ДИНОД ПЕРВОГО КАСКАДА И ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ Российский патент 2022 года по МПК H01J43/20 

Область техники

[0001] Настоящее раскрытие относится к диноду первого каскада и фотоэлектронному умножителю.

Предпосылки изобретения

[0002] В качестве динода первого каскада, подлежащего использованию в фотоэлектронном умножителе, предложены те, которые имеют различные формы. Например, патентный документ 1 описывает, в качестве динода первого каскада, предназначенного для повышения эффективности собирания фотоэлектронов, динод первого каскада в форме чайной чашки с плоской поверхностью дна. В диноде первого каскада, описанном в патентном документе 1, поверхность эмиссии электронов образована плоской поверхностью дна чайной чашки. Кроме того, патентный документ 2 описывает, в качестве динода первого каскада, предназначенного для получения сигнального тока, который не зависит от позиции падения фотокатода, динод первого каскада, в котором приемный порт, на который падают фотоэлектроны, имеет форму воронки. В диноде первого каскада, описанном в патентном документе 2, поверхность эмиссии электронов образована одной изогнутой поверхностью и тремя плоскими поверхностями, соединенными друг с другом так, чтобы они были изогнуты в вогнутой форме, и пара боковых поверхностей предусмотрена с обеих сторон поверхности эмиссии электронов так, чтобы они были перпендикулярны поверхности эмиссии электронов.

Список ссылок

Патентные документы

[0003] Патентный документ 1: патент США № 4112325

Патентный документ 2: японская нерассмотренная патентная публикация № H8-12772

Сущность изобретения

Техническая проблема

[0004] Однако в диноде первого каскада, описанном в патентном документе 1, поскольку поверхность эмиссии электронов образована плоской поверхностью дна чайной чашки, трудно регулировать время пролета вторичных электронов от динода первого каскада к диноду второго каскада. В результате может иметься различие во времени пролета вторичных электронов от динода первого каскада до динода второго каскада. Кроме того, в диноде первого каскада, описанном в патентном документе 2, поскольку пара боковых поверхностей предусмотрена с обеих сторон поверхности эмиссии электронов так, чтобы они были перпендикулярны поверхности эмиссии электронов, вторичные электроны, эмитированные из центральной области на поверхности эмиссии электронов, перемещаются линейно, в то время как вторичные электроны, эмитированные из области вблизи боковой поверхности на поверхности эмиссии электронов, перемещаясь, могут отражаться от боковой поверхности с тем же самым электрическим потенциалом. В результате может иметься различие во времени пролета вторичных электронов от динода первого каскада до динода второго каскада. Поэтому ожидается, что в динодах первого каскада, описанных в патентных документах 1 и 2, трудно подавлять различие во времени пролета от катода (C. T. T. D) и разброс времени пролета (T. T. S.) в фотоэлектронном умножителе.

[0005] Поэтому задачей настоящего раскрытия является обеспечение динода первого каскада, способного подавлять различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе, и фотоэлектронный умножитель, включающий в себя такой динод первого каскада.

Решение проблемы

[0006] Динод первого каскада согласно одному аспекту настоящего раскрытия является динодом первого каскада, подлежащим использованию в фотоэлектронном умножителе, и включает в себя: нижнюю стенку; и пару боковых стенок, проходящих от обоих концевых участков нижней стенки в заранее заданном направлении в одну сторону. Поверхность эмиссии электронов образована поверхностью дна нижней стенки с упомянутой одной стороны и парой боковых поверхностей пары боковых стенок с упомянутой одной стороны, и каждая из пары боковых поверхностей является изогнутой поверхностью, которая изогнута в вогнутой форме в сечении, параллельном упомянутому заранее заданному направлению.

[0007] В этом диноде первого каскада каждая из пары боковых поверхностей является изогнутой поверхностью, которая изогнута в вогнутой форме в сечении, параллельном заранее заданному направлению. Поэтому по мере того как каждая боковая поверхность отдаляется от центра поверхности эмиссии электронов в заранее заданном направлении, боковая поверхность приближается к одному проему канала для электронов. В результате как расстояние пролета фотоэлектронов, падающих на каждую боковую поверхность, так и расстояние пролета вторичных электронов, эмитированных с каждой боковой поверхности, сокращаются по мере того как каждая боковая поверхность приближается к одному проему канала для электронов. Поэтому, согласно этому диноду первого каскада, можно подавлять различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе.

[0008] В диноде первого каскада согласно одному аспекту настоящего раскрытия радиус кривизны каждой из пары боковых поверхностей может быть больше 2 мм. Согласно этой конфигурации, можно надлежащим образом подавлять различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе.

[0009] В диноде первого каскада согласно одному аспекту настоящего раскрытия, исходя из того, что ширина поверхности эмиссии электронов в заранее заданном направлении составляет L, а радиус кривизны каждой из пары боковых поверхностей составляет R, может выполняться R≥0,1L. Согласно этой конфигурации можно надлежащим образом подавлять различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе.

[0010] В диноде первого каскада согласно одному аспекту настоящего раскрытия поверхность дна может быть изогнутой поверхностью, которая изогнута в вогнутой форме в сечении, перпендикулярном упомянутому заранее заданному направлению. Согласно этой конфигурации, становится легче регулировать время пролета вторичных электронов от динода первого каскада к диноду второго каскада. Поэтому можно более надежно подавлять различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе.

[0011] В диноде первого каскада согласно одному аспекту настоящего раскрытия поверхность эмиссии электронов может быть обращена к одному проему канала для электронов. Согласно этой конфигурации, поскольку как фотоэлектроны, падающие на поверхность эмиссии электронов, так и вторичные электроны, эмитированные с поверхности эмиссии электронов, проходят через один (то есть один и то же) проем 11b канала для электронов, уменьшается зависимость времени пролета от катода от позиции падения фотоэлектронов. Поэтому можно более надежно подавлять различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе.

[0012] Фотоэлектронный умножитель согласно одному аспекту настоящего раскрытия включает в себя: фотокатод; множество каскадов динодов; и анод. Множество каскадов динодов включает в себя динод первого каскада и динод второго каскада, размещенные на заранее заданной плоскости. Динод первого каскада включает в себя: нижнюю стенку; и пару боковых стенок, проходящих от обоих концевых участков нижней стенки в заранее заданном направлении в сторону фотокатода и в сторону динода второго каскада, причем заранее заданное направление перпендикулярно заранее заданной плоскости. В диноде первого каскада поверхность эмиссии электронов образована поверхностью дна нижней стенки со стороны фотокатода и стороны динода второго каскада и парой боковых поверхностей пары боковых стенок со стороны фотокатода и стороны динода второго каскада. Каждая из пары боковых поверхностей является изогнутой поверхностью, которая изогнута в вогнутой форме в сечении, параллельном заранее заданному направлению.

[0013] Согласно этому фотоэлектронному умножителю, можно подавлять различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета по вышеописанным причинам.

Преимущественные эффекты изобретения

[0014] Согласно настоящему раскрытию можно обеспечить динод первого каскада, способный подавлять различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе, и фотоэлектронный умножитель, включающий в себя такой динод первого каскада.

Краткое описание чертежей

[0015] Фиг.1 - вид в разрезе фотоэлектронного умножителя согласно варианту осуществления.

Фиг.2 - вид в разрезе фотоэлектронного умножителя и анода, показанных на фиг.1.

Фиг.3 - вид в перспективе динода первого каскада согласно одному варианту осуществления.

Фиг.4 - вид в разрезе динода первого каскада по линии IV-IV, показанной на фиг.3.

Фиг.5 - вид в разрезе динода первого каскада по линии V-V, показанной на фиг.3.

Фиг.6 - вид в перспективе динода первого каскада в качестве сравнительного примера.

Фиг.7 - примерная схема для описания траектории перемещения электронов.

Фиг.8 - диаграмма, демонстрирующая различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе, использующем динод первого каскада, в качестве первого примера.

Фиг.9 - диаграмма, демонстрирующая различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе, использующем динод первого каскада, в качестве второго примера.

Фиг.10 - диаграмма, демонстрирующая различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе, использующем динод первого каскада, в качестве третьего примера.

Фиг.11 - диаграмма, демонстрирующая различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе, использующем динод первого каскада, в качестве четвертого примера.

Фиг.12 - диаграмма, демонстрирующая различие во времени пролета от катода в фотоэлектронном умножителе, использующем динод первого каскада, в качестве первого сравнительного примера и в фотоэлектронном умножителе, использующем динод первого каскада, в качестве пятого примера.

Описание вариантов осуществления

[0016] Здесь далее со ссылкой на схемы будут подробно описаны варианты осуществления настоящего раскрытия. Кроме того, одинаковые или эквивалентные участки на схемах обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и их повторное описание будет исключено.

[Конфигурация фотоэлектронного умножителя]

[0017] Как показано на фиг.1, фотоэлектронный умножитель 1 включает в себя корпус 2 фотоэлектронного умножителя, фотокатод 3, ускоряющий электрод 4, фокусирующий электрод 5, электронный умножитель 6 и анод 7. Электронный умножитель 6 имеет множество каскадов (например, 10 каскадов) динодов 10. В последующем описании предполагается, что сторона, с которой свет падает на фотоэлектронный умножитель 1, является "передней", а противоположная сторона является "задней". Кроме того, предполагается, что ось фотоэлектронного умножителя (центральная ось) корпуса 2 фотоэлектронного умножителя является "осью Z", ось, перпендикулярная плоскости (плоскости, включающей в себя ось Z), на которой размещено множество каскадов динодов 10, является "осью X ", и ось, перпендикулярная оси Z и оси X, является "осью Y".

[0018] В корпусе 2 фотоэлектронного умножителя фотокатод 3, ускоряющий электрод 4, фокусирующий электрод 5, электронный умножитель 6 и анод 7 заключены в вакуумном пространстве. Корпус 2 фотоэлектронного умножителя является светопропускающей стеклянной колбой. Корпус 2 фотоэлектронного умножителя имеет сплюснутую часть 2a с осью Z в качестве её центральной оси, и цилиндрическую часть 2b с осью Z в качестве её центральной оси с задней стороны сплюснутой части 2a. Сплюснутая часть 2a и цилиндрическая часть 2b сформированы как одно целое в виде одной стеклянной колбы. В качестве примера внешний диаметр сплюснутой части 2a составляет около 200 мм и внешний диаметр цилиндрической части 2b составляет около 85 мм, если смотреть с передней стороны.

[0019] Фотокатод 3 предусмотрен на внутренней поверхности корпуса 2 фотоэлектронного умножителя. В частности, фотокатод 3 предусмотрен на внутренней поверхности области передней половины сплюснутого участка 2a. Фотокатод 3 образует пропускающий (полупрозрачный) фотокатод и выполнен, например, из антимонида калия-цезия/материала цезиевого типа (двухщелочного) или других известных материалов. Когда свет падает на фотокатод 3 с передней стороны, фотоэлектроны эмитируются из фотокатода 3 к задней стороне за счет фотоэлектрического эффекта. В качестве примера внешний диаметр фотокатода 3, если смотреть с передней стороны (то есть эффективный диаметр фотоэлектронного умножителя 1) составляет около 200 мм. Кроме того, пунктирные линии, показанные на фиг.1, указывают траектории (иллюстративные траектории) фотоэлектронов, эмитированных из фотокатода 3.

[0020] Ускоряющий электрод 4 располагается позади фотокатода 3. На ускоряющий электрод 4 подается заранее заданное напряжение. Ускоряющий электрод 4 выполнен с возможностью ускорять фотоэлектроны, эмитированные из фотокатода 3, к электронному умножителю 6. Фокусирующий электрод 5 располагается позади ускоряющего электрода 4. На фокусирующий электрод 5 подается заранее заданное напряжение. Фокусирующий электрод 5 выполнен с возможностью фокусировать фотоэлектроны, эмитированные из фотокатода 3, в направлении электронного умножителя 6.

[0021] Электронный умножитель 6 располагается позади фокусирующего электрода 5. Диноды 10 во множестве каскадов размещены на плоскости YZ (плоскости, включающей в себя ось Y и ось Z). Каждый динод 10 выполнен, например, из нержавеющей стали. На каждый из множества каскадов динодов 10 подается заранее заданное напряжение. Электронный умножитель 6, то есть множество каскадов динодов 10 выполнен с возможностью приумножать фотоэлектроны, эмитированные из фотокатода 3. Анод 7 располагается на плоскости YZ так, чтобы быть обращенным к диноду 10 последнего каскада. На анод 7 подается заранее заданное напряжение. Анод 7 выполнен с возможностью выводить вторичные электроны, эмитированные из динода 10 последнего каскада в качестве сигнального тока.

[0022] Ускоряющий электрод 4, фокусирующий электрод 5, диноды 10 электронного умножителя 6 и анод 7 поддерживаются опорным элементом (не показан) в корпусе 2 фотоэлектронного умножителя. Опорный элемент присоединен к ножке (не показана), которая герметизирует задний концевой участок цилиндрической части 2b. Кроме того, в ножке в качестве штыря ножки или кабеля обеспечены проводка для подачи напряжения и проводка для вывода сигнального тока.

[Конструкция фотоэлектронного умножителя]

[0023] Как показано на фиг.2, в электронном умножителе 6 множество каскадов динодов 10 включает в себя динод 11 первого каскада, динод 12 второго каскада и динод 13 третьего каскада. В последующем описании соответствующие диноды, включающие в себя динод 11 первого каскада, динод 12 второго каскада и динод 13 третьего каскада, совместно называются динодом 10. Кроме того, поверхности эмиссии электронов соответствующих динодов, включающих в себя поверхность 11a эмиссии электронов динода 11 первого каскада, поверхность 12a эмиссии электронов динода 12 второго каскада и поверхность 13a эмиссии электронов динода 13 третьего каскада, совместно называются поверхностью 10a эмиссии электронов.

[0024] Динод 11 первого каскада располагается таким образом, что поверхность 11a эмиссии электронов обращена к фотокатоду 3 (см. фиг.1) и поверхности 12a эмиссии электронов динода 12 второго каскада. Динод 12 второго каскада располагается таким образом, что поверхность 12a эмиссии электронов обращена к поверхности 11a эмиссии электронов динода 11 первого каскада и поверхности 13a эмиссии электронов динода 13 третьего каскада. Аналогично, каждый из динодов 10 в третьем и последующих каскадах, за исключением динода 10 последнего каскада, располагается таким образом, что его поверхность 10a эмиссии электронов обращена к поверхности 10a эмиссии электронов динода 10 в предыдущем каскаде и поверхности 10a эмиссии электронов динода 10 в последующем каскаде. Динод 10 конечного каскада располагается таким образом, что его поверхность 10a эмиссии электронов обращена к поверхности 10a эмиссии электронов динода 10 в предыдущем каскаде и аноду 7.

[0025] Динод 11 первого каскада имеет нижнюю стенку 111, пару боковых стенок 112, первый удерживающий участок 113 и пару вторых удерживающих участков 114 (их подробности будут описаны ниже). Поверхность 11a эмиссии электронов динода 11 первого каскада образована поверхностью дна нижней стенки 111 со стороны фотокатода 3 и стороны динода 12 второго каскада и парой боковых поверхностей пары боковых стенок 112 со стороны фотокатода 3 и стороны динода 12 второго каскада.

[0026] Динод 12 второго каскада имеет нижнюю стенку 121 и пару удерживающих участков 122. Поверхность 12a эмиссии электронов динода 12 второго каскада образована поверхностью дна нижней стенки 121 со стороны динода 11 первого каскада и стороны динода 13 третьего каскада. Пара удерживающих участков 122 проходит от обоих концевых участков нижней стенки 121 в направлении оси X (направлении, параллельном оси X) в сторону динода 11 первого каскада и сторону динода 13 третьего каскада.

[0027] Динод 13 третьего каскада имеет нижнюю стенку 131 и пару удерживающих участков 132. Поверхность 13a эмиссии электронов динода 13 третьего каскада образована поверхностью дна нижней стенки 131 со стороны динода 12 второго каскада и стороны динода 10 четвертого каскада. Пара удерживающих участков 132 проходит от обоих концов нижней стенки 131 в направлении оси X в сторону динода 12 второго каскада и в сторону динода 10 четвертого каскада.

[0028] Пара образующих электронную линзу электродов 14 обеспечена в области между динодом 11 первого каскада, динодом 12 второго каскада и динодом 13 третьего каскада. В частности, один образующий электронную линзу электрод 14 сформирован как одно целое с одним удерживающим участком 132 так, чтобы проходить в области между одним вторым удерживающим участком 114 и упомянутым одним удерживающим участком 122. Другой образующий электронную линзу электрод 14 сформирован как одно целое с другим удерживающим участком 132 так, чтобы проходить в области между другим вторым удерживающим участком 114 и другим удерживающим участком 122. Заранее заданное напряжение, подаваемое на динод 13 третьего каскада, прилагается к паре образующих электронную линзу электродов 14. В результате распределение электрического потенциала в направлении оси X становится плоским в области между динодом 11 первого каскада и динодом 12 второго каскада.

[Конфигурация динода первого каскада]

[0029] Как показано на фиг.3, 4 и 5, динод 11 первого каскада включает в себя нижнюю стенку 111, пару боковых стенок 112, первый удерживающий участок 113 и пару вторых удерживающих участков 114. Пара боковых стенок 112 проходит от обоих концевых участков нижней стенки 111 в направлении оси X (заранее заданном направлении, перпендикулярном заранее заданной плоскости) в одну сторону (сторону фотокатода 3 и сторону динода 12 второго каскада (см. фиг.1 и 2)). Первый удерживающий участок 113 проходит наружу (со стороны, противоположной диноду второго каскада (см. фиг.1 и 2)) от концевого участка нижней стенки 111 с передней стороны (стороны фотокатода 3 (см. фиг.1 и 2)). Пара вторых удерживающих участков 114 проходит от обоих концевых участков пары боковых стенок 112 в направлении оси X в одну сторону.

[0030] Первый удерживающий участок 113 имеет форму плоской пластины (например, форму прямоугольной пластины), параллельной плоскости XY. Каждый из пары вторых удерживающих участков 114 имеет форму плоской пластины, параллельной плоскости YZ. Динод 11 первого каскада присоединен к опорному элементу, предусмотренному в корпусе 2 фотоэлектронного умножителя, с помощью первого удерживающего участка 113 и пары вторых удерживающих участков 114.

[0031] Поверхность 11a эмиссии электронов динода 11 первого каскада образована поверхностью 111a дна нижней стенки 111 с одной стороны и парой боковых поверхностей 112a пары боковых стенок 112 с одной стороны. Поверхность 11a эмиссии электронов обращена к одному проему 11b канала для электронов. В диноде 11 первого каскада один проем 11b канала для электронов задан нижней стенкой 111, парой боковых стенок 112 и краевыми участками пары вторых удерживающих участков 114 с одной стороны. Таким образом, как фотоэлектроны, падающие на поверхность 11a эмиссии электронов, так и вторичные электроны, эмитированные с поверхности 11a эмиссии электронов, проходят через один (то есть один и тот же) проем 11b канала для электронов.

[0032] Поверхность 111a дна, образующая поверхность 11a эмиссии электронов, является изогнутой поверхностью, которая изогнута в вогнутой форме в сечении, перпендикулярном направлению оси X (см., в частности, фиг.4). В настоящем варианте осуществления поверхность 111a дна является цилиндрической поверхностью (эллиптической цилиндрической поверхностью, гиперболической цилиндрической поверхностью, параболический цилиндрической поверхностью, составной поверхностью из таких поверхностей и пр.), имеющей направление оси X в качестве ее продольного направления (направления высоты цилиндра). Каждая из пары боковых поверхностей 112a, образующих поверхность 11a эмиссии электронов, является изогнутой поверхностью, которая изогнута в вогнутой форме в сечении, параллельном направлению оси X (см., в частности, фиг.5). В настоящем варианте осуществления каждая боковая поверхность 112a соответствует закругленной поверхности, когда круглое внутреннее закругление распространяется на угловой участок, образованный поверхностью 111a дна и внутренней поверхностью каждого второго удерживающего участка 114. Кроме того, поверхность 111a дна и каждая боковая поверхность 112a соединены друг с другом, так что кривизны (изогнутости) являются непрерывными. Кроме того, каждая боковая поверхность 112a и внутренняя поверхность каждого второго удерживающего участка 114 также соединены друг с другом, так что кривизны являются непрерывными.

[0033] Предполагая, что ширина поверхности 11a эмиссии электронов в направлении оси X составляет L, а радиус кривизны каждой из пары боковых поверхностей 112a составляет R (см. фиг.5), выполняется R≥0,1L в диноде 11 первого каскада. Кроме того, радиус R кривизны каждой из пары боковых поверхностей 112a больше 2 мм. В качестве примера ширина L поверхности 11a эмиссии электронов в направлении оси X больше 20 мм и меньше 50 мм.

[0034] Динод 11 первого каскада, имеющий вышеописанную форму, образован как единое целое металлической пластиной (например, пластиной из нержавеющей стали толщиной около 0,3 мм). Таким образом, нижняя стенка 111, пара боковых стенок 112, первый удерживающий участок 113 и пара вторых удерживающих участков 114 образованы как единое целое металлической пластиной. Здесь "образован как единое целое металлической пластиной" означает формирование путем обработки давлением, такой как прессование, металлической пластины.

[Операции и эффекты]

[0035] В диноде 11 первого каскада каждая из пары боковых поверхностей 112a, образующих поверхность 11a эмиссии электронов, является изогнутой поверхностью, которая изогнута в вогнутой форме в сечении, параллельном направлению оси X. Поэтому по мере того как каждая боковая поверхность 112a отдаляется от центра поверхности 11a эмиссии электронов в направлении оси X, боковая поверхность 112a приближается к одному проему 11b канала для электронов. В результате как расстояние пролета фотоэлектронов, падающих на каждую боковую поверхность 112a, так и расстояние пролета вторичных электронов, эмитированных с каждой боковой поверхности 112a, сокращаются по мере того как каждая боковая поверхность 112a приближается к одному проему 11b канала для электронов. Поэтому, согласно диноду 11 первого каскада, можно подавлять различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе 1.

[0036] Кроме того, даже если вся поверхность эмиссии электронов выполнена в сферической форме, например, в диноде первого каскада, имеющем такую поверхность эмиссии электронов, трудно регулировать время пролета вторичных электронов от динода первого каскада к диноду второго каскада. Поэтому трудно эффективно подавлять различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе. Кроме того, для подавления различия во времени пролета от катода и разброса времени пролета, можно предположить, что поверхность эмиссии электронов образована только поверхностью 111a дна без обеспечения пары боковых поверхностей 112a для увеличения ширины поверхности эмиссии электронов в направлении оси X. Однако в диноде первого каскада, имеющем такую поверхность эмиссии электронов, поскольку размер велик, внешний диаметр цилиндрической части 2b корпуса 2 фотоэлектронного умножителя должен быть выполнен большим. Поэтому трудно обеспечить устойчивость корпуса 2 фотоэлектронного умножителя к давлению воды. Кроме того, при увеличении размера динода первого каскада трудно формировать динод первого каскада путем осуществления обработки давлением, такой как прессование, металлической пластины. Согласно вышеописанному диноду 11 первого каскада, можно подавлять различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе 1, одновременно подавляя увеличение его размеров.

[0037] Кроме того, в диноде 11 первого каскада радиус R кривизны каждой из пары боковых поверхностей 112a больше 2 мм. Благодаря этой конфигурации, можно надлежащим образом подавлять различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе 1.

[0038] Кроме того, в диноде 11 первого каскада, предполагая, что ширина поверхности 11a эмиссии электронов в направлении оси X составляет L, а радиус кривизны каждой из пары боковых поверхностей 112a составляет R, выполняется R≥0,1L. Благодаря этой конфигурации, можно надлежащим образом подавлять различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе 1.

[0039] Кроме того, в диноде 11 первого каскада поверхность 111a дна, образующая поверхность 11a эмиссии электронов, является изогнутой поверхностью, которая изогнута в вогнутой форме в сечении, перпендикулярном направлению оси X. Благодаря этой конфигурации, становится легче регулировать время пролета вторичных электронов от динода 11 первого каскада к диноду 12 второго каскада. Поэтому можно более надежно подавлять различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе 1.

[0040] Кроме того, в диноде 11 первого каскада поверхность 11a эмиссии электронов обращена к одному проему 11b канала для электронов. Благодаря этой конфигурации, поскольку как фотоэлектроны, падающие на поверхность 11a эмиссии электронов, так и вторичные электроны, эмитированные с поверхности 11a эмиссии электронов, проходят через один (то есть один и тот же) проем 11b канала для электронов, уменьшается зависимость времени пролета от катода от позиции падения фотоэлектронов. Поэтому можно более надежно подавлять различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе 1.

[0041] Далее будет более подробно описана причина, по которой в вышеописанном диноде 11 первого каскада маловероятно возникновение различия во времени пролета вторичных электронов до динода 12 второго каскада.

[0042] Фиг.6 является видом в перспективе динода 15 первого каскада в качестве сравнительного примера. Как показано на фиг.6, динод 15 первого каскада в качестве сравнительного примера главным образом отличается от вышеописанного динода 11 первого каскада тем, что пара боковых стенок 112 не предусмотрена, и пара вторых удерживающих участков 114 пересекает нижнюю стенку 111. В диноде 15 первого каскада в качестве сравнительного примера поверхность 15a эмиссии электронов, обращенная к одному проему 15b канала для электронов образована поверхностью 111a дна.

[0043] В диноде 15 первого каскада в качестве сравнительного примера, как показано на фиг.7 (a), вторичные электроны, эмитированные из центральной области поверхности 15a эмиссии электронов вследствие падения фотоэлектронов на центральную область по траектории A1, перемещаются линейно по траектории B1. При этом вторичные электроны, эмитированные из области вблизи второго удерживающего участка 114 на поверхности 15a эмиссии электронов вследствие падения фотоэлектронов на упомянутую область вблизи по траектории A2, отражаются от второго удерживающего участка 114 с тем же самым электрическим потенциалом, перемещаясь по траектории B2. В результате в диноде 15 первого каскада в качестве сравнительного примера вероятно возникает различие во времени пролета вторичных электронов до динода 12 второго каскада.

[0044] С другой стороны, в вышеописанном диноде 11 первого каскада, как показано на фиг.7(b), вторичные электроны, эмитированные из центральной области поверхности 11a эмиссии электронов вследствие падения фотоэлектронов на центральную область по траектории A1, перемещаются линейно по траектории B1. При этом вторичные электроны, эмитированные из области (то есть боковой поверхности 112a) вблизи второго удерживающего участка 114 на поверхности 11a эмиссии электронов вследствие падения фотоэлектронов на упомянутую область вблизи по траектории A2, отражаются от второго удерживающего участка 114 с тем же самым электрическим потенциалом, перемещаясь по траектории B2, но как расстояние пролета фотоэлектронов, падающих на упомянутую область вблизи, так и расстояние пролета вторичных электронов, эмитированных из упомянутой области вблизи, сокращаются по мере приближения боковой поверхности 112a к проему 11b канала для электронов. В результате в вышеописанном диноде 11 первого каскада маловероятно возникновение различия во времени пролета вторичных электронов до динода 12 второго каскада.

[0045] Далее, причина, по которой более предпочтительно, чтобы радиус R кривизны каждой из пары боковых поверхностей 112a, образующих поверхность 11a эмиссии электронов, был больше 2 мм в диноде 11 первого каскада, будет описана вместе с результатом моделирования.

[0046] Сначала, в качестве имитационной модели, приготавливали динод первого каскада в качестве первого примера, динод первого каскада в качестве второго примера, динод первого каскада в качестве третьего примера и динод первого каскада в качестве четвертого примера. Каждый динод первого каскада соответствует сформированному путем прессования пластины из нержавеющей стали толщиной 0,3 мм. В каждом из динодов первого каскада ширина L поверхности эмиссии электронов в направлении оси X составляла 30,6 мм.

[0047] Соответствующие диноды первого каскада имеют такую же конфигурацию, как вышеописанный динод 11 первого каскада, но отличаются друг от друга только следующим моментом. Другими словами, радиус R кривизны составлял 2 мм в диноде первого каскада в качестве первого примера, радиус R кривизны составлял 4 мм в диноде первого каскада в качестве второго примера, радиус R кривизны составлял 6 мм в диноде первого каскада в качестве третьего примера, и радиус R кривизны составлял 8 мм в диноде первого каскада в качестве четвертого примера.

[0048] При моделировании, соответствующем случаю, когда динод первого каскада в качестве первого примера, динод первого каскада в качестве второго примера, динод первого каскада в качестве третьего примера и динод первого каскада в качестве четвертого примера присоединяли к одному и тому же фотоэлектронному умножителю, и фотоэлектронный умножитель эксплуатировался в одних и тех же условиях, измеряли различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в направлении оси X.

[0049] Фиг.8(a) является диаграммой, демонстрирующей различие во времени пролета от катода в фотоэлектронном умножителе, использующем динод первого каскада в качестве первого примера, а фиг.8(b) является диаграммой, демонстрирующей разброс времени пролета в этом случае. Фиг.9(a) является диаграммой, демонстрирующей различие во времени пролета от катода в фотоэлектронном умножителе, использующем динод первого каскада в качестве второго примера, а фиг.9(b) является диаграммой, демонстрирующей разброс времени пролета в этом случае. Фиг.10(a) является диаграммой, демонстрирующей различие во времени пролета от катода в фотоэлектронном умножителе, использующем динод первого каскада в качестве третьего примера, а фиг.10(b) является диаграммой, демонстрирующей разброс времени пролета в этом случае. Фиг.11(a) является диаграммой, демонстрирующей различие во времени пролета от катода в фотоэлектронном умножителе, использующем динод первого каскада в качестве четвертого примера, а фиг.11(b) является диаграммой, демонстрирующей разброс времени пролета в этом случае.

[0050] Как показано на фиг.8(a), 9(a), 10(a) и 11(a), в диноде первого каскада в качестве второго примера, диноде первого каскада в качестве третьего примера и диноде первого каскада в качестве четвертого примера различие во времени пролета от катода в направлении оси X получалось более однородным на обоих концевых участках в направлении оси X по сравнению с фотоэлектронным умножителем, использующем динод первого каскада в качестве первого примера. Кроме того, как показано на фиг.8(b), 9(b), 10(b) и 11(b), в диноде первого каскада в качестве второго примера, диноде первого каскада в качестве третьего примера и диноде первого каскада в качестве четвертого примера разброс времени пролета в направлении оси X дополнительно снижался по сравнению с фотоэлектронным умножителем, использующим динод первого каскада в качестве первого примера.

[0051] По вышеприведенному результату моделирования можно сказать, что более предпочтительно, чтобы радиус R кривизны каждой из пары боковых поверхностей, образующих поверхность эмиссии электронов, был больше 2 мм для подавления различия во времени пролета от катода и разброса времени пролета в фотоэлектронном умножителе.

[0052] Далее совместно с результатом моделирования будет описана причина, по которой более предпочтительно, чтобы в диноде 11 первого каскада выполнялось R≥0,1L.

[0053] По вышеописанному результату моделирования R≥0,1L не выполняется в диноде первого каскада в качестве первого примера (L: 30,6 мм, R: 2 мм), и R≥0,1L выполняется в диноде первого каскада в качестве второго примера (L: 30,6 мм, R: 4 мм), диноде первого каскада в качестве третьего примера (L: 30,6 мм, R: 6 мм) и диноде первого каскада в качестве четвертого примера (L: 30,6 мм, R: 8 мм). Следовательно, моделированием подтверждено, что можно сказать, что выполнение R≥0,1L в диноде первого каскада, даже если ширина L поверхности эмиссии электронов в направлении оси X не будет 30,6 мм, было более предпочтительным для подавления различия во времени пролета от катода и разброса времени пролета в фотоэлектронном умножителе.

[0054] Сначала, в качестве имитационной модели, приготавливали динод первого каскада в качестве первого сравнительного примера и динод первого каскада в качестве пятого примера. Каждый динод первого каскада соответствует сформированному путем прессования пластины из нержавеющей стали толщиной 0,3 мм. В диноде первого каскада в качестве первого сравнительного примера ширина L поверхности эмиссии электронов в направлении оси X составляла 34 мм, а радиус R кривизны каждой из пары боковых поверхностей составлял 0 мм (то есть динод первого каскада в качестве первого сравнительного примера имел такую же конфигурацию, как динод 15 первого каскада, показанный на фиг.6). В диноде первого каскада в качестве пятого варианта осуществления ширина L поверхности эмиссии электронов в направлении оси X составляла 34 мм, а радиус R кривизны каждой из пары боковых поверхностей составлял 5 мм (то есть динод первого каскада в качестве пятого примера имел такую же конфигурацию, как вышеописанный динод 11 первого каскада).

[0055] При моделировании, соответствующем случаю, когда динод первого каскада в качестве первого сравнительного примера и динод первого каскада в качестве пятого примера присоединяли к одному и тому же фотоэлектронному умножителю, и фотоэлектронный умножитель эксплуатировался в одних и тех же условиях, измеряли различие во времени пролета от катода в направлении оси X. Фиг.12(a) является диаграммой, демонстрирующей различие во времени пролета от катода в фотоэлектронном умножителе, использующем динод первого каскада в качестве первого сравнительного примера, а фиг.12(b) является диаграммой, демонстрирующей различие во времени пролета от катода в фотоэлектронном умножителе, использующем динод первого каскада в качестве пятого примера.

[0056] Как показано на фиг.12(a) и (b), в фотоэлектронном умножителе, использующем динод первого каскада в качестве пятого примера, различие во времени пролета от катода в направлении оси X получалось однородным на обоих концевых участках в направлении оси X по сравнению с фотоэлектронным умножителем, использующем динод первого каскада в качестве первого сравнительного примера. По этому результату моделирования можно сказать, что выполнение R≥0,1L в диноде первого каскада более предпочтительно для подавления различия во времени пролета от катода и разброса времени пролета в фотоэлектронном умножителе.

[Примеры модификации]

[0057] Настоящее раскрытие не ограничивается вышеописанным вариантом осуществления. Например, материал и форма каждого компонента не ограничиваются вышеописанными материалами и формами, и могут применяться различные материалы и формы. В качестве примера, первый удерживающий участок 113 не ограничивается формой прямоугольной пластины и может иметь другие формы, такие как форму полукруглой пластины. Кроме того, динод 11 первого каскада может не иметь первого удерживающего участка 113.

[0058] Кроме того, краевая часть каждого из пары вторых удерживающих участков 114 на одной стороне может быть сформирована так, чтобы выступать от нижней стенки 111 и краевой части каждой из пары боковых стенок 112 на одной стороне, или может быть сформирована так, чтобы быть углубленной от нижней стенки 111 и краевой части каждой из пары боковых стенок 112 на одной стороне. Кроме того, динод 11 первого каскада может не иметь пары вторых удерживающих участков 114. В этом случае, например, на поверхности каждой из пары подложек, помещающих динод 11 первого каскада между собой в направлении оси X, путем напыления или т.п. может быть сформирована металлическая пленка, имеющая ту же форму, что и второй удерживающий участок 114, и металлическая пленка может быть расположена на участке, где отсутствует второй удерживающий участок 114.

[0059] Кроме того, множество проемов канала для электронов, обращенных к поверхности 11a эмиссии электронов может быть сформировано таким образом, чтобы фотоэлектроны, падающие на поверхность 11a эмиссии электронов, и вторичные электроны, эмитированные с поверхности 11a эмиссии электронов, проходили через разные проемы канала для электронов. Кроме того, поверхность 111a дна, образующая поверхность 11a эмиссии электронов, может включать в себя плоскую область.

[0060] Кроме того, нижняя стенка 111, пара боковых стенок 112, первый удерживающий участок 113 и пара вторых удерживающих участков 114 могут не быть сформированы в форме пластины. В качестве примера, нижняя стенка 111, пара боковых стенок 112, первый удерживающий участок 113 и пара вторых удерживающих участков 114 могут быть сформированы в форме блока, бруска, и вышеописанная поверхность 11a эмиссии электронов может быть сформирована резанием или т.п.

Список ссылочных позиций

[0061] 1: фотоэлектронный умножитель, 3: фотокатод, 7: анод, 10: динод, 11: динод первого каскада, 11a: поверхность эмиссии электронов, 11b: проем канала для электронов, 12: динод второго каскада, 111: нижняя стенка, 111a: поверхность дна, 112: боковая стенка участок, 112a: боковая поверхность.

Изобретение относится к области электронной техники. Технический результат - способность подавлять различие во времени пролета от катода и разброс времени пролета в фотоэлектронном умножителе Динод первого каскада, подлежащий использованию в фотоэлектронном умножителе, включает в себя нижнюю стенку и пару боковых стенок, проходящих от обоих концевых участков нижней стенки в заранее заданном направлении в одну сторону. Поверхность эмиссии электронов образована поверхностью дна нижней стенки с упомянутой одной стороны и парой боковых поверхностей пары боковых стенок с упомянутой одной стороны, и каждая из пары боковых поверхностей является изогнутой поверхностью, которая изогнута в вогнутой форме в сечении, параллельном упомянутому заранее заданному направлению. Ширина поверхности эмиссии электронов в упомянутом заранее заданном направлении составляет L, а радиус кривизны каждой из пары боковых поверхностей составляет R, выполняется R≥0,1L. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Динод первого каскада, подлежащий использованию в фотоэлектронном умножителе, содержащий:

нижнюю стенку; и

пару боковых стенок, проходящих от обоих концевых участков нижней стенки в заранее заданном направлении в одну сторону,

причем поверхность эмиссии электронов образована поверхностью дна нижней стенки с упомянутой одной стороны и парой боковых поверхностей пары боковых стенок с упомянутой одной стороны,

каждая из пары боковых поверхностей является изогнутой поверхностью, которая изогнута в вогнутой форме в сечении, параллельном упомянутому заранее заданному направлению, и

предполагая, что ширина поверхности эмиссии электронов в упомянутом заранее заданном направлении составляет L, а радиус кривизны каждой из пары боковых поверхностей составляет R, выполняется R≥0,1L.

2. Динод первого каскада по п.1, в котором радиус кривизны каждой из пары боковых поверхностей больше 2 мм.

3. Динод первого каскада по п.1 или 2, в котором поверхность дна является изогнутой поверхностью, которая изогнута в вогнутой форме в сечении, перпендикулярном упомянутому заранее заданному направлению.

4. Динод первого каскада по любому из пп.1-3, в котором поверхность эмиссии электронов обращена к одному проему канала для электронов.

5. Фотоэлектронный умножитель, содержащий:

фотокатод;

множество каскадов динодов и

анод,

причем множество каскадов динодов включает в себя динод первого каскада и динод второго каскада, размещенные на заранее заданной плоскости,

динод первого каскада включает в себя:

нижнюю стенку и

пару боковых стенок, проходящих от обоих концевых участков нижней стенки в заранее заданном направлении в сторону фотокатода и в сторону динода второго каскада, причем заранее заданное направление перпендикулярно упомянутой заранее заданной плоскости,

в диноде первого каскада поверхность эмиссии электронов образована поверхностью дна нижней стенки со стороны фотокатода и стороны динода второго каскада и парой боковых поверхностей пары боковых стенок со стороны фотокатода и стороны динода второго каскада,

каждая из пары боковых поверхностей является изогнутой поверхностью, которая изогнута в вогнутой форме в сечении, параллельном упомянутому заранее заданному направлению, и

предполагая, что ширина поверхности эмиссии электронов в упомянутом заранее заданном направлении составляет L, а радиус кривизны каждой из пары боковых поверхностей составляет R, выполняется R≥0,1L.