JP4231121B2

JP4231121B2 - Photomultiplier tube and radiation detector

Info

Publication number: JP4231121B2
Application number: JP15160398A
Authority: JP
Inventors: 浩之久嶋; 明渥美; 英樹下井; 知幸岡田; 益保伊藤
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1998-06-01
Filing date: 1998-06-01
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2018-06-01
Also published as: JPH11345588A

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に関するものであり、更に、本発明は、このような光電子増倍管を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】
従来の光電子増倍管としては、特開平５−２９０７９３号公報や特開平９−３０６４１６号公報などがある。これら公報に記載された光電子増倍管は、角筒形の金属製側管を有し、この側管の下端には、側方に張り出したフランジ部が設けられ、ステム板にも側方に張り出したフランジ部が設けられている。そして、密封容器を形成するにあたって、側管のフランジ部とステム板のフランジ部とを重ね合わせることで、簡単で確実な抵抗溶接を実現している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光電子増倍管は、上述したように構成されているため、次のような課題が存在していた。
【０００４】
すなわち、抵抗溶接とは、接合させる部材に通電し、発生する抵抗熱を利用して部材を加熱し、部材が適温に達したときに圧力を加えて溶接する方法であるが、抵抗溶接を利用して密封容器を構成する場合には、側管及びステム板にそれぞれフランジ部を形成する必要がある。このようなフランジ部は、溶接作業上においては有益な部材であるが、側管からの出っ張りとなって、光電子増倍管の小型化を図る上で支障になっていた。特に、ガンマカメラ等に光電子増倍管を利用する場合、多数の光電子増倍管を密に並べて大きな受光領域を形成する必要があり、フランジ部同士を隣接させる結果、フランジ部のある部分がデットスペースになってしまい、高性能な検出装置を追求する上で問題となっていた。
【０００５】
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、より一層の小型化を可能にした光電子増倍管を提供することを目的とする。さらに、性能の更なる向上が図られる放射線検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る本発明の光電子増倍管は、受光面板に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金属製のステム板と、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受光面板とにより形成され、側管の下端の内壁面をステム板の縁面に当接させて、側管とステム板とを溶接したことを特徴とする。
【０００７】
この光電子増倍管においては、側管の下端の内壁面をステム板の縁面に当接させた状態で、側管とステム板とを溶接固定させる結果、光電子増倍管の下端で、フランジのような張り出しを無くしている。従って、抵抗溶接は行い難いけれども、光電子増倍管の外形寸法の縮小化を可能にし、光電子増倍管を並べて利用する場合でも、側管同士を密接させることができる。よって、金属製のステム板と金属製の側管とが溶接によって組み付けられた場合の光電子増倍管の高密度配列を可能にする。
【０００８】
また、光電子増倍管において、側管の下端は、ステム板の縁面を摺動させる遊端として形成すると好ましい。このような場合、ステム板を側管の開口端から挿入し、側管の下端の内壁面にステム板の縁面を当接させた状態で、ステム板を位置決め調整のために摺動させることができる。その結果、ステム板に固定した電子増倍部と受光面板との間隔を、溶接前に簡単に調整することができる。
【０００９】
また、光電子増倍管において、側管とステム板とを融接させると好ましい。溶接手段のうちの融接法を採用して、ステム板と側管とを接合させる場合、抵抗溶接と異なり、側管とステム板との接合部分に圧力を加える必要がないので、接合部分に残留応力が発生することがなく、使用中において接合箇所に亀裂が発生し難く、耐久性の著しい向上が図られる。
【００１０】
また、光電子増倍管において、融接は、レーザ溶接又は電子ビーム溶接であると好ましい。このようなレーザ溶接又は電子ビーム溶接は、接合部分での熱の発生を小さくすることが可能となる。その結果、ステムピンを側管に近づけた場合でも、ステムピンをステム板に固定させるためのガラス製のタブレットに、熱の影響によるクラックが発生し難くなる。よって、ステムピンを側管側に寄せることができ、電子増倍部の側方への拡張を可能にし、電子増倍部の電子受け入れ面積を大きく取ることができる。
【００１１】
本発明に係る放射線検出装置は、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列させ、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、受光面板に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金属製のステム板と、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受光面板とにより形成され、側管の下端の内壁面をステム板の縁面に当接させて、側管とステム板とを溶接したことを特徴とする。
【００１２】
この放射線検出装置に利用される光電子増倍管においては、側管の下端の内壁面をステム板の縁面に当接させた状態で、側管とステム板とを溶接固定する結果、光電子増倍管の下端で、フランジのような張り出しを無くしている。従って、抵抗溶接は行い難いけれども、光電子増倍管の外形寸法の縮小化を可能にし、光電子増倍管を並べて利用する場合でも、側管同士を密接させることができる。よって、シンチレータに受光面板を対面させるように光電子増倍管を配列させる場合に、光電子増倍管の高密度配列を可能にする。その結果、不感部分を形成するデッドスペースの極めて少ない受光領域が容易に確保され、放射線検出装置の更なる性能アップに寄与することになる。
【００１３】
【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。
【００１４】
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２Ａ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２Ｂ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４とによって密封容器５が構成される。
【００１５】
また、ステム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。
【００１６】
そして、この密封容器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、ステムピン１０は、ステム板４の縁面４ｂに近接して環状に配列する。
【００１７】
更に、電子増倍器７には、電子増倍部９の下方に位置する絶縁基板（図示せず）が設けられ、この絶縁基板上にアノード１２を並設させている。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を一方向にリニアに配列させている。
【００１８】
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、複数のリニアな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は各チャンネル毎に一対一で対応するように設けられ、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。
【００１９】
このように、電子増倍器７は、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の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。
【００２０】
ここで、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とを気密溶接させるにあたって、ステム板４を側管２の開口端２Ｂ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の下端２ａの外壁面２ｂ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。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し、側管２の外表面全体が、側管２の管軸に対して平行に延在する結果、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同士を密接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の小型化及びその高密度配列化を可能にする。
【００２１】
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。
【００２２】
次に、本発明の光電子増倍管の他の実施形態について、図４及び図５に基づき説明するが、前述した実施形態と同一又は同等な構成部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２３】
図４及び図５に示すように、光電子増倍管１Ａにおいて、側管２の下端２ａは管軸方向に延在する遊端として形成されている。従って、ステム板２０を側管２の開口端２Ｂから挿入し、側管２の下端２ａの内壁面２ｃにステム板２０の縁面２０ｂを当接させた状態で、ステム板２０を内方に摺動させることができる。その結果、ステム板２０の底面２０ｃを側管２内に押し込みながら、ステム板２０に固定した電子増倍部９の最上段のダイノード８と、受光面板３に設けられた光電面３ａとの間隔を、必要に応じて、溶接前に簡単に調整することが可能になる。なお、図４に示した光電子増倍管１Ａの側管２は管軸方向に延在するが、ステム板２０の押し込みを考慮した場合、開口端２Ａに対して開口端２Ｂを広げた形状であってもよい。
【００２４】
また、接合部分Ｆで融接する際にレーザ溶接又は電子ビーム溶接を利用すると、接合部分Ｆでの熱の発生を小さくすることができる。その結果、図５に示すように、ステムピン１０を側管２に近づけることができる。これは、ステムピン１０をステム板２０に固定させるガラス製のタブレット１１に対して、熱の影響によるクラックが発生しにくくなるからである。よって、ステムピン１０を側管２側に寄せることができ、電子増倍部９の各ダイノード８を側方へ拡張することが可能となり、電子増倍部９のチャンネル数を増やし、電子増倍部９の有効エリアを大きくすることができる。電子増倍部９の有効面積が大きくなることで、光電面３ａから放出される光電子が大きな角度をもつことなく収束電極板１３に向かうため、電子増倍部９を光電面３ａに近づけることができ、密封容器５Ａの高さ寸法を小さくできる。これらのことにより、小型でかつ有効利用面積が大きな光電子増倍管となる。
【００２５】
例えば、従来の抵抗溶接では、ステム板２０の端からステムピン１０の中心までの距離を、３．５ｍｍ程度確保しなければならなかったが、レーザ溶接又は電子ビーム溶接を利用すると、１．１ｍｍでよいことが確かめられている。そして、電子増倍部９の横への拡張に伴って、図１の光電子増倍管１では光電面３ａから収束電極板１３までの距離が７ｍｍであったものが、図４の実施形態では２．５ｍｍにまで縮めることができた。これらビーム溶接を採用すると、光電子増倍管からフランジを無くすと同時に、高さ寸法の短縮をも可能にする。その結果、光電子増倍管は小型化に向けて大きく前進することになる。
【００２６】
なお、多数の光電子増倍管を密に配列させる場合、光電子増倍管の外形寸法が小さくなればなる程、フランジの有る無しが、その配列状態に大きな影響を与えることになる。例えば、側管２が２５ｍｍ角の外形寸法を有している場合に、抵抗溶接に利用するフランジが２ｍｍの幅をもって全周に亙って突出すると、側管２の寸法に対するフランジの占める割合が２割近くにも達し、このような光電子増倍管を密に多数並べた場合、かなりの割合でデッドスペースを発生させてしまうことは想像に難くない。
【００２７】
図６に示すように、更に他の光電子増倍管１Ｂは、側管３０の下端３０ａの内壁面３０ｃには、ステム板４の外周端を外方から挿入し得る断面Ｌ字状の嵌め込み用切込み部３０ｄが形成され、この切込み部３０ｄは、ステム板４の外周形状に合致させるように、側管３０の内壁面３０ｃで矩形の環状をもって全周に形成されている。このような嵌め込み構造を採用する結果、接合部分Ｆを溶接する前に、ステム板４上で側管３０を安定して着座させることができ、ステム板４上で側管３０を容易に位置決めすることができる。しかも、切込み部３０ｄの切込み量を調整することで、ステム板４に固定した電子増倍部９の最上段のダイノード８と、受光面板３に設けられた光電面３ａとの間隔設定が容易になる。
【００２８】
接合部分Ｆに対しては、レーザビームを照射し、接合部分Ｆをレーザ溶接する。また、電子ビームを照射する場合もある。いずれにしても、融接時において、ビームが真空容器５Ａ内に入射することがなく、内部の部品に与える熱への影響が回避される。これは、切込み部３０ｄによってビームの侵入が遮られるからである。
【００２９】
図７に示すように、更に他の光電子増倍管１Ｃは、側管３５の下端３５ａの内壁面３５ｃには、ステム板３８の外周端を外方から挿入し得る嵌め合わせ用テーパ面３５ｄが形成され、このテーパ面３５ｄは、ステム板３８のテーパ状の縁面３８ｂに合致させるように、側管３５の内壁面３５ｃで矩形の環状をもって全周に形成されている。このような嵌め合わせ構造を採用する結果、接合部分Ｆを溶接する前に、ステム板３８上で側管３５を安定して着座させることができ、ステム板３８上で側管３５を容易に位置決めすることができる。
【００３０】
次に、前述した光電子増倍管１を密に整列させた状態で利用した放射線検出装置の一実施形態について説明する。
【００３１】
図８に示すように、放射線検出装置の一例であるガンマカメラ４０は、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、この検出器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。
【００３２】
この検出器４３の筺体４４内には、図９に示すように、その最下段に位置するコリメータ４５が収容され、このコリメータ４５が患部に対面することになる。また、筺体４４内において、コリメータ４５上にはシンチレータ４６が配置され、このシンチレータ４６は、ライトガイド４７を介して光電子増倍管群Ａに固定されている。この光電子増倍管群Ａは、多数の光電子増倍管１を並べたものであり、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ライトガイド４７を介して入射させるために、下側に向けられてシンチレータ４６に対面させている。
【００３３】
例えば、平板状のシンチレータ４６を利用する場合、光電子増倍管１の側管２の外表面全体が、側管２の管軸に対して平行に延在する結果、光電子増倍管群Ａは、図１に示した光電子増倍管１の側管２同士を密着させるようにマトリックス状に高密度に配列させたものとなる（図１０参照）。そして、光電子増倍管群Ａは、ソケット体４８に各光電子増倍管１のステムピン１０を差し込み固定することによりマトリックス配列を達成する。また、筺体４４内には、各光電子増倍管１の各ステムピン１０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４７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。
【００３４】
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、この装置にも本発明に係る多数の光電子増倍管１を利用できることは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明による光電子増倍管及び放射線検出装置は、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。
【００３６】
すなわち、本発明に係る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金属製のステム板と、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受光面板とにより形成され、側管の下端の内壁面をステム板の縁面に当接させて、側管とステム板とを溶接したことにより、更なる小型化を可能にする。
【００３７】
また、本発明に係る放射線検出装置は、前述した光電子増倍管の構成を利用するものであり、性能の更なる向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光電子増倍管の第１の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】本発明に係る光電子増倍管の第２の実施形態を示す断面図である。
【図５】図４の要部拡大断面図である。
【図６】本発明に係る光電子増倍管の第３の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【図７】本発明に係る光電子増倍管の第４の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【図８】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９】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１０】図１の光電子増倍管をマトリックス状に配列した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…光電子増倍管、２，３０，３５…側管、２Ａ，２Ｂ…開口端、２ａ，３０ａ，３５ａ…側管の下端、２ｃ，３０ｃ，３５ｃ…内壁面、３…受光面板、３ａ…光電面、４，２０，３８…ステム板、４ｂ，２０ｂ，３８ｂ…ステム板の縁面、５，５Ａ…密封容器、９…電子増倍部、１０…ステムピン、１２…アノード、４０…ガンマカメラ（放射線検出装置）、４６…シンチレータ、４９…位置演算部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photomultiplier tube configured to detect weak light incident on a light-receiving face plate by electron multiplication. Further, the present invention relates to radiation using such a photomultiplier tube. The present invention relates to a detection device.
[0002]
[Prior art]
As conventional photomultiplier tubes, there are JP-A-5-290793 and JP-A-9-306416. The photomultiplier tubes described in these publications have a rectangular tube-shaped metal side tube, and a flange portion projecting laterally is provided at the lower end of the side tube, and the stem plate is also laterally provided. An overhanging flange is provided. In forming the sealed container, the flange portion of the side tube and the flange portion of the stem plate are overlapped to realize simple and reliable resistance welding.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional photomultiplier tube is configured as described above, the following problems exist.
[0004]
That is, resistance welding is a method in which a member to be joined is energized, the member is heated using the generated resistance heat, and pressure is applied when the member reaches an appropriate temperature, but resistance welding is used. When a sealed container is constructed, it is necessary to form flange portions on the side tube and the stem plate, respectively. Such a flange portion is a useful member in welding work, but has become a bulge from the side tube, which hinders miniaturization of the photomultiplier tube. In particular, when a photomultiplier tube is used for a gamma camera or the like, it is necessary to form a large light receiving area by closely arranging a large number of photomultiplier tubes. Space became a problem in pursuing high-performance detection devices.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and in particular, an object of the present invention is to provide a photomultiplier tube that enables further miniaturization. Furthermore, it aims at providing the radiation detection apparatus in which the performance is further improved.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The photomultiplier tube of the present invention according to claim 1 has a photocathode that emits electrons by light incident on the light-receiving face plate, and an electron multiplier that multiplies electrons emitted from the photocathode in a sealed container. In a photomultiplier tube having an anode for transmitting an output signal based on electrons multiplied by the electron multiplier, the sealed container is made of metal that fixes the electron multiplier and the anode via a stem pin. This is formed by a metal side tube that surrounds the electron multiplier and the anode and fixes the stem plate to the opening end of one side, and a light receiving face plate that is fixed to the opening end of the other side of the side tube. The inner wall surface of the lower end of the side tube is brought into contact with the edge surface of the stem plate, and the side tube and the stem plate are welded.
[0007]
In this photomultiplier tube, as a result of welding and fixing the side tube and the stem plate with the inner wall surface of the lower end of the side tube in contact with the edge surface of the stem plate, a flange is formed at the lower end of the photomultiplier tube. Eliminate overhangs like Therefore, although resistance welding is difficult to perform, the outer dimensions of the photomultiplier tubes can be reduced, and even when the photomultiplier tubes are used side by side, the side tubes can be brought into close contact with each other. Therefore, a high-density arrangement of the photomultiplier tubes is possible when the metal stem plate and the metal side tube are assembled by welding.
[0008]
Further, in the photomultiplier tube, the lower end of the side tube is preferably formed as a free end that slides the edge surface of the stem plate. In such a case, the stem plate is inserted from the opening end of the side tube, and the stem plate is slid for positioning adjustment in a state where the edge surface of the stem plate is in contact with the inner wall surface of the lower end of the side tube. Can do. As a result, the interval between the electron multiplier section fixed to the stem plate and the light receiving face plate can be easily adjusted before welding.
[0009]
In the photomultiplier tube, the side tube and the stem plate are preferably fused together. When joining the stem plate and the side tube by adopting the fusion welding method of the welding means, unlike resistance welding, it is not necessary to apply pressure to the joint between the side tube and the stem plate. Residual stress does not occur, cracks are hardly generated at the joints during use, and the durability is significantly improved.
[0010]
In the photomultiplier tube, the fusion welding is preferably laser welding or electron beam welding. Such laser welding or electron beam welding can reduce the generation of heat at the joint. As a result, even when the stem pin is brought close to the side tube, the glass tablet for fixing the stem pin to the stem plate is less likely to be cracked due to the influence of heat. Therefore, the stem pin can be moved to the side tube side, the electron multiplying portion can be expanded to the side, and the electron receiving area of the electron multiplying portion can be increased.
[0011]
A radiation detection apparatus according to the present invention includes a scintillator that emits fluorescence upon incidence of radiation generated from a subject, and a plurality of photoelectron amplifiers that output the charge based on the fluorescence from the scintillator by arranging the scintillator so that a light receiving face plate faces the scintillator. In a radiation detection apparatus including 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 is disposed on the light receiving face plate. Has a photocathode that emits electrons by incident light, has an electron multiplier in the sealed container that multiplies electrons emitted from the photocathode, and outputs based on the electrons multiplied by the electron multiplier The sealed container has a metal stem plate for fixing the electron multiplier and the anode via a stem pin, and surrounds the electron multiplier and the anode. , Formed by a metal side tube that fixes the stem plate to the opening end on one side and a light receiving surface plate that is fixed to the opening end on the other side of the side tube, and the inner wall surface at the lower end of the side tube is the edge surface of the stem plate The side tube and the stem plate are welded in contact with each other.
[0012]
In the photomultiplier tube used in this radiation detection apparatus, the side tube and the stem plate are welded and fixed with the inner wall surface at the lower end of the side tube being in contact with the edge surface of the stem plate. At the lower end of the double pipe, there is no overhang like a flange. Therefore, although resistance welding is difficult to perform, the outer dimensions of the photomultiplier tubes can be reduced, and even when the photomultiplier tubes are used side by side, the side tubes can be brought into close contact with each other. Therefore, when arranging the photomultiplier tubes so that the light-receiving face plate faces the scintillator, it is possible to arrange the photomultiplier tubes at a high density. As a result, a light receiving area with very little dead space for forming the insensitive part is easily secured, which contributes to further improvement in the performance of the radiation detection apparatus.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a photomultiplier tube and a radiation detection apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0014]
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 photomultiplier tube 1 shown in these drawings has a side tube 2 made of metal having a substantially rectangular tube shape (for example, made of Kovar metal or stainless steel). A light receiving face plate 3 made of metal is fused and fixed. On the inner surface of the light receiving face plate 3, a photocathode 3a for converting light into electrons is formed. The photocathode 3a is previously deposited on the light receiving face plate 2. It is formed by reacting antimony with alkali metal vapor. In addition, a metal (for example, Kovar metal or stainless steel) stem plate 4 is welded and fixed to the open end 2B of the side tube 2. In this way, the sealed container 5 is constituted by the side tube 2, the light receiving face plate 3 and the stem 4.
[0015]
A metal exhaust pipe 6 is fixed at the center of the stem 4. The exhaust pipe 6 is used for exhausting the inside of the sealed container 5 by a vacuum pump (not shown) after the assembly work of the photomultiplier tube 1 is completed, and forming the photocathode 3a. Sometimes used also as a pipe for introducing alkali metal vapor into the sealed container 5.
[0016]
The sealed container 5 is provided with a block-type and multi-layer type electron multiplier 7. The electron multiplier 7 is an electron in which ten (10 stages) plate-like dynodes 8 are stacked. The electron multiplier 7 having a multiplication section 9 is supported in a sealed container 5 by a Kovar metal stem pin 10 provided so as to penetrate the stem plate 4, and the tip of each stem pin 10 is connected to each dynode 8. And are electrically connected. The stem plate 4 is provided with pin holes 4a for penetrating each stem pin 10, and each pin hole 4a is filled with a tablet 11 used as a herbal seal made of Kovar glass. It is fixed to the stem plate 4 via the tablet 11. The stem pins 10 are arranged annularly in the vicinity of the edge surface 4 b of the stem plate 4.
[0017]
Further, the electron multiplier 7 is provided with an insulating substrate (not shown) located below the electron multiplier 9, and the anode 12 is arranged in parallel on the insulating substrate. In the uppermost stage of the electron multiplier 7, a flat focusing electrode plate 13 is disposed between the photocathode 3 a and the electron multiplying portion 9. The focusing electrode plate 13 has a slit-like opening. A plurality of 13a are formed, and each opening 13a is linearly arranged in one direction. Similarly, a plurality of slit-like electron multiplying holes 8a as many as the openings 13a are formed in each dynode 8 of the electron multiplying portion 9, and each electron multiplying hole 8a is linearly arranged in one direction. .
[0018]
The electron multiplication paths L formed by arranging the electron multiplication holes 8a of the dynodes 8 in the step direction and the openings 13a of the focusing electrode plate 13 are made to correspond to each other in a one-to-one correspondence. A plurality of linear channels are formed in the multiplier 7. Further, each anode 12 provided in the electron multiplier 7 is provided so as to correspond to each channel on a one-to-one basis, and by connecting each anode 12 to each stem pin 10, an external connection is provided via each stem pin 10. Individual output is taken out.
[0019]
Thus, the electron multiplier 7 has a linear channel. A predetermined voltage is supplied to the electron multiplier 9 and the anode 12 by a predetermined stem pin 10 connected to a bleeder circuit (not shown), and the photocathode 3a and the focusing electrode plate 13 are set to the same potential. The dynode 8 and the anode 12 are set to a high potential in order from the upper stage. Therefore, the light incident on the light receiving surface plate 2 is converted into electrons on the photocathode 3a, and the electrons enter the predetermined channel due to the electron lens effect of the focusing electrode plate 13. Then, in the channel on which the electrons are incident, the electrons are multi-stage multiplied at each dynode 8 while passing through the electron multiplication path L of the dynode 8, enter the anode 12, and individual outputs are output for each predetermined channel. It is delivered from each anode 12.
[0020]
Here, as shown in FIG. 3, when the metal stem plate 4 and the metal side tube 2 are hermetically welded, the stem plate 4 is inserted from the open end 2 </ b> B of the side tube 2, and the lower end of the side tube 2. The inner wall surface 2c of 2a is brought into contact with the edge surface 4b of the stem plate 4, the lower surface 4c of the stem plate 4 and the lower end surface 2d of the side tube 2 are flush with each other, and the lower end surface 2d of the side tube 2 extends from the stem plate 4 Avoid sticking out. Therefore, the outer wall surface 2b of the lower end 2a of the side tube 2 extends substantially in the tube axis direction, and at the same time, a flange-like overhang is eliminated at the lower end of the electron multiplier tube 1. In this state, the joining portion F is irradiated with a laser beam from directly under the outside, and the joining portion F is laser welded. As described above, as a result of eliminating the flange-like overhang at the lower end of the photomultiplier tube 1 and extending the entire outer surface of the side tube 2 parallel to the tube axis of the side tube 2, resistance welding is performed. Although it is difficult, the external dimensions of the photomultiplier tube 1 can be reduced, and even when the photomultiplier tubes 1 are used side by side, dead space can be eliminated as much as possible, and the side tubes 2 are brought into close contact with each other. Can do. Therefore, adopting laser welding for joining the metal stem plate 4 and the metal side tube 2 enables the photomultiplier tubes 1 to be miniaturized and arranged with high density.
[0021]
Such laser welding is an example of the fusion welding method, and when the side tube 2 is welded and fixed to the stem plate 4 by using this fusion welding method, unlike the resistance welding, the joining of the side tube 2 and the stem plate 4 is performed. Since it is not necessary to apply pressure to the portion F, no residual stress is generated in the joint portion F, cracks are hardly generated in the joint portion even during use, and the durability and the hermetic seal performance are remarkably improved. Of the fusion welding methods, laser welding and electron beam welding can suppress the generation of heat at the joint F as compared with resistance welding. Therefore, when the photomultiplier tube 1 is assembled, the influence on the heat of each component arranged in the sealed container 5 is extremely reduced.
[0022]
Next, another embodiment of the photomultiplier tube of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. The same or equivalent components as those of the above-described embodiment will be denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be made. Is omitted.
[0023]
As shown in FIGS. 4 and 5, in the photomultiplier tube 1A, the lower end 2a of the side tube 2 is formed as a free end extending in the tube axis direction. Therefore, the stem plate 20 is inserted inward in a state where the stem plate 20 is inserted from the opening end 2B of the side tube 2 and the edge surface 20b of the stem plate 20 is in contact with the inner wall surface 2c of the lower end 2a of the side tube 2. Can be slid. As a result, the distance between the uppermost dynode 8 of the electron multiplier 9 fixed to the stem plate 20 and the photocathode 3 a provided on the light receiving surface plate 3 while pushing the bottom surface 20 c of the stem plate 20 into the side tube 2. Can be easily adjusted before welding as required. Note that the side tube 2 of the photomultiplier tube 1A shown in FIG. 4 extends in the tube axis direction. There may be.
[0024]
Further, when laser welding or electron beam welding is used at the time of fusion welding at the joint portion F, heat generation at the joint portion F can be reduced. As a result, the stem pin 10 can be brought closer to the side tube 2 as shown in FIG. This is because cracks due to the influence of heat are less likely to occur on the glass tablet 11 that fixes the stem pin 10 to the stem plate 20. Therefore, the stem pin 10 can be moved to the side tube 2 side, each dynode 8 of the electron multiplying unit 9 can be expanded to the side, the number of channels of the electron multiplying unit 9 is increased, and the electron multiplying unit is increased. The effective area of 9 can be enlarged. Since the effective area of the electron multiplying portion 9 is increased, the photoelectrons emitted from the photocathode 3a are directed toward the focusing electrode plate 13 without having a large angle, so that the electron multiplying portion 9 can be brought close to the photocathode 3a. The height dimension of the sealed container 5A can be reduced. As a result, the photomultiplier tube is small and has a large effective use area.
[0025]
For example, in the conventional resistance welding, the distance from the end of the stem plate 20 to the center of the stem pin 10 has to be secured about 3.5 mm. However, when laser welding or electron beam welding is used, the distance is 1.1 mm. It is confirmed that it is good. Then, along with the lateral expansion of the electron multiplier 9, the distance from the photocathode 3 a to the focusing electrode plate 13 in the photomultiplier tube 1 of FIG. 1 is 7 mm. In the embodiment of FIG. It was able to be reduced to 2.5 mm. When these beam welding is adopted, the flange can be eliminated from the photomultiplier tube, and at the same time, the height dimension can be shortened. As a result, the photomultiplier tube is greatly advanced toward miniaturization.
[0026]
When a large number of photomultiplier tubes are arranged densely, the smaller the outer dimensions of the photomultiplier tubes, the greater the influence of the presence or absence of flanges on the arrangement. For example, when the side tube 2 has a 25 mm square outer dimension and the flange used for resistance welding protrudes over the entire circumference with a width of 2 mm, the ratio of the flange to the dimension of the side tube 2 is It is not difficult to imagine that when the number of such photomultiplier tubes is close to 20% and a large number of such photomultiplier tubes are arranged closely, dead space is generated at a considerable rate.
[0027]
As shown in FIG. 6, still another photomultiplier tube 1 </ b> B is fitted into an inner wall surface 30 c of the lower end 30 a of the side tube 30 so that the outer peripheral end of the stem plate 4 can be inserted from the outside. A notch 30d is formed, and the notch 30d is formed on the entire circumference with a rectangular ring shape on the inner wall surface 30c of the side tube 30 so as to match the outer peripheral shape of the stem plate 4. As a result of adopting such a fitting structure, the side tube 30 can be stably seated on the stem plate 4 before the joining portion F is welded, and the side tube 30 is easily positioned on the stem plate 4. be able to. In addition, by adjusting the cut amount of the cut portion 30d, the interval between the uppermost dynode 8 of the electron multiplier 9 fixed to the stem plate 4 and the photocathode 3a provided on the light receiving surface plate 3 can be easily set. Become.
[0028]
The joining portion F is irradiated with a laser beam, and the joining portion F is laser-welded. In some cases, an electron beam is irradiated. In any case, at the time of fusion welding, the beam does not enter the vacuum vessel 5A, and the influence on the heat given to the internal components is avoided. This is because the penetration of the beam is blocked by the cut portion 30d.
[0029]
As shown in FIG. 7, in another photomultiplier tube 1C, the inner wall surface 35c of the lower end 35a of the side tube 35 has a fitting tapered surface 35d into which the outer peripheral end of the stem plate 38 can be inserted from the outside. The tapered surface 35d is formed around the entire circumference of the inner wall surface 35c of the side tube 35 so as to match the tapered edge surface 38b of the stem plate 38. As a result of adopting such a fitting structure, the side tube 35 can be stably seated on the stem plate 38 before welding the joint portion F, and the side tube 35 can be easily positioned on the stem plate 38. can do.
[0030]
Next, an embodiment of a radiation detection apparatus that uses the above-described photomultiplier tubes 1 in a closely aligned state will be described.
[0031]
As shown in FIG. 8, a gamma camera 40, which is an example of a radiation detection apparatus, has been developed as a diagnostic apparatus in nuclear medicine. The gamma camera 40 has a detection unit 43 held by an arm 42 extending from a support frame 39, and the detector 43 is arranged directly above a bed 41 for laying a patient P as a subject. is there.
[0032]
As shown in FIG. 9, a collimator 45 located at the lowermost stage is accommodated in the housing 44 of the detector 43, and the collimator 45 faces the affected part. Further, a scintillator 46 is disposed on the collimator 45 in the housing 44, and this scintillator 46 is fixed to the photomultiplier tube group A via a light guide 47. In this photomultiplier tube group A, a large number of photomultiplier tubes 1 are arranged, and the light receiving face plate 3 of each photomultiplier tube 1 causes the fluorescence emitted from the scintillator 46 to enter via the light guide 47. For this reason, the scintillator 46 is faced downward and faces the scintillator 46.
[0033]
For example, when the flat scintillator 46 is used, the entire outer surface of the side tube 2 of the photomultiplier tube 1 extends parallel to the tube axis of the side tube 2, so that the photomultiplier tube group A is 1 are arranged in a matrix at high density so that the side tubes 2 of the photomultiplier tubes 1 shown in FIG. 1 are in close contact with each other (see FIG. 10). The photomultiplier tube group A achieves a matrix arrangement by inserting and fixing the stem pins 10 of the photomultiplier tubes 1 to the socket body 48. Further, in the housing 44, a position calculation unit 49 for performing calculation processing based on the output charge from each stem pin 10 of each photomultiplier tube 1 is provided, and from the position calculation unit 49, a display (not shown) is provided. 1) The X signal, Y signal and Z signal for achieving the above three-dimensional monitoring are output. As described above, the gamma rays generated from the affected part of the patient P are converted into predetermined fluorescence by the scintillator 47, the fluorescence energy is converted into electric charges by the respective photomultiplier tubes 1, and the position calculation unit 49 generates the position information signal. By outputting to the outside, it is possible to monitor the energy distribution of radiation and use it for diagnosis on the screen.
[0034]
The gamma camera 40 has been briefly described as an example of the radiation detection apparatus. However, as a radiation detection apparatus used for nuclear medicine diagnosis, there is a positron CT (commonly known as PET), and this apparatus also includes a number of photomultipliers according to the present invention. It goes without saying that the tube 1 can be used.
[0035]
【The invention's effect】
Since the photomultiplier tube and the radiation detection apparatus according to the present invention are configured as described above, the following effects are obtained.
[0036]
That is, in the photomultiplier tube according to the present invention, the sealed container surrounds the electron multiplier section and the anode with the metal stem plate that fixes the electron multiplier section and the anode via the stem pin, and is arranged on one side. It is formed by a metal side tube that fixes the stem plate to the open end and a light receiving surface plate that is fixed to the open end of the other side tube, and the inner wall surface at the lower end of the side tube is brought into contact with the edge surface of the stem plate. Further, the side tube and the stem plate are welded to enable further miniaturization.
[0037]
In addition, the radiation detection apparatus according to the present invention utilizes the above-described configuration of the photomultiplier tube, so that the performance can be further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a first 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.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the photomultiplier according to the present invention.
5 is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG. 4;
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a third embodiment of the photomultiplier according to the present invention.
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a fourth embodiment of the photomultiplier according to the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing an embodiment of a radiation detection apparatus according to the present invention.
FIG. 9 is a side view showing an internal structure of a detection unit used in the radiation detection apparatus.
FIG. 10 is a plan view showing a state in which the photomultiplier tubes of FIG. 1 are arranged in a matrix.
[Explanation of symbols]
1, 1A, 1B, 1C ... photomultiplier tube, 2, 30, 35 ... side tube, 2A, 2B ... open end, 2a, 30a, 35a ... lower end of side tube, 2c, 30c, 35c ... inner wall surface, 3 Light receiving surface plate, 3a Photoelectric surface, 4, 20, 38 Stem plate, 4b, 20b, 38b Stem plate edge surface, 5, 5A Sealed container, 9 Electron multiplier, 10 Stem pin, 12 Anode 40 ... Gamma camera (radiation detection device) 46 ... Scintillator 49 ... Position calculator.

Claims

A photocathode that emits electrons by light incident on the light-receiving face plate is included, and an electron multiplier that multiplies electrons emitted from the photocathode is included in a sealed container, and is multiplied by the electron multiplier. In photomultiplier tubes with anodes that send output signals based on electrons,
The sealed container is
A metal 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;
Formed by the light receiving face plate fixed to the opening end of the other side of the side tube,
A photomultiplier tube characterized in that an inner wall surface at a lower end of the side tube is brought into contact with an edge surface of the stem plate, and the side tube and the stem plate are welded.

The photomultiplier tube according to claim 1, wherein the entire outer surface of the side tube extends substantially parallel to the tube axis direction of the side tube.

3. The photomultiplier tube according to claim 1, wherein the lower end of the side tube is formed as a free end that slides the edge surface of the stem plate.

The photomultiplier tube according to any one of claims 1 to 3, wherein the side tube and the stem plate are welded together.

The photomultiplier tube according to claim 4, wherein the fusion welding is laser welding or electron beam welding.

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 outputs charges based on the 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
It has a photocathode that emits electrons by light incident on the light receiving face plate, and has an electron multiplier that multiplies electrons emitted from the photocathode in a sealed container, and is multiplied by the electron multiplier. Having an anode that sends out an output signal based on the electrons
The sealed container is
A metal 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;
Formed by the light receiving face plate fixed to the opening end of the other side of the side tube,
A radiation detection apparatus, wherein an inner wall surface of a lower end of the side tube is brought into contact with an edge surface of the stem plate, and the side tube and the stem plate are welded.