部に支持ピン 21、リードピン 47等を避ける切り欠き部 49が形成されている。引き出し電極 19の切り欠き部 49には、突出部 55が形成されており、支持ピン 21は、突出部 55を載置することにより、引き出し電極 19全体を載置している。また、ダイノード Dyl 2も、同様に突出部 55を有している。ダイノード Dyl2の場合、リードピン 47A、 47Bと接続されて所定の電位を供給されているため、リードピン 47A、 47B周辺に突出部 5 3が形成されている。また、 y軸方向両縁部においては側管 15の内壁面の近傍まで電極が形成され、特に 4ケ所のコーナ部はコーナ部 85が突出している。なお、ダイノード Dyl〜Dyl lもダイノード Dyl2と実質的に同様の構成であり、各リードピン 47は z軸方向に延びて所定のダイノード Dyと接続されて、る。

[0045] 図 12は、フォーカス電極 17を z軸上方側から見た概観図であり、図 13は、図 12の部分拡大図である。なお、図 12、 13では、図 1及び図 2で示したフォーカス片 17a及び開口部 17bは省略されている。図 12、 13に示すように、フォーカス電極 17は、ァノード 25の切り欠き部 24、ダイノード Dyl〜Dyl2および引き出し電極 19の切り欠き部 49を覆うように X軸方向周縁部まで設けられている。なお、フォーカス電極 17の切り欠き部 24または切り欠き部 49を覆う部分は、スリットの形成されて、な、平板電極部分 16を形成し、 4つのコーナ部はスリットを有するコーナ部 87となっている。 [0046] 以下、上記のようなフォーカス電極 17、ダイノード Dyl〜Dyl2、引き出し電極 19 およびアノード 25の xy平面外形が光電子増倍管 10内部での電子軌道に及ぼす作用について説明する。図 14は、光電面 14力もダイノード Dylまでの電子軌道を xy平面および xz平面に投影して示す図である。図 14に示すように、光電面 14の X軸方向周縁部から放出された電子は、フォーカス電極 17の切り欠き部 24、 49を覆うように設けられた平板電極部分 16により、 X軸方向中央側の電子増倍孔用開口部 89に集束され、軌道 61のようにダイノード Dylに入射する。また、光電面 14のコーナ部 87に対向する領域力も放出された電子は、フォーカス電極 17のコーナ部 87で集束され軌道 63のようにダイノード Dylのコーナ部 85に入射する。このように、フォーカス電極 17およびダイノード Dylのコーナ部 87、 85が設けられているため、光電面 14周縁部から放出された電子も、効率よくダイノード Dylに入射する。

[0047] ところで、光電面 14からダイノード Dylまでの電子の走行距離に差が生じると、出力される信号の時間的揺らぎを生じる。例えば、光電面 14のより中央部力も放出された電子は、軌道 65のようにダイノード Dylに入射する。軌道 61と軌道 65とはダイノード Dylのほぼ同一部分に入射する力光電面 14からダイノード Dylまでの電子の走行距離に差が生じるため、出力される信号の時間的揺らぎを生じる。また、光電面 14 のコーナ部 87に対向する領域力も放出される電子は、斜め方向の軌道 63でダイノード Dyの X軸方向中央側に入射することとなる。従って、各電極にコーナ部 83、 85、 87が設けられていない場合、すなわち、各電極のコーナ部分が有効領域となっていない場合には、光電面 14のコーナ部 87に対向する領域力も放出される電子は、ダイノード Dylに入射させるために大きく集束させる必要があるため、軌道 61よりも更に軌道 65との走行距離の差が大きくなる。し力しながら、本実施の形態においては、ダィノード Dyl〜Dyl2、引き出し電極 19およびアノード 25には切り欠き部 24、 49が設けられ、コーナ部 83、 85、 87は電子の増倍および検出に対して有効領域となっているため、光電面 14のコーナ部 83、 85、 87に対向する領域から放出された電子の走行時間差が小さくなるように集束される。従って、各軌道 61、 63、 65によってダイノード Dylに入射する電子の時間的揺らぎを最小限に抑制することができる。

[0048] 次に、ダイノード Dyl〜Dyl2に設けられる隔壁の構成について説明する。図 15は、通常のダイノードに設けられる隔壁を示す図、図 16は、所定のダイノードに設けられる隔壁を示す図、図 17は、隔壁を多く設けたダイノードの全体図、図 18は図 17の断面図である。なお、図 15、 16では電子増倍片 18が省略されている。

[0049] ダイノード Dyl〜Dyl2は、本実施の形態では上述したように x軸方向にスリットを有する構造であり、 y軸方向には図 15に示すように、アノード 25の複数のチャネルの y軸方向境界部と対応する隔壁 71が設けられている。光電子増倍管 10では受光面板 13の有効領域を広くとるために、受光面板 13の周縁部付近に入射した光に応じて光電面 14の周縁部力放出される光電子を xy平面の中心側に集束させる。周縁部からの電子は、集束に伴ってロスが生じるため、この結果、周縁部の電子増倍率の均一性が低下する傾向がある。そこで、図 16、 17に示すようにダイノード Dyの y軸方向周縁部を除く領域に y軸方向に延びる隔壁 73を設け、電子の増倍率を調整する。このような構成においては、図 17の A— A断面では、図 7に示すように電極積層部全体に電子増倍片 18が存在するが、 B— B断面では、図 18に示すようにダイノード Dy 5の y方向周縁部を除く部分が隔壁 73となっている。隔壁 73部分には電子増倍孔 1 8aが形成されず、隔壁 73に入射する電子は増倍に寄与しないため、 xy平面中央部の電子増倍が抑制されて電子の増倍率が均一化される。

[0050] 次に排気管 40の構成について説明する。図 19は、排気管 40付近の構成を示す断面図である。排気管 40は、ステム 29の中央部に気密に接続されている。排気管 4 0は、内側管 43と外側管 41との二重構造である。外側管 41は、ステム 29と密着させるため、ガラスと密着性がよく熱膨張係数の等しい例えばコバール金属で形成し、厚さは例えば 0. 5mm、外径は例えば 5mm、長さは例えば 5mmである。なお、ステム 2 9の厚さは例えば 4mmとすることができ、この場合、外側管 41はステム 29の外側面 2 9bより lmm外側に突出する。外側管 41が外側面 29bよりも外側に突出していることにより、ステム 29が外側管 41を超えて内側管 43と外側管 41との間に入り込むことを防止している。また、排気管 40は、封止 (圧接)を容易にするために、封止後であつても、内側管 43が外側管 41の下端よりも突出するように構成されている。

[0051] 内側管 43は、例えばコバール金属または銅で形成し、外径は例えば 3. 8mm,切断前の長さは例えば 30mmであり、外側管 41と同軸に配置し、ステム 29の内側面 2 9a側の一端部が外側管 41と気密接合している。また、光電子増倍管 10の製造終了時には内側管 43の他端部を気密に封止するため、なるべく厚さが薄いことが好ましく、例えば 0. 15mmである。ステム 29との接続部 41aにおいては、ステム 29の材料が排気管 40の内側に回りこまないように、接続部 41aを z軸方向上側に例えば 0. lmm 突出させるように配置されて、る。

[0052] 次に、光電子増倍管 10の製造方法を説明する。図 20〜22は、排気管 40およびステム 29の製造方法を示す図である。図 20に示すように、まず、外側管 41と内側管 4 3とを用意する。続いて、内側管 43を外側管 41の内部に同軸となるように配置する。このとき、内側管 43と外側管 41との一端同士の位置を合わせ、接続部 41aをレーザ溶接によって接合する。接合後、外側管 41の外面に、ステム 29と融着しやすくするための酸化膜を形成する。また、管状部材 31および延出部 32を用意し、それらにステム 29と融着しやすくするための酸化膜を形成する。図 21に示すように、ステム 29 には、支持ピン 21を装着する貫通孔 38、ステムピン 27を装着する貫通孔 30等を夫々所定数、排気管 40を装着する貫通孔 34を一箇所形成する。

[0053] 図 22に示すように、排気管 40、管状部材 31、延出部 32、ステム 29、支持ピン 21、ステムピン 27、リードピン 47等を夫々図示の位置に配置してカーボン治具（図示せず）に組み入れ、治具によりステム 29をステム 29の内側面 29a、外側面 29b側を挟むように加圧しながら本焼成することで、ガラスと各金属とが気密融着する。このとき、ステム 29の材料が延出部 32の貫通穴部 22、 48を挿通する支持ピン 21、リードピン 47のステム 29との接続部分に押し出されることで這、上がり部 33が生ずる。融着後、治具を取り外し、酸化膜の除去および洗浄を行う。このようにしてステム部分が完成する。

[0054] 続いて、一体に形成されたアノード 25をステムピン 27上に載置し固定する。固定した後、ブリッジを切断しアノード 25 (1— 1)、 25 (1— 2)、 · ··、 25 (8— 8)として独立させる。支持ピン 21上には、引き出し電極 19をアノード 25と略平行に離間して載置する。さらに引き出し電極 19上に、絶縁部材 23を介してダイノード Dyl2〜Dylおよびフォーカス電極 17を順次離間して対向させた電極積層部を載置する。このとき、ダイノード Dyl〜Dyl2の夫々対応するリードピン 47を突出部 53に、フォーカス電極 17 を、フォーカスピン 51と接続し、 z軸下方向に圧力をかけて固定する。その後、受光面板 13が固定された側管 15端部を管状部材 31と溶接固定して組み立てる。

[0055] 続いて、排気管 40から光電子増倍管 10内部を真空ポンプなどにより排気した後、アルカリ蒸気を導入し、光電面 14と 2次電子面を活性化させる。再び、光電子増倍管 10内部を真空に排気した後、排気管 40を構成する内側管 43を所定の長さに切断し、先端を封止する。このとき、放射線検出装置 1を回路基板上に載置する際に障害にならないように、ステム 29との接続部 41aの密着度が損なわれない程度に内側管 43 を短くすることが好ましい。以上の工程により、光電子増倍管 10が得られる。

[0056] 以上のように構成された本実施の形態による放射線検出装置 1では、シンチレータ 3の入射面 5に放射線が入射すると、出力面 7側に入射した放射線に応じた光を出力する。光電子増倍管 10の受光面板 13に、シンチレータ 3が出力した光が入射すると、光電面 14は、入射した光に応じた電子を放出する。光電面 14に対向して備えられたフォーカス電極 17は、光電面 14力も放出された電子を集束して、ダイノード Dy 1に入射させる。ダイノード Dylは入射した電子を増倍し、下段ダイノード Dy2側に放出する。このようにダイノード Dyl〜Dyl2によって順次増倍された電子は、引き出し電極 19を介してアノード 25に達する。アノード 25は到達した電子を検出し、ステムピン 27を介して信号として外部に出力する。

[0057] 図 5に示すように、光電子増倍管 10においては、電極積層体を載置するための支持ピン 21を備える。支持ピン 21を構成する載置部 2 lbの載置面上に電極積層部を載置する構成とすることで電極積層部を z軸方向上側力大きな圧力をかけて固定することが可能となり、電極積層部の固定強度が高まり耐震性が向上するとともに、電極積層部（電極積層部を構成する各電極)の z軸方向の位置精度が高められる。また、電極積層部の最下段の電極である引き出し電極 19が支持ピン 21の載置部 21 b上に載置されて支持されており、アノード 25との間に絶縁物を介していない。よって、電子が絶縁物に衝突して発光し、アノード 25から出力される信号にノイズを発生させることを防止することができる。さらに、支持ピン 21は導電性材料で形成されているため、電子が衝突しても発光しない。従って、一層、ノイズの発生を防止することができる。 [0058] フォーカス電極 17、ダイノード Dyl〜Dyl2および引き出し電極 19は、支持ピン 21 と同軸に配置された絶縁部材 23を介して互いに離間した状態で対向し積層されている。よって、 z軸方向により高い圧力をかけてフォーカス電極 17、ダイノード Dyl〜 Dyl2および引き出し電極 19を固定することができるため更に耐震性が向上する。また、フォーカス電極 17、ダイノード Dyl〜Dyl2および引き出し電極 19を絶縁部材 2 3を介して積層することにより、各電極の xy平面内の位置を正確に規定することができる。

[0059] ダイノード Dyl〜Dyl2の光電面 14側にフォーカス電極 17が設けられているので、光電面 14が放出した電子を効率よくダイノード Dylに入射させることができる。

[0060] 図 8及び図 10〖こ示すよう〖こ、ダイノード Dyl〜Dyl2、引き出し電極 19およびァノード 25には切り欠き部 49、 24が形成され、切り欠き部 49、 24に、支持ピン 21、リードピン 47が配置されている。よって、各電極の有効面積を充分確保することが可能になるとともに、電子の走行時間差による信号の揺らぎなどを最小限に低減できる。また、リードピン 47が z軸方向に向かって延びており、ダイノード Dyl〜Dyl2、引き出し電極 19およびアノード 25に形成された切り欠き部 49、 24が z軸方向において重なつて、ることで、さらに有効面積を確保することが可能になって、る。

[0061] また、図 12に示すように、フォーカス電極 17は、ダイノード Dyl〜Dyl2の切り欠き部 49を覆うように xy平面周縁部まで設けられているので、光電面 14におけるダイノード Dyl〜Dyl2、引き出し電極 19およびアノード 25に形成された切り欠き部 49, 2 4に対応する領域力放出された電子をダイノード Dylの有効領域に集束させることが可能となり、光電子増倍管 10における光検出の有効面積を大きく確保できるとともに、リードピン 47に電子が衝突して増倍率を低下させるのを防止している。

[0062] また、図 14に示すように、フォーカス電極 17の開口部 17bは、 x軸方向、すなわち、引き出し電極 19およびアノード 25の切り欠き部 49、 24が形成されている縁部に対して垂直な方向に延びている。開口部 17bには、できるだけ多くの電子を入射させることが好ましいが、フォーカス片 17aに当たった電子は開口部 17bには入射しない。従つて、フォーカス片 17aを避けるように電子の軌道を制御することが好ましい。特に、光電面 14の平板状電極部分 16に対向する部分力も入射してくる電子については、平板状電極部分 16も避けるように電子の軌道を制御するのが好ましい。その際、平板状電極部分 16に対向する部分から入射してくる電子は、軌道 61のように X軸方向に進む力 X軸方向の制御、すなわち、電子が本来進んでいる方向の制御は、 y軸方向の制御に比べて難しい。そこで、本実施の形態では、開口部 17bが、 X軸方向、すなわち、引き出し電極 19およびアノード 25の切り欠き部 49、 24が形成されている縁部に対して垂直な方向に延びているため、比較的容易な y軸方向の制御を行えば、電子を効率良く開口部 17bに入射させることができる。

[0063] また、図 5に示すように、最終段ダイノード Dyl2とアノード 25との間に引き出し電極 19が設けられているため、ダイノード Dy 12の z軸方向下側の電界強度が均一化される。従って、ダイノード 12の電子放出特性が均一化され、例えば各単位アノードがブリッジ切断後に傾き、アノード 25—引き出し電極 19間の距離にばらつきを生じたとしても、ダイノード Dyl 2から各チャンネル領域毎に均一に電子を弓 Iき出すことができる

[0064] また、図 16及び図 18に示すように、所定段のダイノード Dyには隔壁 73が設けられ、開口率を調整して xy平面内における電子増倍率のばらつきを低減している。

[0065] アノード 25は、一体に形成され、各アノードが対応するステムピン 27に固定された後にブリッジを切断して単位アノード 25を独立させるので、ステムピン 27に載置する工程が簡略ィ匕できるとともに、各アノード 25の設置位置の精度が高まる。また、図 8及び図 9に示すように、ブリッジが凹部 28内に設けられているので、アノード 25の有効面を充分確保することができるとともに、ブリッジ残部 26が凹部 28内に配置されるので、ブリッジ残部 26間の放電を防止することができる。また、このように 2次元に配列されたマルチアノードを用いることで、検出する光の xy平面内の入射位置を検出することができる。

[0066] 図 3に示すように、ステム 29はガラスで形成され、周縁部 29cに管状部材 31、内側面 29a上には延出部 32が設けられ、延出部 32には、支持ピン 21、リードピン 47が貫通し、フォーカスピン 51が立設している。よって、各ピンを側管 15近くに備えることができ、各電極の有効面を充分確保することが可能になって、る。

[0067] また、図 6に示すように、ステム 29と支持ピン 21、リードピン 47との接続部分には這い上がり部 33が形成され、管状部材 31と各ピンとの沿面距離を大きくとることが可能になり、沿面放電の発生および増倍された電子が絶縁物に衝突して発生する発光によるノイズを防止する効果がある。また、延出部 32に貫通穴部 22、 28が設けられているので、ステム 29製造時にガラス材の逃げ部分として機能することになり、ステム 2 9の厚さ調整を容易にしている。さらに、このようにステム 29の厚さを制御することができるので、受光面板 13に対するステム 29の外側面 29bの位置精度が高まり、結果として光電子増倍管 10の全長の寸法精度が向上するため、例えば光電子増倍管 10 を回路基板等に表面実装して使用する際に、光源と光電子増倍管 10の受光面板 1 3との距離が一定となり、誤差の少ない光検出が可能となる。

[0068] また、図 19に示すように、ステム 29に設けられている排気管 40は二重管構造となつており、外側管 41は、ステム 29との密着性が高い材料で厚く形成され、内側管 43 は、柔らかい材料で薄く形成されている。このような二重管構造としたことによって、外側管 41の厚さによりレーザ溶接時のピンホールなどを防止できる。また内側管 43は、ステム 29の内側面 29a側の端部でのみ外側管 41と接続すればよぐ外側管 41でステム 29との密着性を確保しながら、接続部に損傷を与えることなく長さも回路基板上に載置しても邪魔にならない程度に内側管 43を短く切断して封止することが可能になる。また、内側管 43を封止しやすいシール性の優れた材料とすることもできる。さらに、排気管 40の管径を大きくとることもでき、アルカリ金属蒸気を導入する際に、処理時間を短縮できるとともに導入した蒸気の均一性も向上する。

[0069] さらに、図 1に示すように、光電子増倍管 10の受光面板 13側にシンチレータ 3を設けたので、放射線を検出して信号として出力することが可能である。

[0070] 次に、第 1の変形例について図 23を参照しながら説明する。図 23は、電子検出部の変形例を示す斜視図である。上記実施の形態においては、電子検出部を構成するアノード 25は 2次元に配列されたマルチアノードであった力第 1の変形例においては、一次元に配列されたリニアアノード 125である。リニアアノード 125の境界部は、ダイノード Dyl〜Dyl2の隔壁 71に相当する部分に設けられる。各リニアアノード 1 25は、ステム 29に貫通して設けられるステムピン 127に接続されて支持され、所定の電位を供給されるとともに検出した電子に応じた信号を出力する。リニアアノード 125 にも隣接する単位アノードと対向する部分にブリッジを備えた凹部（図示せず)を設け

、アノード 125全体をステムピン 127上に固定した後にブリッジを切断することが好ましい。

[0071] 続いて第 2の変形例について、図 24を参照しながら説明する。図 24は、シンチレ一タの変形例を採用した放射線検出装置 100を示す概略断面図である。上記実施の形態によるシンチレータ 3に変えて、光電子増倍管 10のチャンネル領域に対応したサイズのシンチレータ 103を一次元に複数個配置した放射線検出装置 100とする。他の構成は、第 1の変形例と同一である。このような構成によれば、放射線の xy平面内における入射位置の検出が可能となる。

[0072] さらに図 25を参照して、第 3の変形例について説明する。図 25は、シンチレータの他の変形例を採用した放射線検出装置 200示す概略断面図である。第 2の変形例によるシンチレータ 103に変えて、アノード 125の大きさよりも小さい、例えばアノード 125の 2分の 1に相当するシンチレータ 203を一次元に複数個配列した放射線検出装置 200とする。他の構成は、第 2の変形例と同一である。このような構成によれば、放射線の xy平面内における入射位置を、より正確に検出することが可能となる。

[0073] さらに図 26を参照して、第 4の変形例について説明する。図 26は、載置部 21b及び引き出し電極 19の形状の変形例の説明図である。載置部 21bの引き出し電極 19 を載置する面には凸部 21cが形成され、引き出し電極 19の載置部 21bに載置される面には凹部 19cが形成されており、支持ピン 21が引き出し電極 19を載置した際には、凸部 21cと凹部 19cとは互いに嵌合される。このような構成によれば、フォーカス電極 17、複数のダイノード Dyl〜Dyl 2を備えた電極積層部の xy平面内における位置精度を向上させることができる。なお、引き出し電極 19が配置されていない場合には、最終段のダイノード Dyl2に凹部を形成すればよい。また、載置部 21bに凹部を形成し、引き出し電極 19に凸部を形成してもよい。

[0074] 尚、本発明による光電子増倍管および放射線検出装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなぐ本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

[0075] 例えば、管状部材 31はステム 29の内側面 29a側に延出部 32が延出しているが、外側面 29b側に延出部 32を設けるようにしてもよい。その場合には、延出部 32の周囲や、延出部 32を挿通しているリードピン 47間に光電面 14の電位が露出することとなる。ステム 29の外側には、回路基板を密接して配置することが多いため、アノード 2 5に対する電位差が最も大きい光電面 14の電位が露出していると、耐電圧の点で問題が生じる可能性がある。従って、延出部 32は、内側にある方が好ましい。

[0076] 製造方法において、排気管 40は外側管 41と内側管 43とを接続した後にステム 29 と接続させたが、まず外側管 41のみを酸ィ匕してステム 29と接続し、酸化膜を除去した後に内側管 43を外側管 41と接続する方法もある。

[0077] 光電子増倍管および各電極の断面は略矩形としたが、断面が円形、またはその他の形状でもよい。この場合、光電子増倍管の形状に応じてシンチレータの形状も変更することが好ましい。

[0078] 隔壁 73は、上記例では 5段目のダイノード Dy5に設けた力他の段に設けてもよく

、また、複数段のダイノードに設けるようにしてもよい。

[0079] 引き出し電極 19の開口部 19bは、ライン状に限らず、メッシュ状であっても良い。

[0080] 図 27に示すように、延出部 32の X軸方向両縁部に、貫通孔 22、 48に替えて複数の開口 122、 148を櫛歯状に形成してもよい。貫通孔 22、 48の場合と比較して、櫛歯状に開放されているため、延出部 32によるステム 29の強度向上の程度が若干劣ること、及び、開放部からのステム 29の材料の逃げが大きいことにより這い上がり部 3 3が若干形成しづらいことが挙げられる力この場合においても、電子倍増部及び電子線検出部の有効面積を効率よく確保することができる。

産業上の利用可能性

[0081] 本発明の放射線検出装置は、医療用機械における画像診断装置などに利用が可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 一側端部を構成する受光面板（13)と、他側端部を構成するステム (29)とを有する真空容器内に、前記受光面板（13)を通して入射した入射光を電子に変換する光電面（14)と、前記光電面（14)が放出した電子を増倍させる電子増倍部と、前記電子増倍部が増倍した電子に基づいて出力信号を送出する電子検出部とを備えた光電子増倍管（10)において、

前記電子増倍部は、ダイノード (Dyl〜Dyl2)を含む電極が複数段に積層された電極積層部を有し、

前記ステム（29)は、前記電極積層部と対向する第 1面（29a)と、前記第 1面（29a) と対向する第 2面（29b)と、前記第 1面（29a)と前記第 2面（29b)とを接続する周縁部（29c)とを有する絶縁部材であり、

更に、前記周縁部（29c)を取り囲む管状部材 (31)と、

前記管状部材（31)から前記ステム（29)の第 1面（29a)又は第 2面（29b)に沿って延出し、開口部（22, 48)が形成された延出部（32)と、を備え、

前記開口部（22, 48)には、前記電極積層部に電位を供給する電位供給ピン（21 , 47)が前記ステム（29)を介して挿通固定されて!ヽることを特徴とする光電子増倍管 (10)。

[2] 更に、前記光電面（14)が放出した電子を前記電極積層部に収束させるフォーカス電極（17)と、

前記フォーカス電極（17)に電気的に接続されたフォーカス電極ピン（51)と、を備え、

前記フォーカス電極ピン（51)は、前記延出部（32)に立設されていることを特徴とする請求項 1に記載の光電子増倍管（ 10)。

[3] 前記ステム（29)は、前記開口部（22, 48)から前記電位供給ピン（21, 47)に沿つて盛り上がった這!ヽ上がり部（33)を有することを特徴とする請求項 1に記載の光電子増倍管（10)。

[4] 前記開口部（22, 48)は、貫通孔であることを特徴とする光電子増倍管（10)。

[5] 前記ステム (29)には真空容器の排気を行う排気管 (40)が気密に設けられ、前記排気管 (40)は、互いに同軸上に配置された外側管 (41)と内側管 (43)とを有し、前記外側管 (41)の外周面は前記ステム (29)に融着され、前記外側管 (41)の前記真空容器（10)内部側の端部と前記内側管 (43)の前記真空容器（10)内部側の端部とは接合されて、ることを特徴とする請求項 1に記載の光電子増倍管（ 10)。

請求項 1から請求項 5のいずれか一項に記載の光電子増倍管（10)の前記受光面板（13)の外側に、放射線を光に変換して出力するシンチレータ（3)を設置してなることを特徴とする放射線検出装置（1)。