用途・事例

光電子増倍管(Photomultiplier Tube:PMT)とは?

光電子増倍管(PMT)は、数ある光センサの中でも最も高感度なもののひとつで、微弱光の検出に使われます。フォトマルやPMTと呼ばれることもあります。光電子増倍管は、入射窓から入った光(光子)が光電面(カソード)に当たって光電子が発生し、その光電子がカソードと電子増倍部(ダイノード)と陽極(アノード)にかけられた高電圧に引き寄せられ、真空状態の内部を加速・増倍されながら進みます。光電子増倍管の多くがダイノードを9段から12段程度持ち10の5乗から10の8乗程度増幅され、最終的に電流として出力されます。きわめて高い電流増幅率を実現できるのが光電子増倍管の特徴です。
光電子増倍管には、先端に受光部のあるヘッドオン型と、側面に受光部のあるサイドオン型があります。受光面の大きさや波長感度の異なる光電面など数多くの種類があります。

光電子増倍管(Photomultiplier Tube:PMT)のイメージ図
光電子増倍管(PMT)のイメージ図

光電子増倍管の用途

光電子増倍管は電子顕微鏡の二次電子検出器に用いられます。試料から発生した二次電子を検出器のシンチレータで光に変換し、PMTで信号として取得します。二次電子の量が電流量になり画像の濃淡となります。
他にも、硫黄酸化物や窒素酸化物に紫外線を照射し、励起状態の酸化物が発する微弱な光をとらえてガス濃度を測定するNoxメーターやSoxメーターにも使用されています。また、血液検査では、試薬の反応により発生する微弱な発光を分析する蛍光分析が行われている。ニュートリノを検出するカミオカンデは、ノーベル賞を受賞したこともあり、非常に有名になりました。
光電子増倍管の前にシンチレーターという放射線を光に変換する物質を配置すれば、放射線検出にも利用できサーベイメータと呼ばれています。光電子増倍管を用いた放射線検出装置は、ガンマ線測定器やゲートモニタ、モニタリングポストなどに使用されています。いぜんは、CTスキャナにも使われていましたが、最近は半導体センサが使われています。

光電子増倍管(PMT)| 松定プレシジョン ヘッドオンタイプ、サイドオンタイプそれぞれで外径が異なる光電子増倍管で、高速応答で優れたリニアリティを誇る様々なモデルをラインナップしております。 松定プレシジョンのPMT一覧

光電子増倍管用の電源に求められる性能

きわめて高い電流増幅率を実現できるのが光電子増倍管の特徴ですが、これは同時に「電圧を印加する際に生じる電気的ノイズや電圧のブレなども同じように増倍される」ということにもなります。せっかく光電子を増倍しても同様に増倍されたノイズ類に埋もれてしまっては検出が困難になってしまい、意味がありません。
光電子増倍管の動作電圧は、多くが500Vから2000V程度です。これは、印加電圧のごくわずかな変動も光電子増倍管の10の5乗から10の8乗に増倍されて出力として現れてしまうということも意味します。そしてこのため正確な微弱光検出を行うためには、光電子増倍管そのものの性能もさることながら、その真価を十分に発揮させることができる「低ノイズ」で「高安定」の高圧電源が不可欠なのです。

松定プレシジョンの光電子増倍管(PMT)用高圧電源

松定プレシジョンの高圧電源は、1000モデルを超える多彩なラインナップを取り揃えています。特に「低ノイズ」「高安定」を徹底的にブラッシュアップしてフォトマルに最適な高圧電源として完成されたのが「フォトマル専用高圧電源」です。
「専用高圧電源」といっても様々なバリエーションがあり、ベンチトップタイプや機器組込タイプ、プリント回路基板実装用の超小型タイプ、高圧電源・ブリーダ回路・ソケットが一体になったタイプをラインナップしています。お客様の要求に応じて最適な電源をこれらの豊富なラインナップの中からお選びいただけます。

ソケット型、基板実装型、シャーシ取付型、ベンチトップ型のPMT用電源の一例をご紹介します。

電源・ブリーダ回路・ソケット一体型

一体型だから適合PMTを差し込むだけでOK!
フォトマル駆動用の高圧電源と電圧分割回路を搭載したソケットアセンブリ型。
適合するフォトマルを差し込み、±15~±24Vdcの電圧を供給するだけでフォトマルの高安定・低ノイズ動作が可能です。

プリント回路基板実装型(オンボード)

プリント回路基板に実装して使用する光電子増倍管(PMT)用の高圧電源です。小型で低ノイズな為、ブリーダー回路や読み出し回路と共に実装して使用されます。分析器や検査機器のディテクタとして光電子増倍管を使用する場合によく用いられます。
松定プレシジョンは、20ppm/℃ typicalという極めて優れた温度係数を達成しているモデルもあります。

シャーシ取付型(モジュール)

シャーシに固定しケーブルで接続するタイプの光電子増倍管(PMT)用の高圧電源です。印加電圧の高い光電子増倍管や電流量の多いPMTを使用する場合や超高性能を求められる用途によく用いられます。
装置の中に電源を組み込むことになるため、放熱の設計はもちろん電源の温度係数も選定の際に重要なポイントとなっています。
松定プレシジョンは、超低リップルで高安定を達成しているモデルもあります。

ベンチトップタイプ/ラックマウントタイプ

リップルわずか5mv(2.5ppm、2kV出力タイプ)という超低リップルを達成したモデルなど、驚異の高性能を実現!
リモート機能や各種インターフェースを装備(一部オプション)することでさらに使い方の幅が広がります。