JPS5854539A - 電子放出管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、ティーカップ型
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次電子は為例えば１光電陰極からの光電子の場合
もあれば、他の電極即ち１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１電子場倍
器の１つの段から放射された電子を別の段によって、い
かに効率よく収集するかということであった。特に、電
子増倍管の入力段における電するかという問題である。

１９７８年９月５日付テフ：ｔ　−フナ−（Ｆａｕｌｋ
ｎｅｒ　）氏に付与式れた米国特許第４，１１２，３２
５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った１次ダイノードが
開示きれている。この収集効率は、光電陰極かち放邦−
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
ることによっ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日付でフォーフナ−氏外
に付与された米国特許第４，３０６．ｌ’７１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膜と協働して、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。光電陰極は管のフェースプレート及びこのフェ
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１１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ョ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ｆ
”ｌ　、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１６１本あるいは９
１本というような数の管からなる６角形アレーを作ると
、カメフ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っ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１主として入光電子増倍管のパルヌ高解像度に
、従って１光電陰極の量子効率と１次ダイノードの収集
率とによって決まる。

大径の光電子増倍管、例えば、公称１３３．４　朋（５
，２５インチ）の直径を持つフェースプレートを有する
管は１公称直径が５０．８　ｍ　（２インチ）のフェー
スプレートを持つ管と同じ大きさの電子増１＼ 倍器を用いかつ同じ電圧で動作する。さらに、管のフェ
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
のフェースプレート部分から小路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ァンネル形管外囲
器を採用することによって達成できる。ファンネル形外
囲器上のアルミナイズ被膜は、フェースプレートに隣接
する側壁部から外囲器のネック部中にまで伸延する。

このように外囲器の側壁を傾斜式せ、同時に、フェース
プレートと集束電極との管軸方向の間隔を大きくするこ
とによって・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った管を同
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１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。周縁部からの光電子のいくらかは
集束電極に当り１１次ダイノード＆１ｌｌｉ当らない。

その結果１大径のフェースプレートとファンネル形管外
囲器とを持った管では、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１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
坦なベース部を持った１次ダイノードとを備えた排気さ
れた外囲器を持っている。

１次ダイノードは為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１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きれている。

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ュ部
材とを備えた実質的に平坦な導電性構体を備えている。

メツシュ部材はその中心部［ｓ１次ダイノードの平坦な
ベース部と実質的に同紙（ｃｏｅｘ−ｔ、ｅｎｓｊ−ｖ
ｅ　）な開口が設けられている。

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ック部１４に結合で
れた小径端とフェースプレート１６ｖｃ封着された大径
端とを持ったファンネル部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。

フェースプレート１６は外囲器１２の一端を閉じている
。外囲器のネック部はヌテム（図示せず）ｖｃよって閉
じられている。ファンネル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膜１８力４施されてい
る。管１０の内部には・光電陰Ｉｇｊ８２０がフェース
プレート１６上とファンネル１３のアルミナイズ被膜の
一部に沿って配置されている。フェースフ。

レート１６上の光電陰ｉ２０の部分は半透明で、一方、
アルミナイズ被膜１８に沿った光電陰極部分は光反射性
である。光電陰極２０は１例えば、アンチモン化カリウ
ム・センラム形、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
成きれたティーカップ形の１次、すなわち１第１ダイノ
ード２２が設けられており、このティーカップ形ダイノ
ード２２は、フェースプレー）　１６ｖｃ対向するＯ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を持っている。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が被膜２４を覆っている。（これは前述の米国特許
第４，３０６，１７１号の場合と同様である。）ティー
カップ形ダイノー）’２２トフェースプレート１６上の
透明な光電陰４ｉ２０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な有孔集束電極２
８が配置δれている。米国特許第４　、３０６　、１７
１号に示されているように、このティーカップ形ダイノ
ード２２は１実質的に平坦なベース部２９と第２のダイ
ノード３２に隣接する出力孔３０とを備えている。

第２のダイノード３２は好ましくはベリリウム・銅で作
られており、ティーカップ型ダイノード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ｏ第２ダイ
ノード３２は入力孔３４と出力子Ｌ３６とを備えている
。第２ダイノード３２の酸化べ鵞ノ１ノウム製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
１順に参照番号４０〜４７を付した８個のベリリウム・
銅製ダイノードの連鎖（チェイン、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ニよって部
分的に囲まれている。ダイノード４０〜４７の各々は、
酸化べ１ノ■ノウムからなる２次電子放出表面を備えて
いる０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Ｘ１９８０年３月
２６日付で出願式れた米国特許出願第１３４，２７６号
明細書に開示されているように、ニクロムで作ってもよ
い。

上述した実施例においては１光電陰極２０から陽極４８
までの電子の伝播と転送のために合計１０個のダイノー
ドが用いられているが１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１あるいは
、幾つかのもの−を省略してもよいことは、当業者ｖｃ
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って左右されるＯダイノ
ードの２成型ｆ・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４
．３０６，１７１号に記述されている。）ダイノード２
２．３２及びダイノード４０〜４７−％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２０ｖｃ対す
る電気接続は・外囲器１２のネック部１４中にまで延伸
しているアルミナイズ被膜１８に押圧式れたばね接触部
材（図示せず）ｖｃよって行われる。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５２ｖｃ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２
８は実質的に平坦で導電性の構造を有し・外側の電子不
透性の環状支持リング６２と内側の電子を透過する環状
メツシュ部材６４とを備えている。

メツシュ部材６４の中央には１大きな電子開口が形成さ
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１支持リング６２にメツシュ部材６４を、
例えば、溶接などによって取付けるほうがより便利であ
る。好ましい実施例゛では、環状支持リング６２はステ
ンレス鋼製で為外径が約４６．７４　ｘｎｘ　（１，８
４インチ）−内径が約２８．５８　ｘｙｘ　（１，１２
５インチ）、厚蕩が約ｏ、３ｓｇｇ（約０．０１５イン
チ）である。また１メツシュ部材６４は厚さが約０．０
５１１（０，００２インチ）のステンレス鋼で作られて
いる。さらに、メツシュ部材６４は直径が約１７．５ｍ
（０，６９インチ）の中心開口６６及び複数の放射状支
持体６８と同心環状部材７０とによって限定きれる複数
個の弧状の開孔６７を備えている。メツシュ部材６４は
約９２％の光学的透過性を持っている。最外側の環状部
材（図示せず）は１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
い幅を持っている。メツシュ部材６４は従来から周知の
エツチング技法によって形成できる。従って、集束電極
２８は、約１７．５ｎの直径の大きな中央電子開口６６
と−この開口６６から支持リング６２の内周縁まで延び
る実質的に透過性のメツジュロ４とを持っている。メツ
ジュロ４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同心環状部材
７０を付加して、この中心開口の直径を推奨直径よりも
小さくすることができる。（米国特許第４．３０６，１
７１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っているが、残りの
部分社電子を透過しない構造となっている。）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
メツシュ部材を持った新規な集束電極２８は１実用最高
電子透過率を呈し、また、そのファンネル型構成と外囲
器の太き式のために電子抽出力あるいは集束力が弱いに
もかかわらず１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きれている従来の標準型
集束構造を持った３本の管とのパルス高及びパルス高解
像とを比較することによって示す〇 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って測定する。セシウム１３７源が
１前記結晶中で光電変換によっ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
力はマルチチャンネル波高分析器に結合され表示賂れる
。セシウム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。

シンチレーション計数の詳細な記述は「ザ・アールシー
ニー光電子増倍管ハンドブック（Ｔｈｅ　ＲＣＡｐｈｏ
ｔｏｍｕ工ｔｊ−ｐｌｉｅｒ　Ｔ（ａｎｄｂｏｏｋ　）
　（ＰＭＴ　−６２）　Ｊ　（１９８０）σ）６９〜７
２頁に見られる。第３図において１エネルギ１すなわち
へパルヌ高（ＰＨ）は横軸にとっである。第３図におけ
るフォトピーク＜　ｐｈｏ−ｔＯｐｅａｋ　）は、約６
６２ＫｅＶ、即ち）−ｔ！Ｓ／”７ム１３７ノガンマ線
のエネルギと関連し１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
は蔦第３図に示すような＼フォトピーク高さ内の最大計
数率の２分のＩＫおけるフォトピークの＠ＡのＸ最大フ
ォトピーク計数率におけるパルス高Ｂに対する割合の１
００倍と定義される。

このパルス高解像度の値が小ざい程＼その管はフォトビ
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 改良型集束ｖＩＩｔ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った３本の管のパルヌ高解像
度は６．８９〜７．５７％である。上記の容管の集束電
極は１次ダイノードの電位と等しい電位で動作δせな。

このテストは、中心開口６６の周縁に設けた実質的に電
子透過性のメツジュロ４を有する改良でれた集束構造に
より、ファンネル形外囲器を持った大径の光電子増倍管
のパルヌ高解像度が約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ュ部材６４を付加すること
により１１次ダイノード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、メツシュ部材６４は、集束電極２８上の電位によっ
て生成される静電界を中心開口６６を横切るようＫａせ
、それによって、ファンネル１３の内面のアルミニウム
被膜によって形成される弱い陰極集束静電界が相殺葛れ
る。陰極電界がティーカップ形第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１次ダイノー
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、メツシュ部材６４ｔ′ｉ・上述のように、この陰極
電界のテイーカンプ形１次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１全体としての管の性能が低下する
であろう。メソシュ部材６４は１陰極静電界を遮蔽する
ことによって、１次ダイノードから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
ルヌ高分布を示す図である。 １２・・・外囲器、２０・・・光電陰極・２２・・・１
次ダイノード％　２８・・・集束手段Ｘ３２・・・２次
ダイノード１６２・・・支持リング、６４・・・メツシ
ュ部材１６６・・・中心開口。 才１図 　ｔＳ １ｚ図 ケ３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　電子を放出する光電陰極と１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１か
   つ１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１上記
   光電陰極と１次ダイノードとの間にこれらのものから間
   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
   シュ部材とを含む実質的に平坦な導電性構造からなり、
   上記メツシュ部材は、その中央部ｖｃ１上記１次ダイノ
   ードの平坦なベース部と実質的に同°゛履の電子開口を
   有するもの であることを特徴とする電子放出管。