JP4672573B2 - Alkali metal generator, alkali metal generator using the same, photoelectron emission surface, photomultiplier tube - Google Patents
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Description
本発明は、入射光に対応して光電子を放出する光電子放出面の形成に用いられるアルカリ金属発生材、および、形成時に用いられるアルカリ金属発生器、このアルカリ金属発生材を用いて製造される光電子放出面、さらには、この光電子放出面を備える光電子増倍管に関する。 The present invention relates to an alkali metal generating material used for forming a photoelectron emitting surface that emits photoelectrons in response to incident light, an alkali metal generator used at the time of forming, and a photoelectron manufactured using the alkali metal generating material. The present invention also relates to a photomultiplier tube including the emission surface and the photoelectron emission surface.
光電子増倍管、光電管、イメージインテンシファイア、ストリーク管等の主要部品として入射光に対応して電子(光電子)を放出する光電子放出面(光電面)がある。光電面としては、透明基板上に形成される、いわゆる透過型光電面や、金属基板上に形成される、いわゆる反射型光電面が知られている。現在、実用化されている光電面の多くは、基板上にアルカリ金属を含む光電子放出材料を形成したものであり、光電子放出材料としては、例えば、CsやSbの金属間化合物や化合物半導体を用いている。 As a main part such as a photomultiplier tube, a phototube, an image intensifier, a streak tube, there is a photoelectron emission surface (photoelectric surface) that emits electrons (photoelectrons) in response to incident light. As the photocathode, a so-called transmissive photocathode formed on a transparent substrate and a so-called reflective photocathode formed on a metal substrate are known. Many of the photocathodes currently in practical use are formed by forming a photoelectron emission material containing an alkali metal on a substrate. As the photoelectron emission material, for example, an intermetallic compound of Cs or Sb or a compound semiconductor is used. ing.
こうした光電子放出材料は、所定の真空度(10−7〜10−2Pa程度)と温度に保持した雰囲気中で、アルカリ金属蒸気を発生させ、予め基板上に形成されている部材と反応させることで形成する手法が知られている。例えば、基板上にSbの蒸着膜を形成し、Cs蒸気を発生させて、蒸着膜のSbと反応させることにより、金属間化合物層を形成する手法が知られている。 Such a photoelectron emitting material generates an alkali metal vapor in an atmosphere maintained at a predetermined degree of vacuum (about 10 −7 to 10 −2 Pa) and temperature, and reacts with a member formed on the substrate in advance. The method of forming with is known. For example, a method of forming an intermetallic compound layer by forming a vapor deposition film of Sb on a substrate, generating Cs vapor, and reacting with Sb of the vapor deposition film is known.
アルカリ金属自体は大気中では非常に不安定な物質であるため、アルカリ金属蒸気を発生させるために、酸化還元反応によってアルカリ金属を生成可能な酸化剤と還元剤を組み合わせた材料をアルカリ金属の供給源として用いている。この供給源をアルカリ金属発生材と称している。 Alkali metal itself is a very unstable substance in the atmosphere, so in order to generate alkali metal vapor, supply the alkali metal with a combination of oxidizing agent and reducing agent that can generate alkali metal by oxidation-reduction reaction. Used as a source. This supply source is called an alkali metal generating material.
特許文献1に記載の技術はこの種のアルカリ金属発生材に関するものであり、モリブデン酸塩をアルカリ金属発生材として用いる技術が開示されている。モリブデン酸塩は、従来から用いられているクロム酸塩に比べて酸化力が弱いため、クロム酸塩を用いた場合に比べて還元剤との酸化還元反応が緩やかに進行する。このため、進行が急速に進むことがなく、還元温度を管理することで反応速度を制御するのが容易になる、と記載されている。
しかしながら、モリブデン酸塩のうちでもアルカリ金属発生材として良好な性質を有するモリブデン酸セシウムは単体では潮解性が高いため、製造工程における管理が煩雑になるという問題点がある。また、モリブデン酸塩をアルカリ金属発生材として形成した光電面においては、クロム酸塩を用いて形成した光電面に比較してその感度が若干低くなるという問題点がある。 However, among the molybdates, cesium molybdate, which has good properties as an alkali metal generating material, has a problem that management in the manufacturing process becomes complicated because it is highly deliquescent. In addition, a photocathode formed with molybdate as an alkali metal generating material has a problem that its sensitivity is slightly lower than that of a photocathode formed with chromate.
そこで本発明は、製造工程における管理負担が軽減されるとともに、高感度の光電面を形成することを可能とするアルカリ金属発生材、さらには、このアルカリ金属発生材を用いたアルカリ金属発生器、それにより形成される光電面、それを用いた光電子増倍管を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention reduces the management burden in the manufacturing process, and enables an alkali metal generator that can form a highly sensitive photocathode, and further, an alkali metal generator using the alkali metal generator, An object is to provide a photocathode formed thereby and a photomultiplier tube using the photocathode.
上記課題を解決するため、本発明にかかるアルカリ金属発生材は、入射光に対応して光電子を放出する光電子放出面の形成に使用されるアルカリ金属の供給源となるアルカリ金属発生材であって、モリブデン酸セシウムとクロム酸セシウムとを下記の比率で混合してなることを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, an alkali metal generating material according to the present invention is an alkali metal generating material that serves as a supply source of an alkali metal used for forming a photoelectron emitting surface that emits photoelectrons in response to incident light. In addition, cesium molybdate and cesium chromate are mixed at the following ratio .
本発明者らは、最適なアルカリ金属源について調査を行う過程で、モリブデン酸セシウムとクロム酸セシウムを混合することで、モリブデン酸セシウムを単体で利用する場合に問題となる潮解性による管理上の問題を克服できるとともに、クロム酸セシウムを単体で利用する場合に問題となる還元温度の上昇と反応速度の制御の困難性という問題を克服できる上、それぞれを単体で使用する場合に比較して光電感度の点でも向上が見込まれることを見出した。本発明は、この知見に基づくものである。 In the process of investigating the optimum alkali metal source, the present inventors have mixed cesium molybdate and cesium chromate, and therefore, in the case of using cesium molybdate alone, management due to deliquescence becomes a problem. In addition to overcoming the problems, it is possible to overcome the problems of increasing the reduction temperature and the difficulty in controlling the reaction rate, which are problems when using cesium chromate alone, and compared to using each cesium chromate alone. It was found that improvement in sensitivity is also expected. The present invention is based on this finding.
ここで、クロム酸セシウムに対するモリブデン酸セシウムの混合比は好ましくは10%〜45%、より好ましくは20%〜40%であるとよい。混合比が10%〜45%の場合には、それぞれを単体で使用する場合よりも十分に高い光電感度を実現することができる。20%〜40%とすると、特に良好な光電感度を実現できる。 Here, the mixing ratio of cesium molybdate to cesium chromate is preferably 10% to 45%, more preferably 20% to 40%. When the mixing ratio is 10% to 45%, sufficiently higher photoelectric sensitivity can be realized than when each is used alone. When it is 20% to 40%, particularly good photoelectric sensitivity can be realized.
また、本発明にかかるアルカリ金属発生器は、入射光に対応して光電子を放出する光電子放出面の形成に使用されるアルカリ金属を発生させるアルカリ金属発生器であって、内部に収容空間を備え、収容空間と外部とを連通する放出口を備えるケースを有し、上述した本発明にかかるアルカリ金属発生材をこの収容空間内に収容して、アルカリ金属発生材から発生したアルカリ蒸気を放出口を通じて放出することを特徴とするものである。 An alkali metal generator according to the present invention is an alkali metal generator that generates an alkali metal used for forming a photoelectron emission surface that emits photoelectrons in response to incident light, and includes an accommodation space therein. And a case having a discharge port communicating with the housing space and the outside, the alkali metal generating material according to the present invention described above is housed in the housing space, and the alkali vapor generated from the alkali metal generating material is discharged to the discharge port. It is characterized by being released through.
そして、本発明にかかる光電子放出面は、入射光に対応して光電子を放出する光電子放出面であって、上述した本発明にかかるアルカリ金属発生材から発生したアルカリ蒸気により活性されていることを特徴とするものである。 The photoelectron emission surface according to the present invention is a photoelectron emission surface that emits photoelectrons corresponding to incident light, and is activated by the alkali vapor generated from the alkali metal generating material according to the present invention described above. It is a feature.
一方、本発明にかかる光電子増倍管は、上述した本発明にかかる光電子放出面を備えることを特徴とするものである。 On the other hand, a photomultiplier tube according to the present invention is characterized by comprising the above-described photoelectron emission surface according to the present invention.
本発明にかかるアルカリ金属発生器において本発明にかかるアルカリ金属発生材を用いれば、光電感度に優れた本発明にかかる光電子放出面を製造できるとともに、この光電子放出面を備えた優れた特性の光電子増倍管を得ることができる。この際、アルカリ金属発生材の管理が容易であるとともに、製造時の制御が容易であるため、製品製造時の歩留りが向上するという効果も得られる。 If the alkali metal generator according to the present invention is used in the alkali metal generator according to the present invention, the photoelectron emission surface according to the present invention with excellent photoelectric sensitivity can be produced, and the photoelectron with excellent characteristics provided with this photoelectron emission surface. A multiplier tube can be obtained. At this time, since the management of the alkali metal generating material is easy and the control at the time of manufacture is easy, the effect of improving the yield at the time of manufacturing the product is also obtained.
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in the drawings as much as possible, and duplicate descriptions are omitted.
図1に本発明にかかるアルカリ金属発生材の一実施形態の斜視図を示す。このアルカリ金属発生材1は、後述する本発明にかかる光電面の形成に用いられるアルカリ金属の供給源となる。アルカリ金属発生材1は、図に示されるように円盤状のペレットに成型されている。このようなペレットとすることにより、アルカリ金属発生材1の取り扱い性が向上し、後述する本発明にかかるアルカリ金属発生器に収容して光電面等を製造する際の作業が容易になる。
FIG. 1 shows a perspective view of an embodiment of the alkali metal generating material according to the present invention. This alkali
このアルカリ金属発生材1は、少なくとも酸化剤と還元剤を含有している。酸化剤には、アルカリ金属イオンをカウンターカチオンとするアルカリ金属塩が用いられる。本発明においては、クロム酸セシウム(Cs2CrO4)とモリブデン酸セシウム(Cs2MoO4)を所定の割合で混合している。ここで、クロム酸セシウムとモリブデン酸セシウムの総質量に対するモリブデン酸セシウムの重量、つまり混合比は10%〜45%であることが好ましく、より好ましくは、20%〜40%であることが好ましい。
This alkali
モリブデン酸セシウムは、潮解性が高く、単体では水分を吸収して劣化しやすい。これをクロム酸セシウムと混合することで、その保存性、取扱性を向上させ、製品の劣化を抑制する。また、後述するように、両者を上述の混合比で混合することにより、単体で用いる場合に比較して良好な性能を有する光電面を作成することができる。 Cesium molybdate has high deliquescence and is easy to deteriorate by absorbing water alone. By mixing this with cesium chromate, its storage and handling properties are improved, and deterioration of the product is suppressed. Moreover, as will be described later, by mixing the two at the above-mentioned mixing ratio, a photocathode having better performance than when used alone can be created.
アルカリ金属発生材1の還元剤としては、所定温度において上述の酸化剤と酸化還元反応を開始し、アルカリ金属イオンを還元する性質の化合物が用いられる。この種の化合物としては公知の各種化合物を用いることが可能であるが、Si、Zr、Al、W、Tiを含む群から1種ないし複数種を任意に組み合わせて使用するとよい。以下の説明では、Siを還元剤として使用した場合を例に説明する。Siは還元剤として使用した場合に、約900℃でアルカリ発生量が飽和する特性を有する。このため、他の還元剤に比べて加熱温度に対するアルカリ発生量のコントロールが容易であり、短時間での反応が可能となるため、量産化に適している。また、細かい温度コントロールが難しい高周波加熱反応方式を利用する場合の還元剤としても適している。
As the reducing agent of the alkali
アルカリ金属発生材1中の酸化剤と還元剤を反応させるためには、所定の真空度に調節された雰囲気(雰囲気中の残留気体の分圧が10−6Pa〜10−1Pa、より好ましくは10−6Pa〜10−3Paである雰囲気)中で所定の温度まで加熱することで反応を実行させる。
In order to cause the oxidizing agent and reducing agent in the alkali
次に、このアルカリ金属発生材1の製造方法について説明する。図2は、製造工程を説明するフローチャートである。最初に、酸化剤となるモリブデン酸セシウムとクロム酸セシウム、還元剤となるSiをそれぞれ準備する(ステップS1〜S3)。各化合物はそれぞれ99.9%以上の高純度の化合物を用い、それを微粒子に粉砕しておく。予め粉砕したものを保管庫に保管しておいてもよい。
Next, the manufacturing method of this alkali
次に、各化合物を精密電子秤等を用いて計量する(ステップS4〜S6)。計量後、各化合物を攪拌機へ投入して十分に攪拌する(ステップS7)。攪拌後製造する光電面の形状に応じた必要量を計量する。計量した後に圧縮ペレット成形機に導入し、直径2〜5mm、厚さ1〜3mmの圧縮ペレットを作成する(ステップS8)。ペレットの大きさは、製造する光電面の性状、つまり、必要なアルカリ金属量に応じて設定される。このようにして図1に示されるアルカリ金属発生材1を製造することができる。
Next, each compound is weighed using a precision electronic balance or the like (steps S4 to S6). After weighing, each compound is put into a stirrer and sufficiently stirred (step S7). Weigh the required amount according to the shape of the photocathode to be manufactured after stirring. After weighing, it is introduced into a compression pellet molding machine to produce compressed pellets having a diameter of 2 to 5 mm and a thickness of 1 to 3 mm (step S8). The size of the pellet is set according to the properties of the photocathode to be produced, that is, the required amount of alkali metal. In this way, the alkali
なお、本発明にかかるアルカリ金属発生材1は、上述したような円盤状のペレットではなく、他の形状(例えば、細長い円柱状や角柱状、平板状)のペレットとして形成してもよい。また、一旦ペレット状に形成したものを砕いて粒状の状態で用いてもよく、攪拌後の粉末をそのまま用いることも可能である。ただし、ペレットの場合は、粉末や粒体の場合に比較して取扱が容易で、使用時に計量を行う手間が省けるという利点を有している。以下の説明では、ペレットの場合に限って説明を行うが、粉末や粒体を使用する場合にも応用可能である。
In addition, you may form the alkali
図3は、このアルカリ金属発生材1を用いるアルカリ金属発生器を示す斜視図であり、図4は、そのIV−IV線断面図である。このアルカリ金属発生器2は、金属製(例えば、ニッケル等)のケース20内にペレットまたは粉末状のアルカリ金属発生材1を収容したものである。
FIG. 3 is a perspective view showing an alkali metal generator using the alkali
ケース20は、凹部21が中央に設けられ、その上端の周囲に環状のフランジ部分を有する収容部材22と、収容部材22のフランジ部分にその縁部分が溶接される円板状の蓋部材24とからなる。この溶接は、例えば、通電による抵抗加熱によって行えばよい。蓋部材24と収容部材22によって囲まれた凹部21がアルカリ金属発生材1のペレットを収容する収容空間となる。この収容空間はペレットを収容すべく、ペレットよりも若干大きく形成されており、好ましくは、その内形状がペレットの外形状と略相似形であるとよい。これにより、収容したアルカリ金属発生材1が外へ漏れ出るのを防いでいる。
The
なお、収容部材22のフランジ部と蓋部材24の縁部分には、一部未溶接部分が存在し、この未溶接部分が収容空間と外部とを連通して、アルカリ金属発生材1から放出されるアルカリ金属をアルカリ金属発生器2の外部へと放出する放出口23として機能する。
The flange portion of the
このアルカリ金属発生器2は、加熱装置を備えており、当該加熱装置は、ケース20を光電子増倍管7内に組み入れられた状態の時、光電子増倍管外より高周波コイル25と、このコイル25に高周波電流を供給する高周波電源26からなる装置により高周波電磁波を照射しケース20内に渦電流を発生させる事により、加熱することができる。コイル25に周波数が1MHzから300MHzの高周波電流を供給することで、その高周波電流により、コイル25により導電体(アルカリ金属発生器)に渦電流を流す。この場合には、アルカリ金属発生器2およびその内部のアルカリ金属発生材1を直接電磁波の照射により加熱する。更にアルカリ金属発生器2のケース20は環状のフランジ部分を有する収容部材22と円板状の蓋部材24の一対から成る金属ケースであるため、高周波コイル25から発生した高周波磁波を効率よく吸収し、金属ケース内に渦電流を発生させる直接加熱であり、導入線等の熱損失が少なく、加熱効率が高いことなどから、特に上述したような低圧状態及び真空状態での加熱に適している。
The
次に、このアルカリ金属発生器2の製造方法を説明する。図5は、このアルカリ金属発生器の製造工程を示すフローチャートである。最初に、真空材料用ニッケル金属を用意し、これを定められた形状にプレス加工することで、凹部21を収容する収容部材22と蓋部材24とを製造する(ステップS11)。次に、加工した両部材を溶剤により洗浄して脱脂・洗浄処理を行う(ステップS12)。ステップS11、S12と並行して所定形状のペレット状のアルカリ金属発生材1を準備する(ステップS13)。そして、準備したアルカリ金属発生材1を収容部材22の凹部21内に納め、蓋部材24で覆う(ステップS14)。次に、必要個所を溶接する(ステップS15)ことで、図3、図4に示されるアルカリ金属発生器2が得られる。
Next, the manufacturing method of this
続いて、本発明にかかる光電子増倍管について説明する。図6は、本発明にかかる光電子増倍管の一実施形態の断面図である。この光電子増倍管7は、透過型光電面を有するヘッドオン型の光電子増倍管である。より、具体的には、ラインフォーカス型の電子増倍部を有している。光電子増倍管7は、主要構成要素である光電面C7と、電子増倍部D7と、集束電極E7と、陽極A7とアルカリ発生器2がガラス側管72内に収容された構成を有する。
Then, the photomultiplier tube concerning this invention is demonstrated. FIG. 6 is a sectional view of an embodiment of the photomultiplier tube according to the present invention. This
光電面C7は、ガラス等の光透過性の基板(面板)C71上に、入射光L1に対応して光電子e1を放出する膜状の光電子放出材料(例えば、金属間化合物や化合物半導体)からなる光電子放出材料層C72を設けたものである。 The photocathode C7 is made of a film-like photoelectron emitting material (for example, an intermetallic compound or a compound semiconductor) that emits photoelectrons e1 corresponding to the incident light L1 on a light-transmitting substrate (face plate) C71 such as glass. A photoelectron emitting material layer C72 is provided.
この光電子放出材料層C72には、上述したアルカリ金属発生材1から発せられたアルカリ金属が含まれている。つまり、光電子放出材料層C72としては、例えば、Sb−Cs,Sb−Rb−Cs、Sb−K−Cs、Sb−Na−K−Cs、GaAs(Cs)、InGaAs(Cs)、InP/InGaAs(Cs)、InP/InGaAsP(Cs)等が挙げられる。ここで、上記表記における(Cs)とは、Csによって活性化された材料であることを示している。
The photoelectron emitting material layer C72 contains alkali metal emitted from the alkali
この光電子放出材料層C72は、後述するようにアンチモンや化合物半導体などのアルカリ金属と反応する光電子放出材料の構成材料を基板C71の裏面(光電子増倍管7へ搭載した際に管内へ向く側の面)FC72上に形成し、続いて、アルカリ金属の蒸気と反応させることで得られる。 As will be described later, the photoelectron emission material layer C72 is formed of a photoelectron emission material that reacts with an alkali metal such as antimony or a compound semiconductor. The photoelectron emission material layer C72 is formed on the back surface of the substrate C71. Surface) Obtained by forming on FC72 and subsequently reacting with alkali metal vapor.
側管72は、例えば、コバールガラス、UVガラスなどからなる円筒状の側管である。ここでは、ガラス製としたが、コバール金属、ステンレス等の金属製材料を用いてもよい。上述した光電面C7は、側管72の一方(図では上側)の開口部72aに受光面FC71を外側へと向けて融着固定されている。
The
側管72の他方の開口部72bには、ガラス製(例えば、コバールガラス、UVガラスなど)のステム板78が溶接固定されている。このステム板78も側管72と同様にコバール金属やステンレス等の金属材料で形成してもよい。側管72と光電面C7とステム板78によって密封容器が形成されている。
A
ステム板78の中央には側管72と反対側へ伸びる筒状の排気管73が固定されている。この排気管73は、光電子増倍管7の製造工程において、側管72と光電面C7とステム板78によって構成される密封容器内部の空気を真空ポンプによって排出し、真空状態とする工程で使用され、その後封止されることで光電子増倍管7内は真空状態が維持される。
A
電子増倍部D7は、それぞれが複数の板状のダイノードを有する第1ダイノードD71〜第9ダイノードD79から構成されている。第1ダイノードD71〜第9ダイノードD79のそれぞれは、基板と、その上に配置されており、入射した光電子e1を利用して二次電子e2を放出する二次電子放出面FD7を有する膜状の二次電子放出材料からなる層とから構成されている。以下、二次電子放出材料からなる層を二次電子放出材料層と称する。 The electron multiplier D7 is composed of a first dynode D71 to a ninth dynode D79 each having a plurality of plate-like dynodes. Each of the first dynode D71 to the ninth dynode D79 is a film and has a film shape having a secondary electron emission surface FD7 which is disposed on the substrate and emits secondary electrons e2 using incident photoelectrons e1. And a layer made of a secondary electron emission material. Hereinafter, the layer made of the secondary electron emission material is referred to as a secondary electron emission material layer.
これらの第1ダイノードD71〜第9ダイノードD79のそれぞれは、例えば、密封容器を貫通するように設けられた金属製(例えば、コバール金属製)のステムピン75によって密封容器内に支持されており、各ステムピン75の当該支持側の先端は、対応する第1ダイノードD71〜第9ダイノードD79のそれぞれと電気的に接続されている(管内におけるステムピン75の図示は省略している)。他端は、ステム板78に設けられたピン孔を貫通して管外に露出している。各ピン孔はハーメチックシールとして利用されるタブレット(例えば、コバールガラス製)が充填されることで、各ステムピン75は、タブレットを介してステム板78に固定される。各ダイノードD71〜D79の二次電子放出材料層としては、上述した光電面の光電子放出材料層と同様の素材を用いることができる。
Each of the first dynode D71 to the ninth dynode D79 is supported in the sealed container by, for example, a metal (for example, Kovar metal) stem
電子増倍部D7とステム板78との間には、専用のステムピン75に支持された陽極A7が配置されている。一方、電子増倍部D7と光電面C7との間には集束電極E7が配置されている。この集束電極E7の中央には、集束された光電子e1流を電子増倍部に向けて導くための開口部が形成されている。
Between the electron multiplier D7 and the
各ステムピン75は、光電子増倍管7の外側へ露出した部分で電圧印加部に電気的に接続されることにより、第1ダイノードD71〜第9ダイノードD79と陽極A7には所定の電圧が供給される。また、光電面C7と集束電極E7にもそれぞれ所定の電圧が供給されている。具体的には、光電面C7と集束電極E7は同じ電位に設定されており、第1ダイノードD71〜第9ダイノードD79と陽極A7は、図で上段から順に高電位となるよう、つまり、光電面C7および集束電極E7に近いほど高電位となるように設定されている。
Each
このように電圧を設定することで、光電面C7の受光面FC71に光L1が入射すると、反対面FC72から光電子e1が放出される。放出された光電子e1は、集束電極E7により、電子増倍部D7へと導かれ、第1ダイノードD71〜第9ダイノードD79により多段増倍されて、陽極A7へと入射し、光電子e1の数、つまり、光L1の光強度に応じた電流が出力されることになる。 By setting the voltage in this way, when the light L1 enters the light receiving surface FC71 of the photocathode C7, the photoelectrons e1 are emitted from the opposite surface FC72. The emitted photoelectrons e1 are guided to the electron multiplier D7 by the focusing electrode E7, multistage multiplied by the first dynode D71 to the ninth dynode D79, incident on the anode A7, and the number of photoelectrons e1. That is, a current corresponding to the light intensity of the light L1 is output.
次に、この光電子増倍管7の製造方法について説明する。この製造方法は、本発明にかかるアルカリ金属発生材、アルカリ金属発生器を用いて本発明にかかる光電面C7および第1ダイノードD71〜第9ダイノードD79を製造すること以外の条件および手順は特に以下の記載に限定されるものではなく、公知の技術により製造することが可能である。
Next, a method for manufacturing the
図7は、この光電子増倍管7の製造工程を示すフローチャートである。最初に側管72となるガラス管と、基板C71となるガラス基板を用意する(ステップS21)。このとき、基板C71上の光電子放出材料層C72は、アルカリ活性化が行われていない未完成な状態にある。次に、両者を加熱して一体化する(ステップS22)。
FIG. 7 is a flowchart showing the manufacturing process of the
続いて、ステム板78のピン孔にステムピン75を貫通させてタブレットにより固定する(ステップS23)。ここで、ステム板78の中央には、筒状の排気管73が接続されている。排気管73は、両端が開放された状態にある。そして、対応するステムピン75上に、陽極A7、集束電極E7、第1ダイノードD71〜第9ダイノードD79のそれぞれを組み付けることで、陽極A7、集束電極E7と電子増倍部D7の組立を行う。さらに高周波電磁波の吸収しやすい位置に予め前工程で製作されたアルカリ金属発生器2を配置して固定する(ステップS24)。例えば、ステムピン75等に溶接して固定するとよい。この段階では、各ダイノードD71〜D79を形成する基板上の二次電子面はアルカリ活性化が行われていない未完成な状態にある。組み立てられた電子増倍部D7等(組立体)を側管72の開口部72b側から挿入し(ステップS25)、ステム板78と側管72とを加熱一体化することで密封容器を形成する(ステップS26)。ただし、上述した排気管73のみを通じて管内外は連通している。
Subsequently, the
なお、光電子増倍管7の光電面C7および第1ダイノードD71〜第9ダイノードD79の形成に用いるアルカリ金属発生器2は図4と同様である。ステップS26を終了した光電子増倍管7は、排気管73を介して、図示していない真空ポンプに接続されたガラス管へと接続される(ステップS27)。このとき、真空ポンプに接続された系全体が気密状態とされる。
The
最初に、排気系を加熱して十分な脱ガスを行い高真空になった後、光電子増倍管7自体も加熱することで、加熱脱ガスを行う(ステップS28)。排気系が十分な高真空になった後、光電子増倍管7を一旦室温まで冷却する(ステップS29)。そして、系内に配置した図示していないマンガンコイルに通電することで、窓材にマンガンを蒸着する(ステップS30)。
First, after the exhaust system is heated and sufficiently degassed to obtain a high vacuum, the
蒸着後、系内に高純度酸素を導入する(ステップS31)。このときの酸素ガスの圧力は、数Pa〜数十Pa程度とする。この状態で光電面C7に所定の直流または交流電圧を印加することで、蒸着されたマンガンを酸化して透明化する(ステップS32)。透明化後、真空ポンプを作動させることで、系内の酸素ガスを排出して、系内を再び高真空化する(ステップS33)。 After vapor deposition, high purity oxygen is introduced into the system (step S31). The pressure of the oxygen gas at this time is about several Pa to several tens Pa. In this state, a predetermined direct current or alternating voltage is applied to the photocathode C7 to oxidize the deposited manganese and make it transparent (step S32). After the transparency, the vacuum pump is operated to discharge the oxygen gas in the system, and the inside of the system is evacuated again (step S33).
所定の真空度に到達したら系内に配置した図示していないアンチモンコイルに通電することで、酸化マンガン上にアンチモンを蒸着する(ステップS34)。次に、光電子増倍管7を電気炉等により150℃〜200℃に加熱する(ステップS35)。その後、光電子増倍管7内に配置されているアルカリ金属発生器4を高周波加熱する(ステップS36)。内部のペレット1Aが十分に加熱されると、酸化剤であるCs2CrO4、Cs2MoO4と還元剤であるSiとの間で以下の酸化還元反応が進行する。
4Cs2CrO4+5Si→5SiO2+8Cs+2Cr2O3 …(1)
4Cs2MoO4+5Si→5SiO2+8Cs+2Mo2O3 …(2)
When a predetermined degree of vacuum is reached, antimony is deposited on the manganese oxide by energizing an antimony coil (not shown) disposed in the system (step S34). Next, the
4Cs 2 CrO 4 + 5Si → 5SiO 2 + 8Cs + 2Cr 2 O 3 (1)
4Cs 2 MoO 4 + 5Si → 5SiO 2 + 8Cs + 2Mo 2 O 3 (2)
このとき、同じCs+をカウンターカチオンとしていてもCs2MoO4のほうがCs2CrO4よりも酸化力が弱いので、還元剤との酸化還元反応は反応(2)のほうが反応(1)よりも緩やかに進行する。このため、酸化剤としてCs2CrO4を単体で用いる(反応(1)のみの)場合に比べてペレット全体の反応速度を制御することが容易になり、アルカリ金属蒸気を安定的に発生させることができる。 At this time, even if the same Cs + is used as a counter cation, Cs 2 MoO 4 is weaker in oxidizing power than Cs 2 CrO 4. Progress slowly. For this reason, it becomes easier to control the reaction rate of the whole pellet compared with the case where Cs 2 CrO 4 is used alone as the oxidizing agent (only reaction (1)), and the alkali metal vapor is stably generated. Can do.
アルカリ金属の還元が十分に行われた(十分な量のアルカリ金属蒸気が発生した)ところで、高周波加熱を停止し(ステップS37)、光電子増倍管7を電気炉等によって120℃〜180℃に加熱して、30分〜2時間焼成する(ステップS38)。焼成後、光電子増倍管7を室温に戻した(ステップS39)後、排気管73を封止、切断することにより、ガラス管76から取り外す(ステップS40)。その後、性能試験を実施し(ステップS41)、性能を満たしている物を合格品として出荷する。
When the alkali metal has been sufficiently reduced (a sufficient amount of alkali metal vapor has been generated), the high-frequency heating is stopped (step S37), and the
ここでは、ヘッドオン型の光電子増倍管を例に説明したが、図11に示されるサイドオン型の光電子増倍管の場合にも本発明は好適に適用できる。また、増倍部を有しない光電管や増倍部としてマイクロチャネルプレートを有するイメージインテンシファイアやストリーク管においても同様の光電面を有する構成が適用できる。 Here, a head-on type photomultiplier tube has been described as an example, but the present invention can also be suitably applied to a side-on type photomultiplier tube shown in FIG. In addition, a configuration having a similar photocathode can also be applied to a phototube having no multiplication section, an image intensifier having a microchannel plate as a multiplication section, or a streak tube.
発明者らは、クロム酸セシウムとモリブデン酸セシウムの混合比の異なる種々のアルカリ金属発生材を用いて光電面を作成し、その性能を評価する比較実験を行ったので、その結果について報告する。 The inventors made photocathodes using various alkali metal generating materials having different mixing ratios of cesium chromate and cesium molybdate, and conducted comparative experiments to evaluate the performance.
なお、還元剤としてはSiを用い、酸化剤と還元剤の比率は2:1〜4:1とし、又高温多湿環境下の作業環境を想定して、温度30℃、湿度80%の恒温槽に24時間保管されたアルカリ金属発生剤を用いて製造した光電子増倍管の性能評価を行った。 Note that Si is used as the reducing agent, the ratio of the oxidizing agent to the reducing agent is 2: 1 to 4: 1, and a constant temperature bath at a temperature of 30 ° C. and a humidity of 80% assuming a working environment in a high temperature and high humidity environment. The performance of a photomultiplier tube produced using an alkali metal generator stored for 24 hours was evaluated.
評価結果を表1、表2および図8〜10に示す。表1には、カソード感度(Sk:μA/μL)、カソード青感度(Skb:μA)、アノード感度(SP:μA/μL)、2種類の暗電流(Idb:nA)を示している。なお、各欄の上段は平均値、下段は標準偏差である。また、表2は、これらの特性と面ムラの状態から基準に合格したもののみを良品として求めた良品率を示している。図8、図9には、同じ混合比のサンプルについて陽極(アノード)感度をヒストグラムとして示した。図10は、混合比に対して陰極(カソード)感度の平均値をプロットしたグラフである。
これらの結果から酸化剤中のモリブデン酸セシウムの比率が10%〜45%の場合に良品率が100%であり、良好な特性が得られることが確認された。さらに、酸化剤中のモリブデン酸セシウムの比率を20%〜40%とすると、感度の点でさらに有利であり、好ましいことが確認された。また、上記の比率範囲では、陰極感度Skが増大する反面、暗電流Idb1、Idb2は低下しており、S/N比の点でも有利である。また、製品によるばらつきも少なく安定した性能の製品が得られる。 From these results, it was confirmed that when the ratio of cesium molybdate in the oxidizing agent was 10% to 45%, the yield rate was 100%, and good characteristics were obtained. Furthermore, it was confirmed that the ratio of cesium molybdate in the oxidizing agent was 20% to 40%, which was more advantageous and preferable in terms of sensitivity. In the above ratio range, the cathode sensitivity Sk increases, but the dark currents Idb1 and Idb2 decrease, which is advantageous in terms of the S / N ratio. In addition, products with stable performance can be obtained with little variation among products.
このように、クロム酸セシウム単体の場合に比べてモリブデン酸セシウムを混合した場合のほうが良好な製品が得られる理由については、以下のように考えられる。単体アルカリ塩を酸化剤とした場合、高周波加熱によってアルカリ源を収容した金属容器が加熱され、その熱がペレットへ伝わることで、ペレットは金属容器に接触する周辺部から中心に向かって加熱されるので、還元温度まで加熱されて反応を進行させるためには、過剰な加熱が必要となる。 Thus, the reason why a better product is obtained when cesium molybdate is mixed than when cesium chromate alone is considered as follows. When a simple alkali salt is used as the oxidizing agent, the metal container containing the alkali source is heated by high-frequency heating, and the heat is transferred to the pellet, so that the pellet is heated from the peripheral part in contact with the metal container toward the center. Therefore, excessive heating is required to advance the reaction by heating to the reduction temperature.
しかし、本発明のアルカリ金属発生材においては、金属容器が加熱された際に、還元温度の低いモリブデン酸セシウムの反応が先に進行し、ペレット内部より発生する反応熱により、ペレットは内部からも加熱されるため、外部より過剰な熱を供給することなくアルカリペレット全体を効率良く加熱して酸化還元反応を進行させることができる。その結果、過剰な加熱により放出される不要ガスの発生が抑制されるため高真空状態を維持することができる。また高周波加熱時の漏れ高周波によるダイノード電極の加熱による二次電子面形成材料の酸化、蒸発が防止されるなど、良好なアルカリ金属発生材としての機能を実現することができる。 However, in the alkali metal generating material of the present invention, when the metal container is heated, the reaction of cesium molybdate having a low reduction temperature proceeds first, and due to the reaction heat generated from the inside of the pellet, the pellet is also from the inside. Since it is heated, the entire alkali pellet can be efficiently heated and the oxidation-reduction reaction can proceed without supplying excessive heat from the outside. As a result, generation of unnecessary gas released by excessive heating is suppressed, so that a high vacuum state can be maintained. Moreover, it is possible to realize a good function as an alkali metal generating material, such as prevention of oxidation and evaporation of the secondary electron surface forming material due to heating of the dynode electrode due to high frequency leakage during high frequency heating.
本発明の効果は、クロム酸セシウムの高い還元温度とモリブデン酸セシウムの低い還元温度の組み合わせ効果で有る。同様の効果は、他のセシウム酸化材においても考えられる。例えばクロム酸セシウムと、それより低い還元温度のタングステン酸セシウムとの組み合わせにおいても同様な効果があると類推できる。 The effect of the present invention is the combined effect of the high reduction temperature of cesium chromate and the low reduction temperature of cesium molybdate. Similar effects can be considered in other cesium oxide materials. For example, it can be inferred that the same effect can be obtained by combining cesium chromate with cesium tungstate having a lower reduction temperature.
他方、モリブデン酸セシウムの混合比が高くなると光電面感度が低下する点については、モリブデン酸セシウムが潮解性を持ち、多量の水分を吸着していた場合、この水分が還元時の加熱によりペレット内部より放出され、還元されたアルカリ金属や光電面形成材料であるSb等の酸化を引き起こすためと考えられる。 On the other hand, when the mixing ratio of cesium molybdate increases, the photocathode sensitivity decreases. When cesium molybdate has deliquescence and adsorbs a large amount of moisture, this moisture is heated inside the pellet by heating during reduction. This is considered to cause oxidation of more released and reduced alkali metal or Sb which is a photocathode forming material.
1、1A…アルカリ金属発生材、2、4…アルカリ金属発生器、7…光電子増倍管、20、20A…ケース、21…凹部、22…収容部材、23…放出口、24…蓋部材、25…高周波コイル、26…高周波電源、72…ガラス側管、72a、72b…開口部、73…排気管、75…ステムピン、76、77…ガラス管、78…ステム板、A7…陽極、C7…光電面、C71…基板、C72…光電子放出材料層、D7…電子増倍部、D71〜D79…ダイノード、e1…光電子、e2…二次電子、E7…集束電極、FC71…受光面、FC72…反対面、FD7…二次電子放出面、L1…光。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
モリブデン酸セシウムとクロム酸セシウムとを混合した酸化剤を用いており、前記酸化剤の総質量に対するモリブデン酸セシウムの重量混合比を10%〜45%とする酸化剤を用いていることを特徴とするアルカリ金属発生材。 An alkali metal generating material serving as a supply source of an alkali metal used for forming a photoelectron emitting surface that emits photoelectrons in response to incident light,
And using an oxidizing agent obtained by mixing a molybdate, cesium and cesium chromate, and characterized in that using an oxidizing agent to the mixing weight ratio of molybdate cesium to the total weight of the oxidizing agent is 10% to 45% Alkali metal generating material.
内部に収容空間を備え、前記収容空間と外部とを連通する放出口を備えるケースを有し、
請求項1または2のいずれか1項に記載のアルカリ金属発生材を前記収容空間内に収容して、前記アルカリ金属発生材から発生したアルカリ蒸気を前記放出口を通じて放出することを特徴とするアルカリ金属発生器。 An alkali metal generator that generates an alkali metal used to form a photoelectron emission surface that emits photoelectrons in response to incident light,
It has a case with a storage space inside, and a discharge port that communicates the storage space with the outside.
An alkali characterized in that the alkali metal generating material according to any one of claims 1 and 2 is accommodated in the accommodating space, and alkali vapor generated from the alkali metal generating material is discharged through the discharge port. Metal generator.
請求項1または2のいずれか1項に記載のアルカリ金属発生材から発生したアルカリ蒸気により活性されていることを特徴とする光電子放出面。 A photoelectron emission surface that emits photoelectrons in response to incident light,
3. A photoelectron emitting surface that is activated by alkali vapor generated from the alkali metal generating material according to claim 1.
A photomultiplier tube comprising the photoelectron emission surface according to claim 4.
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