Времяпролетный способ измерения скоростей молекул в молекулярном пучке

 

Изобретение относится к экспериментальным методам молекулярной физики и может быть использовано для измерения скоростей частиц в молекулярных пучках и направленных молекулярных потоках. Целью изобретения является повышение чувствительности времяпролетных измерений скоростей молекул в пучках. Поставленная цель достигается за счет измерения тока ионов, образующихся в результате столкновительной диссоциации молекул галогенида щелочного металла при их взаимодействии с исследуемыми частицами. Эта реакция происходит, если энергии исследуемых частиц превышают некоторое пороговое значение . Частицы с допороговыми энергиями (фоновые) не регистрируются. Использование предлагаемого способа повышает надежность измерения параметров молекулярных пучков. 2 ил,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 01 J 49/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4659951/21 (22) 06.02,89 (46) 15.09,91. Бюл. М 34 (71) Институт энергетических проблем химической физики АН СССР (72) Л.В,Ленин и Л,Ю.Русин (53) 621.384(088,8) (56) Русин Л.Ю, Сб. Итоги науки и техники.

Кинетика и катализ, т.18, М., 1988, 109 — 216.

Хагена, Варма. Приборы для научных исследований. 1968, с. 49-54, Маергойз А. И„Никитин Е.Е„Русин

Л.Ю, Сб. Химия плазмы, вып. 12, M„1985, с, 3 — 55. (54) ВРЕМЯПРОЛЕТНЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТЕЙ МОЛЕКУЛ В МОЛЕКУЛЯРНОМ ПУЧКЕ (57) Изобретение относится к экспериментальным методам молекулярной физики и

Изобретение относится к экспериментальным методам молекулярной физики и может быть использовано для измерения скоростей частиц в молекулярных пучках и направленных молекулярных потоках, если поступательная энергия превышает некоторое пороговое значение порядка нескольких эВ. Фоновые частицы, имеющие допороговые энергии, не регистрируются.

Целью изобретения является повышение чувствительности времяпролетных измерений скоростей молекул в пучках электронвольтных энергий и увеличение отношения сигнал/шум при одновременном увеличении их надежности.

„„Я2 „„1677735 А1 может быть использовано для измерения скороСтей частиц в молекулярных пучках и направленных молекулярных потоках.

Целью изобретения является повышение чувствительности времяпролетных измерений скоростей молекул в пучках. Поставленная цель достигается за счет измерения тока ионов, образующихся в результате столкновительной диссоциации молекул галогенида щелочного металла при их взаимодействии с исследуемыми частицами. Эта реакция происходит, если энергии исследуемых частиц превышают некоторое пороговое значение. Частицы с допороговыми энергиями (фоновые) не регистрируются. Испол ьзование предлагаемого способа повышает на- дежность измерения параметров молекулярных пучков. 2 ил, Поставленная цель достигается при помощи измерения тока ионов, получающихся в результате диссоциации столкновения молекул галогенида щелочного металла при их взаимодействии с регистрируемыми частицами. При этом протекает реакция по схеме

А+МХ А+М +Х, где А — регистрируемая частица;

М вЂ” атом щелочного металла;

Х вЂ” атом галогена.

Данная реакция происходит, если энергия частицы снаряда превышает некоторое пороговое значение (порядка эВ). Частицы с до пороговыми энергиями (молекул ы фонового газа, молекулы легкого газа-носи1677735 теля, легкие примеси) не вызываютдиссоциации и не регистрируются. Это приводит к значительному понижению требований к качеству вакуума в камере детектора.

Пороговая энергия атомов снаряда, вы- 5 ше которой происходит их регистрация, определяется по формуле

Е„ор = Ео (1+mA / лiмх) где гпд — молекулярная Масса снаряда; тмх — молекулярная масса соли, 10

Е ="Ь+ ПИх-СЭм

0 — энергия диссоциации молекулы соли на атомы;

ПИх — потенциал ионизации атома Х;

C3M — сродство к электрону атома М. 15

Скорость образования ионных пар Cs+

+Вг при энергии выше порога в рассматриваемом случае на 2 — 3 порядка превышает скорость образования ионов в источнике масс-спектрометра вследствие большей 20 плотности частиц в монитор-пучке. Если учесть, что сечение реакции образования ионных пар подчиняется уравнению а =А(Š— Eppp} /E(n>2), то при энергиях выше пороговой чувствитель- 25 ность увеличивается еще на 1-2 порядка, На фиг. 1 и редста влена схема, реализующая предлагаемый способ измерений; на фиг.2 — типичный времяпролетный спектр атомов ртути.

На фиг.1 приняты следующие обозначе- 35 ния: молекулярный пучок 1; модулятор 2 (вращающийся диск со щелями}; фотоячейка

3 — светодиод — фотодиод для выработки запускающего импульса; печь — источник 4 пучка молекул галогенида щелочного метал- 40 ла; отклоняющая пластина 5; ВЭУ или коллектор 6; счетчик 7 импульсов или АЦП; многоканальный анализатор 8, Проводились измерения распределе- 45

:.ия по скорости атомов ртути и ксенона, разогнанных при расширении из сопла смеси их с водородом. В качестве монитора использовался пучок молекул GsBr. Расчетная пороговая кинетическая энергия атомов ртути составляет 9,0 эВ, атомов ксенона—

7,4 эВ, В качестве модулятора 2 использовался диск с четырьмя щелями шириной 1,2 мм и радиусом от центра до точки пересечения с пучком 49 мм. Частота вращения модулятора равна 250 Гц. В качестве источника 4 монитор-пучка соли использовалась двухкамерная печь с независимым подогревом твердой соли (первая камера) и ее паров (вторая камера), Для получения достаточно интенсивного устойчивого сигнала достаточно нагреть твердую соль до температуры

500 С, что соответствует давлению насыщенных пэров Cs Sr 10 Торр. Получаемые ионы Cs+ регистрировались при помощи

ВЭУ-6, расположенного непосредственного возле зоны пересечения пучков. Расстояние от модулятора до эоны пересечения пучков составило 410 мм. Счет ионов производился при помощи многоканального анализатора

8, развертка которого синхронизировалась с регистрируемым пакетом молекул пучка 1 при помощи запускающего импульса с фотоячейки 3. Время пролета определяли по максимуму времяпролетного спектра, найденному при помощи аппроксимации экспериментал ьн ых точек гауссиа нам.

Измеренная энергия составила 14,5 эВ.

Формула изобретения

Времяпролетный способ измерения скоростей молекул в молекулярном пучке, при котором молекулярный пучок модулируют по интенсивности, полученные пакеты пропускают через пространство дрейфа, после чего их подвергают воздействию зондирующего пучка частиц, направление которого перпендикулярно направлению исследуемого пучка, и измеряют ток ионов, образующихся при взаимодействии зондирующего пучка с исследуемым пучком, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и повышения отношения сигнал/шум, в качестве зондирующего пучка используют пучок галогенида щелочно(о металла с тепловой энергией 0,1 эВ, 1677735

Фиг,7

20 Чо 60 Во 100 120 1ЧО 780 78Q гОО е,2