Времяпролетный масс-спектрометр
Изобретение относится к научному приборостроению и может быть использовано при исследовании массового состава нейтрального газа, потока низкоэнергетичньгх ионов и плазмы в условиях вакуума .Цель -повышение чувствительности масс-спектрометра . Пги анапияе нейтрального газа масс-спектрометром газ ионизируется в области, ограниченной сетками 3 и 4, и образованные ионы удерживаются электростатическим полем до момента подачи выталкивающего импульса, после чего ионы ускоряются в области между сетками 4 и 5. Пройдя через область дрейфа и отклонившись в поле электродов 10-13, ионы попадают на детектор 15. Дня снижения энергетического разброса детектируемых ионов используется сетка 14. Величина напряжения на системе 9 фокусировки ионов на детектор подбирается экспериментально по максимуму сигнала . В режиме регистрации внешних ионов сеточная сборка 2-4 используется в качестве электростатического затвора. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. (Л
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИМИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК щ) П 01 J 49/40
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К A STOPCHOMV СВРЩЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЬ ТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4350931/21 (22) 28. 12.87 (46) 23.05. 91. Бюл. Р 19 (71) Институт космических исследований АИ ССCP (72) Г. Г.Манагадзе (53) 621,384 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
В 198034, кл. II 01 .Т 49/40, 1966, Иамырин В.А., 1:1микк Д. В. Линейный масс-рефлектрон — )<ЗТ, 1979, т. 76, в. 5, с, 1500-1505. (54) ВРИ1ЯПРОЛВТ1П!Й КАСС-CIII .1(TP0HFTP (5?) Изобретение относится к научному приборостроению и может быть использовано при исследовании массового состава нейтрального газа, потока низкоэнергетичных ионов и плазмы в условиях вакуума. Пель — повынение чувствис
Изобретение относится к научному приборостроению и может быть использовано при исследовании массового состава нейтрального газа, потока .:низкоэнергетичных ионов и плазмы в условиях вакуума.
Цель изобретения — создание прибора осесимметричной конфигурации, способного анализировать нейтральный газ и приходящий извне поток ионов, при этом повысить чувствительность прибора и надежность полученных данных.
На чертеже представлена схема предлагаемого масс-спектрометра.
„„SU„„1651327 А i тельности масс-спектрометра. Гри анализе нейтрального газа масс-спектрометром газ иониэируется в области, ограниченной сетками 3 и 4, и образованные ионы удерживаются электростатическим олем до момента подачи вь талкивающе— го импульса, после чег о ионы ускоряются в области между сетками 4 и 5.
Пройдя через область дрейфа и отклонившись в поле электродов 10-13, ионы попадают на детектор 15. Дня снижения энергетического разброса детектируемых ионов используется сетка 14.
Величина напряжения на системе 9 фокусировки ионов на детектор подбирается экспериментально по максимуму сигнала, В режиме регистрации "внеыних ионов сеточная сборка ?-4 используется в качестве электростатического затвора. 1 з.п.ф-лы, 1 ил .
Исследуемые ионы дрейфуют в участке дрейфа 1. Входное окно прибора представляет собой сборку сеток 2, 3 и 4 коаксиальной конфигурации . Сетка
5 ограничивает участок дрейфа 1 со стороны входа. Цилиндрическая диафрагма 6 с щелью располагается перед накальным проводом 7, а за областью, ограниченной сетками 3 и 4, располагается цилиндрический анод 0, Внутри д„ дрейфового участка расположена отклоняющая система 9. Область между сетками 10, 11 и 12 представляет собой ,рефлектрон. За сеткои 12 расположен
3 1б51327
1 собирающий электрод 13. Сетка 14 расположена перед детектором ионов 15.
Масс-спектрометр может работать в режиме нейтрального газа и н режиме регистрации ионов.
На сетки 3 и 4 в ждущем режиме подается напряжение И1 = U = 30 В, провод 7, имитирующий электроны, находттся под потенциалом Н 5 = -150 В, 10 а диафрагма 6 под U = -155 В. Учас» ток дрейфа и сетка 5 находятся под ,потенциалом U =-200 В. Напряжение
U на электродах отклоняющей системы ! 9 подбирается экспериментально. На сетку 12 подается напряжение U
= 40 В, а на электрод 13 напряжение U7 = -100 В. На сетке 14 напряжение U варьируется от 30 до —.200 В. 20
В режиме "выталкивание" на сетки
3 и 4 подается напряжение U = +15 и U -- -t5 В длительностью 10 нс
1 мкс, Режим "выталкивания" повторяется с частотой от 10 до 10 Гц.
Прибор в режиме нейтрального газа функционирует следующим образом.
Нейтральный газ иочизируется в области, ограниченной сетками 3 и 4, и образованные ионы удерживаются электростатическим полем до включения выталкивания", после чего ионы с энергией 30 эВ начинают двигаться в области, ограниченной сетками 4 и 5, . полув дополни™ьно 200 эв. pasree, 35 пройдя через область дрейфа и отклонившись в поле электродов, ионы отражаются в поле рефлектрона и попадают на детектор. .Величина напряжения Ug выбирается экспериментально по максимуму сигнала и наилучшего разрешения.
В режиме регистрации ионов сеточная сборка 2, 3 и 4 используется в качестве электростатического затво» 45 ра. В этом режиме на прибор подаются те же напряжения, что и в режиме нейтрального газа за следующим исключе нием провод 7 отключен, диафрагма б соединена с корпусом: в ждущем режиме
50 сетка 4 также соединена.-е корпусом.
В режиме "выталкивания: на сетку 3 подается импульсное напряжение отрицательной полярности величиной У1 30 В длительностью 10-100 нс.
С цацы, улучшения характеристик ионно-55 го пакета на сетку 4 можно также подать импульс положительной полярности амплитудой U 30-40 В длитель.й ностью 10-100 нс с задержкой 10100. нс относительно импульса на се1ку 3.
Масс-спектрометр работает следующнм образом.
В ждущем режиме ионы с энергиями
Е <30 эВ отражаются в области между1 сетками 2 и 3. На время подачи на сетку 3 отрицательного импульса Н . ионы проходят через область мещту сетками 3 и 4 (последняя соединена с корпусом) и далее ускоряются в области между сетками 4 и 5 ° Однако при необходимости уменьшения протяженности ионного пакета на сетку 4 можно подать импульсное напряжение положительной полярности. В этом случае изменением времени задержки между подачей напряжения на сетки 3 и 4 ионный пакет можно сделать сколь угодно тонким.
Ион, попавший в участок дрейфа, повторяет. тот же путь, что и в режиме нейтрального газа, и регистрируется датчиком.
В обоих случаях время пролета отсчитывается от момента подачи импульсного напряжения U< на сетку 3 до регистрации частицы детектором. Зная энергию иона, с которой он вошел в участок дрейфа, и время его пролета в приборе, можно определить его массу, Фокусировки ионов на детектор мож« но добиться также, если входную коаксиальную сеточную сборку и сетку 5 наклонить под малым углом к участку дрейфа таким образом, чтобы ионы, отразившись .в пале спектрометра, попадали на детектор (без помощи отклоняющей системы 9).
Наклон под малыми углами сеток
tO и 12 к участку дрейфа также заведет частицы на детектор.
Величина угла наклона в первом и втором случаях определяется из конкретних характерных размеров прибора.
Использование предлагаемого времяпролетного масс-спектрометра по сравнению с протбтипом позволяет регистрировать массовые спектры составляющих нейтрального газа, а также потока ионов; повысить более чем в
10 раз чувствительность эа счет увеличения площади сбора ионов и удаления сеточной сборки из области пролета, что, в свою очередь, существенно уменьшает шум на детекторе.
1651327 формv!1аизобретения
ФФФ
ЮЮФЮ
ФЮ Ф
Ф Ф ЮФ
Составитель В. Кащеев
Техред M.,Пидык Корректор А. Обручар
Редактор О. Стеиина
Заказ 1981 Тира к 318 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, 5-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат Патент", r.ужгород, ул. Гагарина, 10!
1. Времяпролет ный масс-спектрометр, содержащий соосно расположенные источник ионов, включающий сеточную сборку, трубку дрейфа, рефпектор, а также детектор ионов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повьш ения чувствительности, сеточная сборка источника ионов выполнена в виде кольца, внутренний диаметр которого больше или равен диаметру детектора, а в трубке дрейфа установлена коаксиальная цилиндрическая фокусирующая система, внутренний и внешний диаметр которой соответственно равен внутреннему и внешнему диаметру сеточной сборки источника ионов.
? . Иасс-спектрометр по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, ч го, с целью расширения функциональньж воз10 можностей, за счет обеспечения возможности анализа ионов, образованных вне масс-спектрометра,сеточная сборка выполнена в виде электростатического затвора.
