JP3944322B2 - Photomultiplier tube, photomultiplier tube unit and radiation detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受光面板に入射した微弱な光を電子の増倍によって検出させる構成をもった光電子増倍管と、光電子増倍管が並べられた光電子増倍管ユニットと、光電子増倍管や光電子増倍管ユニットを並べて利用した放射線検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術として、特開平5−290793号公報がある。この公報に記載された光電子増倍管は、密封容器内に電子増倍部を収容させた構成を有し、この密封容器は、金属製の側管の上端をフランジ状に形成し、このフランジ部を、受光面板の上面(受光面)に融着するように固定させており、フランジ部による気密性確保の実効を図っている。そして、側管のフランジ部を受光面板に融着させる際、側管を加熱しながら行っていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の光電子増倍管には、次のような課題が存在していた。すなわち、図18に示すように、側管100には、その上端で全周に亙って設けられたフランジ部101を有し、フランジ部101の下面101aと受光面板102の上面102aとを当接させるようにして、側管100と受光面板102とを融着固定させていた。このような光電子増倍管は、フランジ部101が受光面板102の上面(受光面)102aに張り出すようにして、側管100の上端で受光面板102の縁を覆うように構成させる結果、受光面102aがフランジ部101によって狭められ、受光面板102の有効利用面積が小さくなるといった問題点がある。近年において、光電子増倍管を多数並設させて利用される機会が多く、この場合に、受光面板102の有効利用面積を、1パーセントでも大きくすることが求められているが、前述した従来の光電子増倍管を密に多数並べた場合、かなりのデッドエリアを発生させてしまうことは想像に難くない。そして、このような光電子増倍管を並設利用する放射線検出装置においては、光電子増倍管自体の問題点に起因して、検出装置自体の性能アップが図り難かった。
【0004】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、特に、受光面板の有効利用面積を向上させつつ、受光面板における側管の固定領域の拡大を図った光電子増倍管と、受光面板の有効利用面積を向上させつつ、個々の側管内における各電子増倍部でのゲイン(電流増倍率)コントロールを容易化した光電子増倍管ユニットと、受光面板の有効利用面積の拡大に基づき検出装置自体の性能アップが図られた放射線検出装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の光電子増倍管は、受光面板の受光面から入射した光によって電子を放出する光電面を有し、光電面から放出した電子を増倍させる電子増倍部を密封容器内に有し、電子増倍部で増倍させた電子に基づいて出力信号を送出するアノードをもった光電子増倍管において、
密封容器は、電子増倍部及びアノードをステムピンを介して固定させるステム板と、電子増倍部及びアノードを包囲すると共に、一側の開口端にステム板を固定する金属製の側管と、側管の他側の開口端に固定するガラス製の受光面板と、により形成され、
受光面板の側面を側管の外壁面に対して外方に突出させ、
側管の上端側には、受光面板の光電面側に埋設させた突き刺し部が設けられていることを特徴とする。
【0006】
この光電子増倍管においては、金属製側管の外壁面に対して受光面板の側面を外方に突出させる結果、側管に対して受光面板が側方に張り出すことになり、受光面板の受光面からの光取入れ面積の拡大化が図られる。このような受光面板の張り出し構造は、ガラスの屈折率に着目してなされたものであり、今まで受光できなかった光を少しでも多く光電面内に取入れようとして発案されものである。
しかも、金属製の側管とガラス製の受光面板とを固定するにあたって、ガラスと金属との接合ゆえに融着技術を採用するが、受光面板と側管との接合作業時の確実性を担保する上で、受光面板の張り出し構造が極めて有効に作用することになる。このように、金属製の側管を採用した際の受光面板の張り出し構造は、受光領域の拡大及び融着時の固定領域の拡大を図る上で極めて有効な手段となる。また、受光面板を厚くすればする程、光の取入れにおいて受光面板の張り出し構造が極めて有効に作用することになる。
【0007】
さらに、側管の上端側には、受光面板の光電面側に埋設させた突き刺し部が設けられている。この場合、側管に設けられた突き刺し部はガラス製の受光面板に突き刺すように埋め込まれる結果、側管と受光面板との馴染み性向上に寄与し、高気密性の確保が図られる。しかも、側管に設けられた突き刺し部は、フランジ部のように側管から側方に向けて延び出るものではなく、側管から切り立つようにして延びるものであるから、突き刺し部を受光面板の側面に可能な限り近づけるようにして埋設させた場合に、受光面板の有効利用面積が可能な限り高められることになる。
【0008】
また、受光面板の側面に反射部材を設けると好ましい。従来においては、受光面板に入射した光も側面から外部に逃げ出てしまっていたが、このような光を側面に設けた反射部材で反射させることにより、光電面に入射させ得る光量を増大させ、受光面板での光の取り入れ効率の向上が図られる。
【0009】
本発明の光電子増倍管ユニットは、受光面板の受光面から入射した光によって電子を放出する光電面を有し、光電面から放出した電子を増倍させる電子増倍部を密封容器内に有し、電子増倍部で増倍させた電子に基づいて出力信号を送出するアノードをもった光電子増倍管を複数個並設させた光電子増倍管ユニットにおいて、
密封容器は、電子増倍部及びアノードをステムピンを介して固定させるステム板と、電子増倍部及びアノードを包囲すると共に、一側の開口端にステム板を固定する金属製の側管と、側管の他側の開口端に固定するガラス製の受光面板と、により形成され、
複数の側管を並設させ、受光面板を一体化させ、側管同士を離間させたことを特徴とする。
【0010】
このユニットにおいては、側管を並設させるにあたって、受光面板を一体化した状態で、側管同士を離間させることにより、隣接する側管の間を架け渡すように受光面板を延在させる結果、受光面板の有効利用面積の増大が図られる。そして、受光面板の一体化により、受光面板を同一電位にすることができると共に、側管同士を離間させることで、各電子増倍部でのゲイン(電流増倍率)コントロールの容易化を図っている。例えば、光電面をマイナスの高電圧で使用する場合において、並設させた電子増倍部相互間を一定のゲインに揃えるために、個々の電子増倍部毎にゲインの微調整を行う必要があるが、このユニットにおいては、このようなゲインコントロールを可能にする。
【0011】
また、一枚の受光面板に、複数の側管を離間させた状態で固定すると好ましい。このような構成を採用した場合、一枚の受光面板によって受光面板の一体化を行い、受光面板の品質の均一化が図られ、ユニットの信頼性の向上に寄与する。
【0012】
また、複数の受光面板の側面同士を、相互に面接触させて固定すると好ましい。このような構成を採用した場合、単品の光電子増倍管に受光面板同士を接合させることで、単品の光電子増倍管による幅広い組合わせを可能にし、その結果、ユニットの大型化又は小型化のいずれの場合にも迅速に対応させることができる。
【0013】
また、受光面板の側面同士を、導電性の反射部材を介して固定すると好ましい。このような構成を採用した場合、反射部材により受光面板同士の導電性を確保しつつ、反射部材による光の反射によって、光電面に入射させ得る光量を増大させ、受光面板での光の取り入れ効率の向上が図られる。
【0014】
本発明の放射線検出装置は、被検体から発生する放射線の入射によって蛍光を発するシンチレータと、シンチレータに受光面板を対面させるように配置させ、シンチレータからの蛍光に基づく電荷を出力させる複数の光電子増倍管と、光電子増倍管からの出力を演算処理し、被検体内で発する放射線の位置情報信号を出力する位置演算部とを備えた放射線検出装置において、
光電子増倍管は、受光面板の受光面から入射した光によって電子を放出する光電面を有し、光電面から放出した電子を増倍させる電子増倍部を密封容器内に有し、電子増倍部で増倍させた電子に基づいて出力信号を送出するアノードを有し、
密封容器は、電子増倍部及びアノードをステムピンを介して固定させるステム板と、電子増倍部及びアノードを包囲すると共に、一側の開口端にステム板を固定する金属製の側管と、側管の他側の開口端に固定するガラス製の受光面板と、により形成され、
複数の側管を並設させ、受光面板を一体化させ、側管同士を離間させたことを特徴とする。
【0015】
この放射線検出装置においては、側管を並設させるにあたって、受光面板を一体化した状態で、側管同士を離間させることにより、隣接する側管の間を架け渡すように受光面板を延在させる。その結果、受光面板の有効利用面積の向上が図られる。そして、受光面板の一体化により、受光面板を同一電位にすることができると共に、側管同士を離間させることで、各電子増倍部でのゲイン(電流増倍率)コントロールの容易化を図っている。例えば、光電面をマイナスの高電圧で使用する場合において、並設させた電子増倍部相互間を一定のゲインに揃えるために、個々の電子増倍部毎でゲインの微調整を行う必要があるが、この装置ではゲインコントロールを可能にするものであり、結果的に装置全体の性能アップを図るものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による光電子増倍管、光電子増倍管ユニット及び放射線検出装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【0017】
図1は、本発明に係る光電子増倍管を示す斜視図であり、図2は、図1の断面図である。これら図面に示す光電子増倍管1は、略正四角筒形状の金属製(例えば、コバール金属製やステンレス製)の側管2を有し、この側管2の一側の開口端Aにはガラス製の受光面板3が融着固定され、この受光面板3の内表面には、光を電子に変換する光電面3aが形成され、この光電面3aは、受光面板2に予め蒸着させておいたアンチモンにアルカリ金属蒸気を反応させることで形成される。また、側管2の開口端Bには、金属製(例えば、コバール金属製やステンレス製)のステム板4が溶接固定されている。このように、側管2と受光面板3とステム板4とによって密封容器5が構成され、この密封容器5は、高さが10mm程度の極薄タイプのものである。
【0018】
また、ステム板4の中央には金属製の排気管6が固定されている。この排気管6は、光電子増倍管1の組立て作業終了後、密封容器5の内部を真空ポンプ(図示せず)によって排気して真空状態にするのに利用されると共に、光電面3aの形成時にアルカリ金属蒸気を密封容器5内に導入させる管としても利用される。
【0019】
そして、密封容器5内には、ブロック状で積層タイプの電子増倍器7が設けられ、この電子増倍器7は、10枚(10段)の板状のダイノード8を積層させた電子増倍部9を有し、電子増倍器7は、ステム板4を貫通するように設けられたコバール金属製のステムピン10によって密封容器5内で支持され、各ステムピン10の先端は各ダイノード8と電気的に接続されている。また、ステム板4には、各ステムピン10を貫通させるためのピン孔4aが設けられ、各ピン孔4aには、コバールガラス製のハーメチックシールとして利用されるタブレット11が充填され、各ステムピン10は、タブレット11を介してステム板4に固定される。なお、各ステムピン10には、ダイノード用のものとアノード用のものとがある。
【0020】
更に、電子増倍器7には、電子増倍部9の下方に位置してステムピン10の上端に固定したアノード12が並設させられている。また、電子増倍器7の最上段において、光電面3aと電子増倍部9との間には平板状の収束電極板13が配置され、この収束電極板13には、スリット状の開口部13aが複数本形成され、各開口部13aは一方向にリニアな配列をなす。同様に、電子増倍部9の各ダイノード8には、開口部13aと同数のスリット状電子増倍孔8aが複数本形成され、各電子増倍孔8aを一方向にリニアで、紙面と垂直な方向に複数配列させている。
【0021】
そして、各ダイノード8の各電子増倍孔8aを段方向にそれぞれ配列してなる各電子増倍経路Lと、収束電極板13の各開口部13aとを一対一で対応させることによって、電子増倍器7には、複数のチャンネルが形成されることになる。また、電子増倍器7に設けられた各アノード12は所定数のチャンネル毎に対応するように8×8個設けられ、各アノード12を各ステムピン10にそれぞれ接続させることで、各ステムピン10を介して外部に個別的な出力を取り出している。
【0022】
このように、電子増倍器7は、複数のリニア型チャンネルを有している。そして、図示しないブリーダ回路に接続した所定のステムピン10によって、電子増倍部9及びアノード12には所定の電圧が供給され、光電面3aと収束電極板13とは、同じ電位に設定され、各ダイノード8とアノード12は、上段から順に高電位の設定がなされている。従って、受光面板2に入射した光は、光電面3aで電子に変換され、その電子が、収束電極板13と電子増倍機7の最上段に積層されている第1段のダイノード8とによって形成される電子レンズ効果により、所定のチャンネル内に入射することになる。そして、電子の入射したチャンネルにおいて、電子は、ダイノード8の電子増倍経路Lを通りながら、各ダイノード8で多段増倍されて、アノード12に入射し、所定のチャンネル毎に個別的な出力が各アノード12から送出されることになる。
【0023】
また、図3に示すように、金属製のステム板4と金属製の側管2とを気密溶接するにあたって、ステム板4を側管2の開口端Bから挿入し、側管2の下端2aの内壁面2cをステム板4の縁面4bに当接させ、ステム板4の下面4cと側管2の下端面2dとを概ね面一にし、ステム板4から側管2の下端面2dが突き出ないようにする。よって、側管2の外壁面2bの下端2aを略管軸方向に延在させると同時に、電子増倍管1の下端でフランジのような側方への張り出しを無くしている。この状態で、接合部分Fに対し、外側の真下あるいは接合部分を狙える方向からレーザビームを照射し、接合部分Fをレーザ溶接する。
【0024】
このように、光電子増倍管1の下端で、フランジのような張り出しを無くす結果、抵抗溶接は行い難いけれども、光電子増倍管1の外形寸法の縮小化を可能にし、光電子増倍管1を並べて利用する場合でも、デッドスペースを可能な限り排除することができ、側管2同士を密に配列させることができる。よって、金属製のステム板4と金属製の側管2との接合にレーザ溶接を採用することは、光電子増倍管1の薄型化及びその高密度配列化を可能にする。
【0025】
このようなレーザ溶接は融接法の一例であり、この融接法を利用し、側管2をステム板4に溶接固定する場合、抵抗溶接と異なり、側管2とステム板4との接合部分Fに圧力を加える必要がないので、接合部分Fに残留応力が発生することがなく、使用中においても接合箇所に亀裂が発生し難く、耐久性及び気密シール性の著しい向上が図られる。なお、融接法のうちでも、レーザ溶接や電子ビーム溶接は、抵抗溶接に比して、接合部分Fでの熱の発生を小さく抑えることができる。従って、光電子増倍管1の組立てにあたって、密封容器5内に配置させた各構成部品に対する熱への影響が極めて少なくなる。
【0026】
また、側管2は、コバール金属やステンレス等からなる平板を、肉厚0.25mm、高さ7mm程度の略正四角筒形状にプレス加工することで得られるものであり、この側管2の一側の開口端Aにガラス製の受光面板3を融着固定させている。図4に示すように、側管2の受光面板3側の先端部分(上端)には、高周波加熱によって、受光面板3の光電面3a側に溶融埋設させる突き刺し部20が設けられている。この突き刺し部20は、側管2の上端の全周に亙って設けられると共に、その内壁面2c側に位置するR形状部20aを介して、外側に押し曲げられるようにして形成されている。そして、突き刺し部20の先端20bは、ナイフエッジ状に尖らせてある。従って、側管2の上端を受光面板3に突き刺し易く、ガラス製の受光面板3に側管2を融着固定させる際に、その組立て作業の向上及び確実性が図られることになる。
【0027】
このような形状の突き刺し部20をもった側管2を、受光面板3に固定するにあたって、先ず、側管2の突き刺し部20の先端20bに受光面板3の裏面を当接させた状態で、金属製の側管2を回転台(図示せず)の上に配置させる。その後、高周波加熱装置によって金属製の側管2を加熱させるが、このとき、受光面板3を、加圧治具により上から押えつけた状態にしておく。すると、加熱された側管2の突き刺し部20が、ガラス製の受光面板3を徐々に溶かしながら突き進むことになる。その結果、側管2の突き刺し部20が受光面板3に埋設され、受光面板3と側管2との接合部分で高気密性が確保される。
【0028】
また、突き刺し部20は、フランジ部のように側管2から側方に向けて延び出るものではなく、側管2から切り立つようにして延びるものであるから、突き刺し部20を受光面板3の側面3cに可能な限り近づけるようにして埋設させると、受光面板3の有効利用面積を100%近くまで高めることができ、受光面板3のデッドエリアを可能な限りゼロに近づけることができる。
【0029】
図5に示すように、金属製側管2の外壁面2bに対してガラス製の受光面板3の側面3cを所定量だけ外方に突出させる結果、受光面板3には、所定の突出量Lをもった張り出し部3Aが形成され、受光面板3の受光面3dからの光取入れ面積の拡大化が図られる。このような受光面板3の張り出し構造は、ガラスの屈折率に着目してなされたものであり、今まで受光できなかった光1,光2を多く光電面3a内に取り入れようとしたものであり、少しでも多くの光を光電面3aに入射させようとする工夫である。そして、受光面板3を厚くすればする程、光の取入れにおいて張り出し構造が有効に作用することになる。このような突出量Lは、受光面板3の厚みと材質との関連性において、適宜選択されることは言うまでもない。また、受光面板3の材質としては、コバールガラス、石英ガラス等がある。
【0030】
更に、金属製の側管2にガラス製の受光面板3を融着固定するにあたって、ガラスと金属との材質同士の接合ゆえに前述したような融着技術を採用するが、受光面板3と側管2との接合作業時の融着領域を確保する上で、受光面板3の張り出し部3Aが極めて有効に作用することになる。そして、張り出し部3Aの突出量Lを大きくすることで、融着時に受光面板3の側面3cがダレ難くなり、側面3cの形状保持を確実なものにする。
【0031】
また、図6に示すように、受光面板3の側面3cに反射部材21を設けてもよい。この反射部材21は、側面3cに導電性のアルミを蒸着させることで形成される。このような反射部材21を設ける結果、従来においては、受光面板3に入射した光も側面3cから外部に逃げ出てしまっていたが、このような光を反射部材21で反射させることにより、光電面3aに入射させ得る光量が増大し、受光面板3での光の取り入れ効率の向上を図るようにした。なお、側管2には、内側に押し曲げられるようにした突き刺し部20Aが設けられている。
【0032】
ここで、図7に示すように、受光面板3の張り出し構造の他の例をしての張り出し部3Bにおいて、受光面板3の側面3eは、下端にアール部Kを有している。そして、側面3eに反射部材22を固着させている。図8に示すように、他の張り出し部3Cにおいて、側面3fは、直線状の切り落とし形状をなしている。そして、側面3fに反射部材23を固着させている。図9に示すように、更に他の張り出し部3Dにおいて、側面3gは、アール状の切り落とし形状をなしている。そして、側面3gに反射部材24を固着させている。このように、何れの側面3e〜3gも光の取り入れ効率の向上を図る上で適切である。特に、図6及び図7に示した側面3c及び3eは、受光面板3同士を密着させて並設させる場合に適した構成といえる。
【0033】
次に、本発明に係る光電子増倍管ユニット及び放射線検出装置の好適な実施形態について説明する。
【0034】
図10に示すように、放射線検出装置40は、その一例をなすガンマカメラであり、核医学における診断装置として開発されたものである。このガンマカメラ40は、支持フレーム39から延びるアーム42によって保持された検出部43を有し、この検出部43は、被検体である患者Pを寝かせるためのベッド41の真上に配置させるものである。
【0035】
この検出器43の筺体44内には、図11に示すように、患部に対面するようにしてシンチレータ46が収容され、このシンチレータ46は、ガラス製のライトガイドを介在させることなく光電子増倍管群Gに直接固定されている。この光電子増倍管群Gは、多数の光電子増倍管1をマトリックス状に高密度で配列させたものである。各光電子増倍管1の受光面板3は、シンチレータ46から発せられる蛍光を直接入射させるために、下側に向けられてシンチレータ46を対面接合させている。この場合、受光面板3を従来のライトガイド程度に厚くする結果、従来のライトガイドを不要にした。
【0036】
また、筺体44内には、各光電子増倍管1からの出力電荷に基づいて、演算処理を行う位置演算部49が設けられ、この位置演算部49からは、ディスプレイ(図示せず)上での3次元モニターを達成するためのX信号、Y信号及びZ信号が出力される。このように、患者Pの患部から発生するガンマー線は、シンチレータ46によって所定の蛍光に変換され、この蛍光エネルギを各光電子増倍管1で電荷に変換し、位置演算部49によって位置情報信号として外部に出力することで、放射線のエネルギ分布のモニター化を可能にし、画面での診断に利用される。
【0037】
なお、放射線検出装置の一例としてガンマカメラ40について簡単に説明したが、核医学診断に利用される放射線検出装置としてはポジトロンCT(通称PET)があり、この装置にも多数の光電子増倍管1を利用していることは言うまでもない。
【0038】
また、この光電子増倍管群Gは、同一構成の光電子増倍管1をマトリックス状に配列したものであり、この光電子増倍管群Gには、図12に示すように、4個(2×2個)の光電子増倍管1からなる光電子増倍管ユニットSが利用されている。なお、ユニットSにおいて、光電子増倍管1のこのような配列は一例である。
【0039】
ここで、マトリックス状の光電子増倍管ユニットSについて詳細に説明する。
【0040】
前述した光電子増倍管1を利用してユニットSを構成するにあたって、図12及び図13に示すように、樹脂又はセラミック製の基板50上には、同一形状の光電子増倍管1が2×2列の状態で配列され、隣接する4枚の受光面板3の側面3c同士を密着させ、隣接する側管2の外壁面2b同士を離間させている。この場合、受光面板3同士を接着剤を介して固定させると、受光面板3同士を簡単かつ確実に固定させることができる。
【0041】
このユニットSにおいては、図13及び図14に示すように、張り出し部3Aを有する受光面板3の側面3c同士を面合わせすると、隣接する側管2同士を必然的に離間させることができると同時に、隣接する側管2の間に形成される隙間Uを架け渡すように受光面板3が延在することになる。このように、張り出し部3Aをもった光電子増倍管1を利用することで、受光面板3の有効利用面積を向上させながら、側管2同士を離した状態にすることができる。そして、隣接する受光面板3の一体化すると共に、側管2同士を離間させることで、ステムピン10を介した各電子増倍部9でのゲイン(電流増倍率)コントロールを容易化している。例えば、光電面3aをマイナスの高電圧で使用する場合において、4個の電子増倍部9相互間を一定のゲインに揃えるため、個々の電子増倍部9毎にゲインの微調整を行う必要があるが、前述したユニットSはこのゲインコントロールを可能にするものである。
【0042】
また、ユニットSを構成するにあたって、図6に示すように、隣接する受光面板3の側面3c同士を、アルミ,MgO又はテフロンテープ等の反射部材21を介して固定させるようにしてもよい。この場合、反射部材21による光の反射によって、光電面3aに入射させ得る光量を増大させ、受光面板での光の取り入れ効率の向上が図られる。
【0043】
なお、側管2同士を離間させると同時に受光面板3の側面3c同士を一体化させたものとして、図15に示すように、一枚の受光面板3Sに4個数の側管2をマトリックス状に固定させたものであってもよい。このように、一枚の受光面板3Sを採用すると、受光面板3Sの品質の均一化が図られ、それと同時に、ユニットSの信頼性が向上する。
【0044】
また、複数の光電子増倍管1を並べた他のユニットS1として、図16に示すように、1枚の受光面板3Sに25個の側管2をマトリックス状に並べて、25個の密封容器5を構成させることも可能である。この場合、一枚の受光面板3Sを共有して、25個もの光電子増倍管1を構成させることになるので、隣接する側管2間に所望の位置において、受光面板3Sをガラスカッタ等で切断させると、任意の個数の光電子増倍管1からなるユニットを必要に応じて簡単に作り出すことができる。このような大型のユニットS1は、光電子増倍管1を大量に生産する際に適している。例えば、一枚の受光面板3S上で多数の光電子増倍管1を構成させておいて、必要に応じて、光電子増倍管1を一個ずつ切り出して利用するようにしてもよい。
【0045】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図17に示すように、光電子増倍管1Aにおいて、外側に広がるフランジ部60aを側管60の上端に設け、このフランジ部60aの上面60cを受光面板3に融着固定させるようにしてもよい。この場合、側管60の外壁面60bに対して受光面板3の側面3cは外方に突出することになる。また、受光面板3の形状は、正方形に限定されるものではなく、長方形や六角形等の多角形であってもよい。
【0046】
【発明の効果】
本発明による光電子増倍管は、以上のように構成されているため、次のような効果を得る。すなわち、受光面板の受光面から入射した光によって電子を放出する光電面を有し、光電面から放出した電子を増倍させる電子増倍部を密封容器内に有し、電子増倍部で増倍させた電子に基づいて出力信号を送出するアノードをもった光電子増倍管において、
密封容器は、電子増倍部及びアノードをステムピンを介して固定させるステム板と、電子増倍部及びアノードを包囲すると共に、一側の開口端にステム板を固定する金属製の側管と、側管の他側の開口端に固定するガラス製の受光面板と、により形成され、
受光面板の側面を側管の外壁面に対して外方に突出させ、
側管の上端側には、受光面板の光電面側に埋設させた突き刺し部が設けられていることにより、受光面板の有効利用面積を向上させつつ、受光面板における側管の固定領域の拡大を可能にする。
【0047】
また、本発明に係る光電子増倍管ユニットでは、受光面板の受光面から入射した光によって電子を放出する光電面を有し、光電面から放出した電子を増倍させる電子増倍部を密封容器内に有し、電子増倍部で増倍させた電子に基づいて出力信号を送出するアノードをもった光電子増倍管を複数個並設させた光電子増倍管ユニットにおいて、密封容器は、電子増倍部及びアノードをステムピンを介して固定させるステム板と、電子増倍部及びアノードを包囲すると共に、一側の開口端にステム板を固定する金属製の側管と、側管の他側の開口端に固定するガラス製の受光面板と、により形成され、複数の側管を並設させ、受光面板を一体化させ、側管同士を離間させたことにより、受光面板の有効利用面積を向上させつつ、個々の側管内における各電子増倍部でのゲイン(電流増倍率)コントロールを容易にする。
【0048】
更に、本発明に係る放射線検出装置では、被検体から発生する放射線の入射によって蛍光を発するシンチレータと、シンチレータに受光面板を対面させるように配置させ、シンチレータからの蛍光に基づく電荷を出力させる複数の光電子増倍管と、光電子増倍管からの出力を演算処理し、被検体内で発する放射線の位置情報信号を出力する位置演算部とを備えた放射線検出装置において、光電子増倍管は、受光面板の受光面から入射した光によって電子を放出する光電面を有し、光電面から放出した電子を増倍させる電子増倍部を密封容器内に有し、電子増倍部で増倍させた電子に基づいて出力信号を送出するアノードを有し、密封容器は、電子増倍部及びアノードをステムピンを介して固定させるステム板と、電子増倍部及びアノードを包囲すると共に、一側の開口端にステム板を固定する金属製の側管と、側管の他側の開口端に固定するガラス製の受光面板と、により形成され、複数の側管を並設させ、受光面板を一体化させ、側管同士を離間させたことにより、受光面板の有効利用面積の拡大に基づき検出装置自体の性能アップを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光電子増倍管の一実施形態を示す斜視図である。
【図2】図1のII−II線に沿う断面図である。
【図3】図2の要部拡大断面図である。
【図4】図2の要部拡大断面図である。
【図5】受光面板と入射光との関係を示す図である。
【図6】受光面板に反射部材を設けた状態を示す断面図である。
【図7】受光面板の他の実施形態を示す断面図である。
【図8】受光面板の更に他の実施形態を示す断面図である。
【図9】受光面板の更に他の実施形態を示す断面図である。
【図10】本発明に係る放射線検出装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図11】放射線検出装置に利用される検出部の内部構造を示す側面図である。
【図12】光電子増倍管ユニットを示す平面図である。
【図13】光電子増倍管ユニットを示す側面図である。
【図14】図13の要部拡大断面図である。
【図15】一枚の受光面板を利用した光電子増倍管ユニットの要部拡大断面図である。
【図16】光電子増倍管ユニットの他の実施形態を示す斜視図である。
【図17】光電子増倍管の他の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【図18】従来の光電子増倍管を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
1,1A…光電子増倍管、2,60…側管、2b,60b…側管の外壁面、3,3S…受光面板、3a…光電面、3c,3e,3f,3g…受光面板の側面、3d…受光面、3A〜3D…張り出し部、4…ステム板、5…密封容器、9…電子増倍部、10…ステムピン、12…アノード、20,20A…突き刺し部、21,22,23,24…反射部材、40…放射線検出装置、46…シンチレータ、49…位置演算部、A,B…側管の開口端、S,S1…光電子増倍管ユニット、P…患者(被検体)。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes a photomultiplier tube configured to detect weak light incident on a light-receiving face plate by electron multiplication, a photomultiplier tube unit in which photomultiplier tubes are arranged, a photomultiplier tube, The present invention relates to a radiation detection apparatus using photomultiplier tube units arranged side by side.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is JP-A-5-290793 as a technique in such a field. The photomultiplier tube described in this publication has a structure in which an electron multiplier is accommodated in a sealed container, and this sealed container is formed by forming the upper end of a metal side tube in a flange shape, The portion is fixed so as to be fused to the upper surface (light receiving surface) of the light receiving face plate, and the air tightness is effectively ensured by the flange portion. And when fusing the flange part of a side pipe | tube to the light-receiving surface plate, it carried out, heating a side pipe | tube.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional photomultiplier tube has the following problems. That is, as shown in FIG. 18, the
[0004]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and in particular, a photomultiplier tube for increasing the fixing area of the side tube in the light receiving face plate while improving the effective use area of the light receiving face plate, and a light receiving device. Based on a photomultiplier tube unit that improves the effective use area of the faceplate and facilitates gain (current multiplication) control in each electron multiplier in each side tube, and expansion of the effective use area of the light-receiving faceplate An object of the present invention is to provide a radiation detection apparatus in which the performance of the detection apparatus itself is improved.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The photomultiplier tube of the present invention has a photocathode that emits electrons by light incident from the light-receiving surface of the light-receiving faceplate, and an electron multiplier that multiplies electrons emitted from the photocathode in a sealed container. In a photomultiplier tube having an anode that sends out an output signal based on the electrons multiplied by the electron multiplier,
The sealed container includes a stem plate that fixes the electron multiplier and the anode via a stem pin, a metal side tube that surrounds the electron multiplier and the anode, and fixes the stem plate to one open end; A light receiving face plate made of glass that is fixed to the open end of the other side tube,
The side surface of the light receiving face plate protrudes outward with respect to the outer wall surface of the side tube ,
A piercing portion embedded in the photocathode side of the light receiving face plate is provided on the upper end side of the side tube .
[0006]
In this photomultiplier tube, as a result of projecting the side surface of the light receiving face plate outwardly with respect to the outer wall surface of the metal side tube, the light receiving face plate protrudes laterally with respect to the side tube. The light receiving area from the light receiving surface can be increased. Such a projecting structure of the light receiving surface plate is made by paying attention to the refractive index of glass, and has been conceived to incorporate as much light that could not be received so far into the photocathode.
Moreover, in fixing the metal side tube and the glass light receiving face plate, a fusion technique is adopted because of the bonding between the glass and the metal, but the certainty at the time of joining the light receiving face plate and the side tube is ensured. In the above, the protruding structure of the light receiving face plate works extremely effectively. As described above, the projecting structure of the light receiving face plate when the metal side tube is employed is an extremely effective means for enlarging the light receiving area and the fixing area at the time of fusion. Further, the thicker the light receiving face plate, the more effectively the protruding structure of the light receiving face plate acts in taking light.
[0007]
Further, the upper end of the side tube, part piercing which is embedded in the photocathode side of the faceplate is that provided. In this case, the piercing portion provided in the side tube is embedded so as to pierce the light receiving face plate made of glass. As a result, the familiarity between the side tube and the light receiving face plate is improved, and high airtightness is ensured. In addition, the pierced portion provided in the side tube does not extend from the side tube to the side like the flange portion, but extends so as to stand up from the side tube. When embedded so as to be as close to the side surface as possible, the effective use area of the light receiving face plate is increased as much as possible.
[0008]
Further, it is preferable to provide a reflecting member on the side surface of the light receiving face plate. Conventionally, the light incident on the light receiving face plate also escapes from the side surface to the outside, but the amount of light that can be incident on the photocathode is increased by reflecting such light with a reflecting member provided on the side surface. Thus, the efficiency of taking in light at the light receiving face plate can be improved.
[0009]
The photomultiplier tube unit of the present invention has a photocathode that emits electrons by light incident from the light-receiving surface of the light-receiving faceplate, and has an electron multiplier section that multiplies electrons emitted from the photocathode in a sealed container. In a photomultiplier tube unit in which a plurality of photomultiplier tubes having an anode for sending an output signal based on the electrons multiplied by the electron multiplier are arranged in parallel,
The sealed container includes a stem plate that fixes the electron multiplier and the anode via a stem pin, a metal side tube that surrounds the electron multiplier and the anode, and fixes the stem plate to one open end; A light receiving face plate made of glass that is fixed to the open end of the other side tube,
A plurality of side tubes are arranged side by side, the light receiving face plates are integrated, and the side tubes are separated from each other.
[0010]
In this unit, when side tubes are arranged side by side, as a result of extending the light receiving surface plate so as to bridge between adjacent side tubes by separating the side tubes in a state where the light receiving surface plates are integrated, The effective use area of the light receiving face plate can be increased. By integrating the light receiving face plate, it is possible to make the light receiving face plate have the same potential, and by separating the side tubes, the gain (current multiplication factor) control in each electron multiplier is facilitated. Yes. For example, when the photocathode is used at a negative high voltage, it is necessary to finely adjust the gain for each electron multiplier in order to align the electron multipliers arranged side by side with a constant gain. There is such a gain control in this unit.
[0011]
Further, it is preferable that the plurality of side tubes are fixed to a single light receiving face plate in a state of being separated. When such a configuration is adopted, the light receiving surface plate is integrated by a single light receiving surface plate, the quality of the light receiving surface plate is made uniform, and the unit reliability is improved.
[0012]
Moreover, it is preferable that the side surfaces of the plurality of light receiving face plates are fixed in surface contact with each other. When such a configuration is adopted, a wide range of combinations with a single photomultiplier tube is possible by joining the light receiving face plates to a single photomultiplier tube, and as a result, the unit can be made larger or smaller. In either case, it is possible to quickly respond.
[0013]
Further, it is preferable that the side surfaces of the light receiving face plates are fixed via a conductive reflecting member. When such a configuration is adopted, while the conductivity between the light receiving face plates is ensured by the reflecting member, the amount of light that can be incident on the photocathode is increased by the reflection of light by the reflecting member, and the light intake efficiency at the light receiving face plate is increased. Is improved.
[0014]
The radiation detection apparatus of the present invention includes a scintillator that emits fluorescence upon incidence of radiation generated from a subject, and a plurality of photomultipliers that arrange the scintillator so that a light receiving face plate faces each other and output charges based on the fluorescence from the scintillator In a radiation detection apparatus comprising a tube, and a position calculation unit that calculates the output from the photomultiplier tube and outputs a position information signal of radiation emitted in the subject,
The photomultiplier tube has a photocathode that emits electrons by light incident from the light-receiving surface of the light-receiving faceplate, and an electron multiplier that multiplies electrons emitted from the photocathode in a sealed container. Having an anode that sends out an output signal based on the electrons multiplied by the multiplier,
The sealed container includes a stem plate that fixes the electron multiplier and the anode via a stem pin, a metal side tube that surrounds the electron multiplier and the anode, and fixes the stem plate to one open end; A light receiving face plate made of glass that is fixed to the open end of the other side tube,
A plurality of side tubes are arranged side by side, the light receiving face plates are integrated, and the side tubes are separated from each other.
[0015]
In this radiation detection apparatus, when side tubes are arranged side by side, the light receiving surface plates are extended so as to span between adjacent side tubes by separating the side tubes with the light receiving surface plates integrated. . As a result, the effective use area of the light receiving face plate can be improved. By integrating the light receiving face plate, it is possible to make the light receiving face plate have the same potential, and by separating the side tubes, the gain (current multiplication factor) control in each electron multiplier is facilitated. Yes. For example, when the photocathode is used at a negative high voltage, it is necessary to finely adjust the gain for each electron multiplier in order to align the electron multipliers arranged side by side with a constant gain. However, this apparatus enables gain control, and as a result, improves the performance of the entire apparatus.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a photomultiplier tube, a photomultiplier tube unit, and a radiation detection apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a perspective view showing a photomultiplier tube according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. A
[0018]
A metal exhaust pipe 6 is fixed at the center of the
[0019]
The sealed
[0020]
Further, the electron multiplier 7 is provided with an
[0021]
The electron multiplication paths L formed by arranging the
[0022]
Thus, the electron multiplier 7 has a plurality of linear channels. A predetermined voltage is supplied to the
[0023]
Further, as shown in FIG. 3, when the
[0024]
In this way, as a result of eliminating the flange-like overhang at the lower end of the
[0025]
Such laser welding is an example of the fusion welding method, and when the
[0026]
The
[0027]
In fixing the
[0028]
Further, the piercing
[0029]
As shown in FIG. 5, the
[0030]
Further, when the glass light-receiving
[0031]
Further, as shown in FIG. 6, a reflecting
[0032]
Here, as shown in FIG. 7, in the projecting
[0033]
Next, preferred embodiments of the photomultiplier tube unit and the radiation detection apparatus according to the present invention will be described.
[0034]
As shown in FIG. 10, the
[0035]
As shown in FIG. 11, a
[0036]
In addition, a
[0037]
Although the
[0038]
In addition, this photomultiplier tube group G is configured by arranging
[0039]
Here, the matrix photomultiplier tube unit S will be described in detail.
[0040]
When the unit S is configured using the
[0041]
In this unit S, as shown in FIGS. 13 and 14, when the side surfaces 3c of the light-receiving
[0042]
In constructing the unit S, as shown in FIG. 6, the side surfaces 3c of the adjacent light receiving
[0043]
Assuming that the
[0044]
As another unit S1 in which a plurality of
[0045]
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, as shown in FIG. 17, in the
[0046]
【The invention's effect】
Since the photomultiplier tube according to the present invention is configured as described above, the following effects are obtained. That is, it has a photocathode that emits electrons by light incident from the light-receiving surface of the light-receiving faceplate, and has an electron multiplier that multiplies electrons emitted from the photocathode in the sealed container. In a photomultiplier tube with an anode that sends out an output signal based on the multiplied electrons,
The sealed container includes a stem plate that fixes the electron multiplier and the anode via a stem pin, a metal side tube that surrounds the electron multiplier and the anode, and fixes the stem plate to one open end; A light receiving face plate made of glass that is fixed to the open end of the other side tube,
The side surface of the light receiving face plate protrudes outward with respect to the outer wall surface of the side tube ,
On the upper end side of the side tube, a piercing part embedded in the photocathode side of the light receiving face plate is provided, so that the effective use area of the light receiving face plate is improved and the fixing area of the side tube in the light receiving face plate is expanded. enable.
[0047]
The photomultiplier tube unit according to the present invention has a photocathode that emits electrons by light incident from the light-receiving surface of the light-receiving faceplate, and an electron multiplier that multiplies electrons emitted from the photocathode In a photomultiplier tube unit in which a plurality of photomultiplier tubes having an anode for sending an output signal based on the electrons multiplied by the electron multiplier are provided in parallel, Stem plate for fixing the multiplier and the anode via the stem pin, a metal side tube for surrounding the electron multiplier and the anode and fixing the stem plate to one open end, and the other side of the side tube And a light receiving face plate made of glass that is fixed to the opening end of the glass plate, and a plurality of side tubes are juxtaposed, the light receiving face plates are integrated, and the side tubes are separated from each other, thereby reducing the effective use area of the light receiving face plate. In the individual side pipes while improving The gain (current multiplication factor) control in the electron multiplier section to facilitate.
[0048]
Furthermore, in the radiation detection apparatus according to the present invention, a scintillator that emits fluorescence upon incidence of radiation generated from the subject, and a plurality of scintillators arranged so that the light-receiving face plate faces each other, and a plurality of charges based on the fluorescence from the scintillator are output. In a radiation detection apparatus including a photomultiplier tube and a position calculation unit that performs calculation processing on an output from the photomultiplier tube and outputs a position information signal of radiation emitted in the subject, the photomultiplier tube receives light It has a photocathode that emits electrons by light incident from the light-receiving surface of the faceplate, and has an electron multiplier that multiplies electrons emitted from the photocathode in a sealed container, and the electron multiplier is used for multiplication. The sealed container has an anode that sends an output signal based on electrons, and the sealed container includes a stem plate that fixes the electron multiplier and the anode via a stem pin, and the electron multiplier and the anode. In addition, a metal side tube that fixes the stem plate to the opening end on one side and a glass light-receiving face plate that is fixed to the opening end on the other side of the side tube are arranged in parallel. In addition, by integrating the light receiving face plates and separating the side tubes, it is possible to improve the performance of the detection device itself based on the expansion of the effective use area of the light receiving face plates.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a photomultiplier tube according to the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG.
4 is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG. 2;
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a light receiving face plate and incident light.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a reflecting member is provided on the light receiving face plate.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another embodiment of the light receiving face plate.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the light receiving face plate.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the light receiving face plate.
FIG. 10 is a perspective view showing an embodiment of a radiation detection apparatus according to the present invention.
FIG. 11 is a side view showing an internal structure of a detection unit used in the radiation detection apparatus.
FIG. 12 is a plan view showing a photomultiplier tube unit.
FIG. 13 is a side view showing a photomultiplier tube unit.
14 is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG.
FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a photomultiplier tube unit using a single light-receiving face plate.
FIG. 16 is a perspective view showing another embodiment of the photomultiplier tube unit.
FIG. 17 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing another embodiment of the photomultiplier tube.
FIG. 18 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a conventional photomultiplier tube.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記密封容器は、
前記電子増倍部及び前記アノードをステムピンを介して固定させるステム板と、
前記電子増倍部及び前記アノードを包囲すると共に、一側の開口端に前記ステム板を固定する金属製の側管と、
前記側管の他側の開口端に固定するガラス製の前記受光面板と、により形成され、
前記受光面板の側面を前記側管の外壁面に対して外方に突出させ、
前記側管の上端側には、前記受光面板の前記光電面側に埋設させた突き刺し部が設けられていることを特徴とする光電子増倍管。It has a photocathode that emits electrons by light incident from the light-receiving surface of the light-receiving faceplate, and has an electron multiplier in the sealed container that multiplies electrons emitted from the photocathode. In a photomultiplier tube with an anode that sends out an output signal based on the multiplied electrons,
The sealed container is
A stem plate for fixing the electron multiplier and the anode via a stem pin;
A metal side tube that surrounds the electron multiplier and the anode, and that fixes the stem plate to an open end on one side;
The light receiving face plate made of glass that is fixed to the opening end on the other side of the side tube, and
The side surface of the light receiving face plate protrudes outward with respect to the outer wall surface of the side tube ,
A photomultiplier tube characterized in that a piercing portion embedded in the photocathode side of the light receiving face plate is provided on the upper end side of the side tube.
前記密封容器は、
前記電子増倍部及び前記アノードをステムピンを介して固定させるステム板と、
前記電子増倍部及び前記アノードを包囲すると共に、一側の開口端に前記ステム板を固定する金属製の側管と、
前記側管の他側の開口端に固定するガラス製の前記受光面板と、により形成され、
複数の前記側管を並設させ、前記受光面板を一体化させ、前記側管同士を離間させたことを特徴とする光電子増倍管ユニット。It has a photocathode that emits electrons by light incident from the light-receiving surface of the light-receiving faceplate, and has an electron multiplier in the sealed container that multiplies electrons emitted from the photocathode. In the photomultiplier tube unit in which a plurality of photomultiplier tubes having an anode for sending an output signal based on the multiplied electrons are arranged in parallel,
The sealed container is
A stem plate for fixing the electron multiplier and the anode via a stem pin;
A metal side tube that surrounds the electron multiplier and the anode, and that fixes the stem plate to an open end on one side;
The light receiving face plate made of glass that is fixed to the opening end on the other side of the side tube, and
A photomultiplier tube unit characterized in that a plurality of the side tubes are arranged side by side, the light receiving face plate is integrated, and the side tubes are separated from each other.
前記光電子増倍管は、
前記受光面板の受光面から入射した光によって電子を放出する光電面を有し、前記光電面から放出した電子を増倍させる電子増倍部を密封容器内に有し、前記電子増倍部で増倍させた電子に基づいて出力信号を送出するアノードを有し、
前記密封容器は、
前記電子増倍部及び前記アノードをステムピンを介して固定させるステム板と、
前記電子増倍部及び前記アノードを包囲すると共に、一側の開口端に前記ステム板を固定する金属製の側管と、
前記側管の他側の開口端に固定するガラス製の前記受光面板と、により形成され、
複数の前記側管を並設させ、前記受光面板を一体化させ、前記側管同士を離間させたことを特徴とする放射線検出装置。A scintillator that emits fluorescence upon incidence of radiation generated from a subject; a plurality of photomultiplier tubes that are arranged so that a light-receiving face plate faces the scintillator and that outputs charges based on fluorescence from the scintillator; and the photomultiplier In a radiation detection apparatus including a position calculation unit that performs calculation processing on an output from a double tube and outputs a position information signal of radiation emitted in the subject,
The photomultiplier tube is
A photocathode that emits electrons by light incident from the light-receiving surface of the light-receiving faceplate; and an electron multiplier that multiplies electrons emitted from the photocathode in a sealed container. Having an anode for delivering an output signal based on the multiplied electrons;
The sealed container is
A stem plate for fixing the electron multiplier and the anode via a stem pin;
A metal side tube that surrounds the electron multiplier and the anode, and that fixes the stem plate to an open end on one side;
The light receiving face plate made of glass that is fixed to the opening end on the other side of the side tube, and
A radiation detection apparatus comprising a plurality of side tubes arranged side by side, the light receiving face plate being integrated, and the side tubes being separated from each other.
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