Scintillation counter II：photomultiplier tube

🧠 光電子増倍管photomultiplier光電子増倍管（photomultiplier）photomultiplier（光電子増倍管）は、一個のシンチレーションscintillationシンチレーション（scintillation）scintillation（シンチレーション）光子から生じた光電子をダイノードdynodeダイノード（dynode）dynode（ダイノード）列で増やし、測定可能な電気パルスへ変換する。

光電変換と電子増倍

シンチレーション結晶scintillation crystalシンチレーション結晶（scintillation crystal）scintillation crystal（シンチレーション結晶）からの光が光電面photocathode光電面（photocathode）photocathode（光電面）へ入ると、光電効果photoelectric effect光電効果（photoelectric effect）photoelectric effect（光電効果）で電子が放出される。電子は収束電極で第一ダイノードdynodeダイノード（dynode）dynode（ダイノード）へ導かれ、衝突ごとに複数の二次電子secondary electrons二次電子（secondary electrons）secondary electrons（二次電子）を出す。電位が段階的に高いダイノードdynodeダイノード（dynode）dynode（ダイノード）を通るため、増倍multiplication (electron multiplication)増倍（multiplication (electron multiplication)）multiplication (electron multiplication)（増倍）が連鎖する。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='scintillation'>シンチレーション</span>光子"] --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='photocathode'>光電面</span>で光電子を生成"]
  B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='dynode'>ダイノード</span> 1で<span class='jp-term jp-term-diagram' title='secondary electrons'>二次電子</span>放出"]
  C --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='dynode'>ダイノード</span>列で段階的に<span class='jp-term jp-term-diagram' title='multiplication (electron multiplication)'>増倍</span>"]
  D --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='positive electrode'>陽極</span>で電荷を回収"]
  E --> F["パルス高・時刻を解析"]

出力パルスの情報

陽極positive electrode陽極（positive electrode）positive electrode（陽極）電荷は最初の光電子数、したがって結晶へ沈着したエネルギーにおおむね比例する。高電圧high高電圧（high）high（高電圧）変動、暗電流dark current暗電流（dark current）dark current（暗電流）、量子効率、利得gain利得（gain）gain（利得）の統計揺らぎstatistical fluctuation統計揺らぎ（statistical fluctuation）statistical fluctuation（統計揺らぎ）はエネルギー分解能を悪化させる。

装置内での役割

PMTは高利得gain利得（gain）gain（利得）と速い時間応答をもつため、ガンマカメラgamma cameraガンマカメラ（gamma camera）gamma camera（ガンマカメラ）の位置計算やパルス高・同時計数true coincidence同時計数（true coincidence）true coincidence（同時計数）処理に適する。磁場に敏感なので強磁場環境では別の光検出器light detector光検出器（light detector）light detector（光検出器）を選ぶ。

まとめ

• 光電面photocathode光電面（photocathode）photocathode（光電面）が光子を電子へ変え、ダイノードdynodeダイノード（dynode）dynode（ダイノード）列が二次電子secondary electrons二次電子（secondary electrons）secondary electrons（二次電子）を増倍multiplication (electron multiplication)増倍（multiplication (electron multiplication)）multiplication (electron multiplication)（増倍）する。
• 陽極positive electrode陽極（positive electrode）positive electrode（陽極）パルスは沈着エネルギーと到来時刻の情報をもつ。
• 高電圧high高電圧（high）high（高電圧）安定性と統計揺らぎstatistical fluctuation統計揺らぎ（statistical fluctuation）statistical fluctuation（統計揺らぎ）が利得gain利得（gain）gain（利得）・エネルギー分解能を制限する。