Способ спектрометрического анализа заряженных частиц с фокусировкой в двух ортогональных направлениях

 

Изобретение найдет применение при разделении заряженных частиц по энергии или массе в масс-спектрометрии, бета-спектроскопии, электронной и ядерной спектроскопии при научных исследованиях. Целью изобретения является увеличение разрешающей способности и чувствительности. Анализируемый пучок заряженных частиц направляют в аксиально-симметричное магнитное поле с напряженностью НС2ГНоЬ Л 11/3 .(Г/Г0)2-ЬЛ причем ионный пучок вводят через коллимирующую щель, центр которой расположен на расстоянии га от оси. симметрии, под углом (f0 к окружности г г0, определяемом соотношением 3/4-r0/R0(1+A), где г - расстояние от оси симметрии; Н0 напряженность поля при г r0-;R0- параметр, численно равный .радиусу кривизны траекторий исследуемых заряжённых частиц в однородном магнитном поле с напряженностью Н0; А - константа, лежащаяв пределах -1 A 4R0/3r0 - 1. При движении в магнитном поле моноимпульсного пучка заряженных частиц происходит фокусировка пучка в средней плоскости в некоторой точке на осевой траектории При этом имеет место фокусировка как в радиальном, так и в аксиальном направлении, а также разделение пучка с первоначально различными импульса.ми на моноимпульсные компоненты. В точке фокуса установлена диафрагма ;. включающая моноимпульеный компонент пучка. 2 ил о § а Es3 :л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК р1)g Й 01 -49/44, 49/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ПЮТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

2 ния является увеличение разрешающей способности и чувствительности. Анализируемый пучок заряженных частиц направляют в аксиально-симметричное магнитное поле с напряженностью

Б 1+А 1/3 (а= О („/,, )2+ (57) Изобретение найдет применеййе: при разделении заряженных частиц по энергии или массе в масс-спектрометрии, бета-спектроскопии, электрон- ной и ядерной спектроскопии при научных исследованиях. Целью изобрете-Изобретение относится к спектро- ., быть использовано в масс-спектроскопии заряженных частиц и может метрии, бета-спектроскопии, электрон1 (21) 4855495/21 (22) 31 ° 07 ° 90 (46) 07.04,92. Бюл. Р 13 (71) Институт аналитического приборостроения Научно-технического обьединения АН СССР (72) В.Д.Саченко и С.M.Øèìîðèí (53) 621.384(088.8) (56) Gross M.G., Кех Sci. Inetr.

1951, ч. 22, 10, р. 717-722.

Авторское свидетельство СССР 758306, кл. Н 01 .1 49/44, 1980.

Зигбан К., Нордлинг К. и др.

Электронная спектроскопия.-М.: Мир, 1971, с.372-375.

Павинский И.П. Известия АН СССР.

Сер. физическая.- 1954, т.18, и 2, с.175"191.

Бердников А.С., Виноградова С.А., Галль Л.Н., Типисов С.Я.-,ЖТФ, 1988, т.58, У 7, с.1432-1436.

Сысоев А.А., Чупахин М;С. Введение в масс-спектрометрию..-И.: Атомиздат, 1977, с. 156-158, (54) СПОСОБ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АЙАЛИЗА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ С ФОКУСИРОВКОЙ В ДВУХ ОРТОГОНАЛЬНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ

„SU„„1725290 А 1 причем ионный пучок вводят через кол.

i.. лимирующую щель, центр которой расположен на расстоянии r< от оси симметрии, под углом ((О к окружности

r = r, определяемом соотношением

cosp = 3/4 ° r /Р(1+А), где г— расстояние от оси симметрии; Н онапряженность поля при г = г ;Ров параметр, численно равный. радиусу кривизны траекторий исследуемых заряженных частиц в однородном магнитном поле с напряженностью Но, А - константа, лежащая. в пределах

-1 < А 4К /3r — 1. При движении в магнитном поле моноимпульсного пучка заряженных частиц происходит фокусировка пучка в средней плоскости в некоторой точке на осевой траектории. При этом имеет место фокусировка как в радиальном, так и в аксиальном направлении, а также разделение пучка с первоначально различными импульсами на моноимпульсные компоненты. В точке фокуса установлена диафрагма, включающая моноимпульсный компонент пучка. 2 ил.

17252 ной спектроскопии, ядерной спектро" скопии и других областях в качестве способа прецизионного разделения заряженных частиц по энергии или массе.

Целью изобретения является увеличение чувствительности и разрешающей способности за счет улучшения. качества анализируемого пучка в средней плоскости и увеличения дисперсии пучка по импульсу с сохранением фокусировки в направлении, перпендикулярном средней плоскости.

Фокусировку пучка по угловому разбросу и разделение на моноимпульсные компоненты осуществляют в магнитном поле, напряженность которого в средней плоскости изменяют по закону.

1+A 3

Н(г) .= Н (- — — — — ) (1)

О (г У го

4 положения элементов ионно-оптической

I системы и ход оптической оси, зависимости отклонений заряженных частиц от осевой траектории в плоскости изображения в зависимости от начального углового отклонения для предлагаемого (кривая Х) и известного (кривая ?Ц способов, На фиг. 1 и ? показаны ось 1 симметрии, щель 2 источника заряженных частиц, входная диафрагма 3, оптическая ось 4, выходная. диафрагма 5, детектор 6 заряженных частиц и источник 7 заряженных частиц. Кроме того, на фиг. 2б d / Ь - отношение радиального отклонения в плоскости изображения к дисперсии по импульсу; 1 - начальное угловое отклонение.

Предлагаемый способ заключается в следующем. а ионный пучок вводят через коллимирующую щель, центр которой расположен на расстоянии r от оси симметрии, под углом g к окружности r -= -rФ определяемым соотношением

3 r

cos (p =, (1+A)

4 В., (2) где r — расстояние от оси симмет-. рии;

Н вЂ” напряженность поля при г= го)

 — параметр, численно равный радиусу кривизны траекторий исследуемых заряженных частиц в однород-. ном магнитном поле с напряженностью Н о °

А — константа, лежащая в пределах

4 Ro

1с Ас - — — 1.

3 го

При указанных условиях достигается сигматическая фокусировка в двух ортогональных направлеНиях и более высокое по сравнению с известным способом качество фокусировки в средней плоскости.

На фиг. 1 показана динамика заряженных частиц в магнитном поле с напряженностью по формуле (1), на фиг.2 — устройство, реализующее предлагаемый способ, где ol - схема рас2 Анализируемый пучок заряженных частиц направляют в аксиально-симметричное магнитное поле с напряженностью (1).. Пучок диафрагмируется по ширине щелью 2 (Фиг.2), установЗ0 ленной в магнитном поле на рассто" янии г от оси симметрии, и коллимируется щелью по угловому разбросу таким образом, чтобы оптическая ось 4 составляла с окружностью r = r угол, определяе35 мый соотношением (2) . Двигаясь в магнитном поле с напряженностью (1), моноимпульсный пучок заряженных частиц фокусируется в средней плоско40 сти в некоторой точке на осевой траектории. При этом имеет место фокусировка как в радиальном, так и в аксиальном направлениях, причем указанная объемная фокусировка

45 является идеально стигматичной, т.е. траектории в указанных ортогональных направлениях вблизи оптической оси 4 идентичны. Кроме фокусировки в магнитном поле, осущест>0 вляется и разделение пучка с первоначально различными импульсами на моноимпульсные компоненты. 8 точке фокуса устанавливается диафрагма 5, выделяющая моноимпульсную компонен.ту пучка. Затем выделенная таким образом моноимпульсная компонейта детектируется детектором заряженных частиц. Развертка спектра импульсов анализируемого пучка осуществляет"

5 172 ся изменением параметра Но — индук ции магнитного поля.

Способ осуществляется следующим образом.

Вбилизи средней плоскости ионнооптической системы формируют магнитное поле (1) с параметром А =

Формирование необходимого магнитно.го поля может быть осуществлено либо подбором полезадающих элементовкатушек и токов в них, либо за счет выбора надлежащей Формы полюсных наконечников. Параметр Но выбирают

r так, что — о = 0,829. В точке с по» о лярными координатами го (фиг.2а) располагают образец так что направление наиболее вероятного вылета заряженных частиц (начальное направление осевой траектории) сос" тавляет угол (P = 29,12 с окружностью r = r . Детектор заряженнйх частиц расположен в точке с координатами г = 3,388 и у, = 291,79, Вблизи источника и детектора помещают коллимирующие диафрагмы. Ilpaводят численный эксперимент на ЭВИрасчет хода траекторий заряженных частиц вблизи осевой траектории в средней плоскости и в. аксиальном направлении. В результате расчета траекторий методом Рунге-Кутта подтверждается стигматическая фокусировка.

Кроме того, найдены следующие значения для конно-оптических характеристик: коэффициент дисперсии по им- . пульсу 5<= 8,97; коэффициент оптического увеличения 6>= 1,71, угол поворота пучка P =. 248 о

На Фиг.2б представлена рассчитанная для предлагаемой схемы зависимость приведенного отклонения

d+/ 5 частиц от осевой траектории в плоскости Фокуса в зависимости от начального углового отклонения Ь< (кривая I), а для сравнения - график аналогичной зависимости для известной (кривая II). Графики (фиг.2б) позволяют определить значения максимальных угловых разбросов

6(f, при которых возможно достичь 290 6 значений разрешающей способности

R = --1000 и R = 5000, соответственно получают Л(= 8о и g(g = 6". а ионный

30 мирующую ложен на рии, под пучок вводят через коллищель, центр которой распорасстоянии r от оси. симметуглом..(До к окружности определяемым соотношением. сов Чо 3 4 rÔî(1+A) 35 где r - расстояние от оси симметрии, см, Но(Э) - напряженность поля при о)

R — параметр численно равный о радиусу кривизны траекторий исследуемых заряженных частиц в однородном магнитном поле с напряженностью Н

А - констайта, лежащая в преде" лах.

45

50 ро

-1(А (-- - «О — 1.

3 го

Формула изобретения

Способ спектрометрического анализа заряженных частиц с фокусировкой в двух ортогональных направлениях, заключающийся в формировании пучка заряженных частиц, коллимировании его по ширине с помощью коллимирующей щели, пространственном разделении его на моноимпульсные компонен15 ты я фокусировке по угловому разбросу в аксиально-симметричном магнитном попе, выделении моноимпульсного компонента пучка путем диафрагмирования в плоскости фокуса и последу20 ющем детектировании выделенного моноимпульсного": компонента, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и чувствительности, магнитное поле формируют по закону

1+А

H(r) =Н (- — — — ) (r/r ) +А

РОМ

Составитель Н.Катинова

Редактор И.Шулла Техред N,ä ùüù Корректор И. Самборская

Заказ 1180 . Тир,аж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101