Источник оинов

 

ОАЗИСА

ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИ (61) Дополнительное к авт. (22) Заявлено 08,1076 (21) 2 с прнеоеднненнем эаявкн М (23) Приоритет

Опубликовано 150979.

Дата опубликования on

Государстаенный номитет

СССР по делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

В.В.Калыгин (54) ИСТОЧНИК ИОНОВ

Наиболее близким к изобретению яв-. ляется источник ионов, содержащий испаритель пробы с отверстием для ввода в объем ионизатора вспомогательного газа и газообразного вещества пробы, ионизатор, выполненный в виде замкнутой полости с отверстием для вывода ионов и размеИзобретение относится к технике получения ускоренных ионных пучков и может быть использовано для эффективного разделения изотопов.

Известен источник ионов, содержащий камеру, систему подачи рабочего вещества, анод, отражатель, систему инжекцин ионизирующего электронного пучка и систему извлечения и формиро. вания ионного пучка (lj.

В результате ионизации атомов рабочего вещества в камере электронным ударом образуются ионы рабочего вещества, которые затем извлекаются и формируются в ускоренный ионный пучок, транспортируемый от источника к масс-анализатору.

Однако это устройство имеет невысокую эффективность ионизации при работе с некоторыми газами, например с водородом. щенным внутри него формирующим электродом в виде сетки, систему вытягивания и формирования пучка ио5 нов и источник постоянного напряже 2) .

Формирующий электрод создает в объеме ионизатора наклонный потенциальный желоб, благодаря чему 0 образующиеся на эквипотенциальной поверхности ионизатора ионы выводятся из него, не взаимодействуя со стенками ионизатора, что позволяет при большой длине ионизатора добиться большого коэффициента использования пробы и свести разброс ионов по энергиям до теплового.

Такой источник ионов имеет сравнительно невысокую эффективность при небольших"длинах ионизатора, так 0 как для достижения большей эффективности ионизатора необходимо создавать на формирующем электроде возможно больший перепад напряжения, одновременно обеспечивая его высокую прозрачность.

Цель изобретения — повышение эффективности работы источника. Это достигается тем, что формирующий электрод выполнен в виде замкну>О той поверхности, повторяющей Форму

619049 ионизатора, снабжен отверстием для вывода ионов, изолирован от корпуса и соединен с положительным выводом источника напряжения, а ионизатор с отрицательным.

На чертеже показана функциональная схема источника ионов.

Источник ионов состоит из испарителя 1 пробы с отверстием 2 для напуска вспомогательного газа и газообразного вещества пробы, ионизатора

3 с формирующим электродом 4, вытягивающего электрода 5 и формирователя 6 пучка ионов.

Формирующий электрод 4 выполнен в виде сетки из тугоплавкого материала с большой работой выхода, например вольфрама, и имеет сравнительно небольшую. геометрическую прозрачность ((,=0,5) при работе с веществами, обладающими коэффициентом поверхностной иойизацйи (Ь> 10. При этом электрод нагревают до максимально возможной температуры (Т 3000 К).

При работе с газами и элементами, плохо поддающимися поверхностной ионизации Pi%10 ), и для достижения большой производительности источника предпочтительно делать его высокой геометрической прозрачности .(=0,9) с минимально возможным расстоянием от электрода до стенки корпуса.

Хотя бы один из линейных размеров ячейки сетки (электрода 4) должен быть меньше удвоенной величины этого расстояния (2Ьг) .

Вводимый в ионизатор 3 вспомогательный газ, например гелий, должен иметь величину первого потенциала ионизации большую, чем разность потенциалов корпуса ионизатора 3 и формирующего электрода ЬО. Давление газа поддерживается таким, что длина свободного пробега ионов меньше радиуса электрода (Л (Гэ), а длина

=..ýîáoäíoãî пробега электронов — примерно равна ему (Л ГЭ) . При 2 Г

Э

=50-5 мм оно составйт 0,1-1 торр.

Источник ионов работает следующим образом.

После подачи вспомогательного газа и прогрева корпуса ионизатора

3 подают напряжение на формирующий электрод 4. При этом поток электронов от ионизатора 3 через сетку электрода образует внутри этого электрода область виртуального катода с отрицательным потенциалом относительно него, по величине близким к потенциалу ионизатсра 3. Размеры области виртуального катода определяются законом степени 3/2 для тока электронов в вакууме. После этого из испарителя 1 в объем ионизатора подают вещество пробы в газообразном виде. Здесь атомы многократно сталкиваются с ионизирующей поверхностью формирующего электрода

65

Формула изобретения

t5

4 и пересекают многократно объем с током электронов от электрода до области виртуального катода.

При малой величине площади выходного отверстия иониэатора 3 имеется большая вероятность ионизации их до вылета из ионизатора как за счет поверхностных эффектов на электроде 4, так и за счет ударов, летящих от него в сторону виртуального катода электронов.

Образующиеся ионы под действием поля объемного заряда электронов попадают в область виртуального катода, где при столкновении с атомами вспомогательного газа их кинетическая энергия снижается до тепловой и в этой области образуется изотермически равновесная плазма с отрицательным относительно электрода 4 потенциалом, близким к потенциалу ионизатора 3. Вследствие того, что ток ионов на формирующий электрод 4 из плазмы отсекается электрическим полем между сеткой и плазмой, запертые в потенциальной яме ионы большей частью покидают этот объем под действием поля вытягивающего электрода 5 через выходные отверстия формирующего электрода 4 и:ионизатора 3.

Так как потенциал ионизации атомов вспомогательного вещества, например гелия, меньше кинетической энергии электронов, они не ионизируются, и образующаяся плазма содержит ионы преимущественно рабочего вещества пробы.

С увеличением тока ионов из ионного источника потенциал плазмы остается близким к потенциалу корпуса ионизатора до тех пор, пока плотность ионов, а следовательно, и электронов не достигнет такой величины, при которой определяемый в соответствии с законом степени 3/2 для данной разности потенциалов aU ток электронов из плазмы на электрод

4 не станет равным величине встречного тока электронов. Это максимальное значение концентрации ионов определяет производительность источни,а.

По сравнению с ионными источниками серийных масс-спектрометров предложенный источник позволяет в сотни раз уменьшить количество вещества пробы, необходимое для проведения анализов на масс-спектрометре, что особенно важно при работе с пробами, обладающими высокой радиоактивностью, а также с малыми количествами дорогостоящих изотопов.

Источник ионов, содержащий корпус, испаритель пробы с отверстием для ввода в объем ионизатора вспомогательного газа,и газообразного вещества пробы, ионизатор, выполненСоставитель В.Краснопольский

Техред З.Фанта Корректор С.Шекмар

Редактор Т.Колодцева

Тираж 923 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий

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

Заказ 5500/58

Филиал ППП Патент, г.Ужи>род, ул.Проектная,4

5 6 ный в виде замкнутой полости с отверстием для вывода ионов и помещенным внутри него формирующим электродом, выполненным в виде сетки, систему вытягивания и формирования пучка ионов и источник постоянного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повьиаения эффективности работы источника, формирующий электрод выполнен в виде замкнутой поверхности, повторяющей форму ионизатора, и снабжен отверстием для вывода ионов, изолирован от корпуса

19049 6 и соединен с положительным выводом источника напряжения, а ионизатор .с отрицательным.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Вестал, Блейкли, Рэйэм. Новая

5 установка с пересекающимися пучками для исследования процессов столкновения иойов с молекулами. Приборы для научных исследований, 1976, в 1, с.17-31. 0 2. Авторское свидетельство СССР

9 397984, кл. Н 01 У 3/04, 1974.