JPS5841622B2 - 電子放電管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は光増倍管、特に１次ダイノードの２次電子放
射面の改良に関する。

光増倍管では電子放射電極を用いて光子１個が衝突する
たびに１個の電子を放出させるか電子１個が衝突するた
びに複数個の２次電子を放出させる。

１次電子は光電陰極からの光電子でも、池のダイノード
からの２次電子でもよい。

光電管の構成において遭遇する問題はその電子増倍器の
ある段から放出された電子を効率よく池の段に収集する
ことであり、特に問題となるのは電子増倍器の入力段の
電子すなわち光電陰極からの光電子をその増倍器の第１
ダイノードすなわち１次ダイノードに最大限に収集する
ことである。

この人力段の電子収集効率が上昇するとその光増倍管の
信号対雑音比が向上する。

米国特許第４１１２３２５号明細書には光電陰極から放
出された入射電子の収集効率の高い比較的広い領域を持
つ■次ダインードが記載されている。

この１次夕゛イノードの収集効率は光電陰極と１次ダイ
ノードとの間に集束電極を追加し、光電陰極から放出さ
れる光電子を１次ダイノード上に集束することにより改
善することができ、この集束電極は１９７９年８月１３
日付米国特許願第６５８４２号明細書〔特開昭５６−２
８４４７公報対応）に記載されている。

この集束電極はまた１次ダイノードから放出された２次
電子を２次ダイノード上に集束する。

例えはシンチレーション計数等の光増倍管の多くの用途
で要求されることは、光増倍管の出力が光入力に比例す
ることである。

シンチレーションの光エネルギはある範囲に亘りガンマ
線のエネルギに正比例するから、光増倍管から得られた
電気パルスはガンマ線エネルギの直接の尺度になる。

従ってシンチレーション計数に用いる光増倍管の重要な
要件は種々の高さのパルスの識別能力である。

この識別を行う能力を示す因子をパルス高さ分解能と呼
ぶ。

上記米国特許および特許願明細書記載の１次ターイノー
ドを持つ光増倍管のパルス高さ分解能は、その１次ダイ
ノードの活性領域すなわち２次電子放射領域からの２次
電子放射利得を向上することにより改善することができ
る。

ダイノードからの２次電子放射利得はそのダイノードに
入射する１次電子のエネルギとその２次電子放射材料の
組成および均一度の直接関数である。

例えは酸化されたベリ１，１ウム銅ダイノードの代表的
２次電子放射利得は代表的１次電子電圧範囲約１００−
２００Ｖに対して約３へ−５である。

ニッケノドのタ゛イノード基板上のセシウムアンチモン
等の曲の材料の２次電子放射利得は若干高く、例えば同
じ１次電子電圧範囲１００〜２００Ｖにおいて約５〜７
である。

この才うなセシウムアンチモンダイノード構体を持つ光
増倍管は米国特許第２５７４３５６号明細書に記載され
ている。

カリウム、セシウムおよびアンチモンの材料をニッケル
ダイノード基板上に用いると１次電子電圧範囲１００〜
２００Ｖに亘って６〜１１という著しく高い２次電子放
射利得を得ることができ、このような構体は米国特許第
３７５３０２３号明細書に記載されている。

大ていの光増倍管では段数が通常５〜１４であるため、
第１段の２次電子放射利得が虜かに上昇すると陽極に達
する２次電子数が著しく増大する。

従って同じ段数で同様の構造の光増倍管の場合は、アン
チモン化アルカリによるような２次電子放射利得が比較
的高い１次ダイノードを持つものの方が例えは酸化ベリ
リウム銅ダイノー・ドを用いたものよりパルス高さ分解
能が遥かに大きい。

２次電子放射利得の高いことが望１れる場合は、ニッケ
ル、Ｍ上にセシウムむよびアンチモンヲ被着してダイノ
ードを形成することが多いが、ニッケル基板上にアンチ
モンを蒸着するときしはしｄ：問題が起ることも当業者
に公知である。

ニッケルはアンチモンと合金を形成する傾向を持ち、ニ
ッケル基板と１種またはそれ以上のアルカリ金属を被着
することにより活性化したアンチモン層とから成るダイ
ノードからの２次電子放射は低くなる。

米国特許第４１６０１８５号におけるようにこの合金化
を防ぐ試みは極めて成功Ｉ〜たが、この合金化防止処理
の追加のために管球の価格が上昇するため、これはでき
れば廃止することが望ましい。

光増倍管の出力を１次ダイノード上で２次電子が発生す
る場所に関係なく直線的に保つために２次電子放射利得
を均一にすることも望゛ましい。

例えば米国特許第２５７４３５６号明細書にはよろい戸
型または［−ベネチャブラインド」型の夕”イノードが
開示されている。

よろい戸の羽根板の角度と隣の羽根板による遮蔽のため
に各羽根板の全領域にアンチモンの充分均一な層を蒸着
することは不６Ｊ能であるカー・ら、とのベネチャブラ
インド型ダイノードの２次電子放射利得は不均一である
。

酸化ベリリウム銅のベネチーやブラインド型ターイノー
ドとアンチモン化アルカリ光電陰極を持つ光増倍管が曲
にも製造されているが、これらの管球の若干ではフェー
スプレートとタイノードとの間の管軸付近にただ１個の
アンチモン蒸発器を設け、フェースプレート上に均一な
アンチモン被膜を設け、次にこの上に均一・な光電陰極
が形成されるようにその蒸発器の位置を選定している。

アンチモンの若干は第１ダイノードの露出面にも偶然不
随意に蒸着され、また若干は第１り゛イノードの羽根板
の間を通って第２ダイノードの一部に達し得ることは言
う昔でもないが、この羽根板による遮蔽によりダイノー
ドの若干の部分には全くアンチモンが達せず、この結果
生成した各ダイ７・−ド上の２次電子放射面は不均一で
ある。

このようなタ゛イノード表面からの２次電子放射利得は
著しく不均一（すなわち位置依存的）であるため、酸化
ベリリウム銅ダイノード上にアンチモンを蒸着すること
は廃止する必要がある。

この発明による電子放電管は光電陰極と１次夕”イノー
ドを有し７、その１次ダイノードが酸化物の２次電子放
射面を持つ活性領域を有する。

その酸化物表面の実質的全面にアンチモン化アルカリ化
合物の実質的に一様な層が形成されている。

第１図に管球１０で示す光増倍管ば円節形側壁１４と円
形フェースプレート１６を持つ外囲器１２を有し、フェ
ースプレート１６に隣接する側壁１４の一部にはアルミ
ニウム被膜１７が設けられている。

管球１０内にはフェースグレー川・１６上および側壁１
４のアルミニウム被膜１７の一部に沿ってた電陰極１８
がある。

この光電陰極１８のフェースプレート１６上の部分は透
明であるが、アルミニウム被膜１７に沿う部分は反射性
である。

この光電陰極１８は例えばアンチモン化カリウムセシウ
ムその池当業者に公知の多数の光電子放射材料のどれを
用いてもよい。

管球１０の内部にはフェースプレート１６に面して例え
ばベリリウム酸化物の活性酸化物２次電子放射面２２を
持つベリリウム銅材料より成るカップ型の１次または第
１り゛イノード２０がある。

被膜２２はアンチモン化カリウムセシウム等のアンチモ
ン化アルカリ化合物の実質的に均一な層で覆われている
。

この１次ダイノード２０と光電陰極１８（の透明部分）
との間には間隔をむいて有孔集束電極２４が設げられて
いる。

１次ダイノード２０はカップ状を威し、平面状メツシュ
２７で覆われた実質的に円形の頂目すなわち入力開口２
６と、光電陰極１８と実質的に平行で実質的に平担な底
面２８と、この底面を頂目２６の周縁に接続するほぼ円
錐台状側壁２９とを有する。

側壁２９の第１の領域に出力開口３０が貫通している。

箱型の２次タ°イノード３１はカップ型の１次ダイノー
ド２０から放出された２次電子の受入部材として働らき
、入力開口３２と出力開口３４を有する。

この２次タ゛イノード３１から出力開口３４を通る２次
電子は陽極３６に衝突する１次電子として働らく。

第１図には光電陰極１８からの電子放射を陽極３６に伝
播連結するグイノードが２つしか示されていないが、２
次ダイノード３１と陽極３６の間に複数個の２次ダイノ
ードを追加し得ることは明らかである。

このダイノードの総数は特に管球に必要な最終利得に支
配される。

このカップ型の１次ターイノード２０と箱型の２次ダイ
ノード３１は米国特許第４１１２３２５号明細書に記載
されている。

１次および２次タ゛イノード２０，３１．集束電極２４
、光電陰極１８釦よび陽極３６には静電荷の印加に用い
る導線が接続されている。

この導線（図示せず）は管球１０のベース４０の金属ピ
ン３８で終っている。

集束電極２４と平面メツシュ２７との間には複数個の白
金アンチモンビード４２が配置されている。

このビード４２は白金５０％アンチモン５０係の合金で
当業者に公知の方法で金属線４４に取付けられている。

金属線４４は１本に付き２個のビードを取付けて白金ア
ンチモン蒸着装置４６を形成することが好ましい。

この蒸着装置４６はアンチモンを全方向に均一に分配す
る点源としてではなく、線４９の長さに沿って分配する
線源として働らく。

蒸着の均一度を保証するため各管球に蒸着装置４６が２
つずつ取付けられている（１つしか図示してない）。

アンチモンの蒸着をさらに均一にするには蒸着装置４６
を互いに直角に配置するのが理想的であるが、事実上互
いに捩れた関係で配置することもできる。

外囲器１２内に容器４８のようなアルカリ材料源を置き
、この容器４８にクロム酸カリウム、クロム酸セシウム
、還元剤および緩和剤を入れることもできる。

このような材料は当業者に公知で説明の必要がない。

容器は１個しか図示されていないが、各アルカリ材料ご
とに別の容器を用いることもできる。

このアルカリ材料は光電陰極１Ｂ：！＝−よび１次夕“
イノード２０上のアンチモン化アルカリ化合物層の形成
に用いられる。

この発明の構体における１次ダイノード２０の２次電子
放射利得は、ベリリウム銅グイノードの場合酸化ベリリ
ウムである標準２次電子放射面上の酸化物被膜２２の本
来の位置にアンチモンの実質的に均一な層を蒸着し、こ
れを活性化してアンチモン化アルカリ化合物を形成する
ことにより向上する。

このアンチモン層の厚さは約１００ ＯＡか望ましいこ
とが判っている。

実質的に平担な活性面をアンチモン層蒸着の基板として
持つ酸化ベリリウム銅のカップ型の１次ダイノード２０
を用いることにより、ニッケルのダイノード基板と蒸着
アンチモン層との間にしばしば起るよろい戸型活性面上
のアンチモンの不均一蒸着とその合金化の問題は解消す
る。

その上酸化されたべ１．１１Ｊウム銅がすでに２次電子
放射材料であるため、アンチモン蒸着層耘よび生成した
アンチモン化アルカリ化合物に如何なる微小変化があっ
ても、下層の酸化ベリ１７ウムの２次電子放射面からの
２次電子で補償される。

この発明の構造はそれ自身安価で製造効率がよいが、管
球部品は前記米国特許願第６５８４２号明細書記載の装
置の構成に用いたものと同じものが望ましい。

アンチモンの蒸着装置４６は１次ダイノード２０の酸化
物面２２と外囲器１２の内面の双方に同時にアンチモン
が蒸着するように位置決めする。

このアンチモンの蒸着装置４６をフエ−スプレート１６
より１次ターイノード２０に近接させることにより、タ
ーイノード面に約１０００Ａ。

フェースプレート内面に約７ＯＡの厚さのアンチモン層
を蒸着すればよい。

ダイノード層は数１ｏｏｖに達するエネルギを持つ入射
光電子から全エネルギを吸収できなげればならないから
、フェースプレート１６より１次夕“イノード２０の方
のアンチモン層を厚くする必要がある。

反対にフェースプレート１６上に形成された光電陰極１
８のような透明光電陰極はその内部で発生した光電子が
真空中に逸出し得るように比較的薄くなげればならない
。

１次グイノード２０上の高利得アンチモン化アルカリ２
次電子放射面とフェースプレート１６上の光電陰極１８
とを同時に形成するには、管球を排気系（図示せず）に
接続して管内圧力が１０−６Ｍ、７ｎ、Ｈ，ｇ 程度以
下になる１で排気した後、管球を２５７〜４０００Ｃで
２〜３時間加熱して管球部品内部から吸蔵ガスを追出し
、然る後室温に冷却する。

管球１０が室温にある間に、フェースプレート１６を含
む外囲器１２の内面と１次ダイノード２０の酸化物の２
次電子放射面２２に同時にアンチモンを被着する。

フェースプレート１６と１次ダイノード２０の上のアン
チモンの上記所要厚さは、フェースプレート１６上に蒸
着したアンチモンの光透過度を監視することにより得ら
れることが判っている。

この光透過度は米国特許第２６７６２８２号明細書記載
の方法によって測定することができ、フェースプレート
１６を光が完全に透過するときの目盛の読みを１００と
して光表示器（図示せず）を設定することかできる。

アンチモンの蒸着装置４６からのアンチモノの蒸発はフ
ェースプレート１６の透過度が初期値の約７０％になる
１で続けるのが好ましい。

次にフェースプレート１６上のアンチモン被膜と１次ダ
イノード２０上のアンチモン層を活性化するために真空
外囲器１２にカリウムおよびセシウムを導入する。

このアルカル金属を導入するには、容器４８を充分高温
に加熱して内部の物質を蒸発させる。

容器４８の加熱はそれに電流を直すか、外部の無線周波
電極により行えはよい。

次に管球１０を炉（図示せず）中にむいて約１８０℃の
温度で感光度が最大に達し、電気漏洩が所定値に下る１
で力ロ熱した後、約５〜ｂ で約７０〜８０℃ｌで除冷し、それ以後は室温１で放冷
する。

管球１０を排気系から取外して排気管（図示せず）を封
じ切ると、その管球は動作ｌ〜得る状態になる。

上述の推奨実施例にお・いては１次ダイノード２０の酸
化物２次電子放射面２２がベリリウム銅２次電子放射面
であるが、酸化アルミニウムや酸化マグネシウムも満足
な酸化物２次電子放射面を与える。

１次夕゛イノードの基材をベリリウム銅として説明した
が、表面に酸化物の２次電子放射被膜を被着し得るもの
は池の材料でも使用し得ることを理解すべきである。

このような曲の基板材料にはニッケルおよび銀または銅
マトリックスとの合金がある。

上述の方法で製造した光増倍管は一般に９．３俤のパル
ス高さ分解能を持つことが測定で判り、８１．８％もの
良好なパルス高さ分解能を持つものが生産されている。

これに対して標準の酸化ベリリウム２次電子放射層を１
次夕“イノードに用いた光増倍管のパルス高さ分解能は
一般に９．８％である。

第２図は酸化べ１，１１．）ラム面に被着されたカリラ
ムネ・よびセシウムで活性化されたアンチモンから成る
層の２次電子放射利得の曲線を示す。

この発明の背景に対して上述した曲の２つの２次電子放
射材料の利得曲線も比較のために示されている。

曲線５０，５２．５４はそれぞれ酸化ベリリウム銅合金
、アンチモン化セシウム（Ｃａ３Ｓｂ）ｈよゝびカリウ
ムおよびセシウムで活性化されたアンチモンに対するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の光増倍管の部分断面図、第２図は第
１図の夕゛イノードの電子放射材料を含む種々の２次電
子放射材料の一般的相対２次電子放射特性を示す図表で
ある。 １０・・・電子放電管管球、１２・・・外囲器、１８・
・・光電陰極、２０・・・１次夕”イノード、２２・・
・２次電子放射面、２３・・・アンチモン化アルカリ層
、３１・・・２次グイノード、３６・・・陽極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空外囲器と、この外囲器内の光電陰極と、酸化物
   ２次電子放射面を表面に持つ活性部を有する１次ダイノ
   ードと、上記酸化物２次電子放射面の実質的全面に形成
   されたアンチモン化アルカリ化合物の実質的に均一な層
   と、上記１次ダイノードから隔てられた少なくとも１個
   の２次ダイノードと、この２次ダイノードに隣接する陽
   極とを含む電子放電管。 ２ 上記アンチモン化アルカリ化合物は上記夕”イノー
   ドの上記酸化物２次電子放射面上の本来の位置に被着さ
   れたアンチモンの基層を含み、上記光電陰極は上記外囲
   器の内面上の本来の位置に被着されたアンチモンの基膜
   を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１記載の電子
   放電管。