Источник ионов

 

„„SU„„78 601

Ь

СОЮЗ СОВЕТ фИ (СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕИИЙ И ОТКРЫТМ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 549036 (21) 2801584/18- 25 (22) 26.07 ° 79 (46) 23.09.83. Бюл. и 35 (72) А.А.Сысоев, В.П.Иванов и С.В.пачин (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени инженерно-физичес.кий институт (53) 621.334(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

И 549036, кл. H 01 J 3/04, 1975, 3(50 Н 01 J 3/04; Н 01 J 39!34 (54) (57) ИСТОЧНИК ИОНОВ по авт.св.

549036, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности источника, в ионизационной камере установлены конусообразные экранирующий и вытягивающий электроды-, соосные с ионизационной камерой, при этом вершины экранирующего и вытягивающего электродов расположены на уровне верхних границ проре", зей для ввода электронов в каме1 ру °

25

50

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для получения высокой чувствительности масс-спектрометрических приборов. 5

Известен источник ионов, содер-! жащий ионизационную камеру, выполненную в виде усеченного конуса, электронную пушку и систему вытягивания и ускорения ионов, расположенную 0 со стороны большего основания камеры, Ионизационная камера выполнена с цилиндрическим участком со стороны ее меньшего основания, имеющим прорези для ввода электронов в камеру, диаметр отверстия в выходном электроде системы вытягивания и ускорения меньше диаметров отверстий в остальных электродах этой системы 1 1 ). Этот источник обеспе- 20 чивает сбор и вытягивание ионов из широкой области ионизации. Хотя область ионизации этого источника, из которой вытягиваются ионы, имеет значительно большие размеры, чем у других типов, недостатком его является снижение коэффициента переработки вещества при увеличении диаметра ионизационной камеры более 10 мм и тока эмиссии более Зо

:1 МА, Увеличение области ионизации ухудшает условия фокусировки ионного пучка, так как ионы образуются в довольно обширном пространстве, что приводит к снижению коэффициента собирания ионов, а последнее отражается на коэффициенте переработки вещества.

При увеличении тока эмиссии более 1 мА пространственный заряд экранирует область образования ионов от влияния электрического поля ионной пушки. Поэтому извлечение ионов происходит только с поверхности области ионизации и при увеличении тока эмиссии от 1 до 1О мА заметного увеличения ионного тока не наблюдается. Такие источники не позволяют осуществить дальнейшее увеличение чувствительности масс-спектро" метров.

Целью изобретения является повышение коэффициента выхода ионов в режиме пространственного заряда электронов.

Цель достигается тем, что в источнике ионов, содержащем ионизационную камеру, выполненную в виде усеченного конуса, электронную пушку и систему вытягивания и ускорения иоьрв, расположенную со стороны большего основания камеры, причем ионизационная камера выполнена с цилиндрическим участком со стороны ее меньшего основания, имеющего прорези для ввода электронов s камеру, а диаметр отверстия в выходном элекЪ троде системы меньше диаметров отверстия в остальных электродах этой системы, установлены конусообразные экранирующий и вытягивающий электроды, соосные с ионизационной камерой, при этом вершины экранирующего и вытягивающего электродов расположены на уровне верхних границ прорезей для ввода электронов в камеру. Отверстие в вершине вытягивающего электрода выбирается равным толщине электронного пучка.

При выборе тока эмиссии более

2 мА электронный пучок, формируемый кольцевой электронной пушкой, в силу аксиальной симметрии создает на оси источника потенциальную яму. Образующиеся ионы дрейфуют вдоль градиента потенциала, создаваемого электронным пучком, к оси источника. За счет установки экранирующего электрода исключается влияние вытягивающего электрода во всей области ионизации, кроме приосевой зоны. За счет установки вытягивающего электрода исключается компенсация потенциальной ямы на оси источника. Поскольку потенциал средней части электронного пучка ниже, чем потенциал ионизационной камеры, вероятность ухода ионов на ее стенки черезвычайно мала. Дрейф ионов вдоль градиента потенциала, создаваемого электронным пучком, и условия, создаваемые экранирующим и вытягивающим электро дами, приводят к образованию потенциального канала для извлечения и ускорения ионов. Это обеспечивает возможность расширения области ионизации практически до очень широких размеров, что обеспечивает увеличение коэффициента переработки вещества. Создание потенциального канала, обеспечивающего извлечение ионов из центра потенциальной ямы, позволяет увеличить ма порядок ток эмиссии электронов, что дополнительно на порядок увеличивает коэффициент переработки вещества. Зависимость от тока эмиссии линейна по

Составитель Н.Алимова

РедактоР О.ЮРкова ТехРед В Далекорей Корректор А, Ференц

Заказ 8180/6 Тираж 703 Подписное

В НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, ",îñêâà, 3-35, Раушская наб., д. 4/5 Р

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 7846 крайней мере до 10 мА, а от давлениядо 5 10 мм рт,ст, Дополнительным достоинством такого источника является простота обеспечения малой угflo8oH расходимости ионного пучка, 5 поскольку ионы вытягиваются и из узкой области, Схема предлагаемого источника приведена на чертеже.

Источник содержит ионизационную камеру 1, представляющую собой конус, переходящий в цилиндр. В цилиндрической части ионизационной камеры сделаны прорези для прохождения пучка, формируемого кольцевой электронной пушкой, В задней стенке проделано отверстие для ввода молекулярного пучка. Электронная пушка .состоит из катода 2, фокусирующего 3 и отражающего 4 электродов. Эытягивающий электрод 5 ионной пушки, выполненный в виде усеченного конуса, защищен экраном 6. Кольцевые диафРагмы 7 предназначены для фокусировки ионов .в отверстии выходной диафрагмы, которая заземлена..

Работает источник следующим образом. Электроны, эмиттированные

01 4 катодом и сфокусированные электронной пушкой в пучок, ионизируют молекулы анализируемой среды. 3 силу аксиальной симметрии плотность объемного заряда возрастает к центру, достигая максимального значения на оси. В образующейся потенциальной яме накапливаются положительные ионы.

Постоянный отсос ионов за счет вы" тягивающего электрода препятствует полной нейтрализации пространственного заряда электронов, и вновь образующиеся ионы, непрерывно. попа" дая в потенциальную яму, могут покинуть ее главным образом, пролетев через отверстие в вытягивающем электроде.

Таким образом, предлагаемый. источник ионов позволяет получить коэффициент переработки вещества

0,2 А/мм рт.ст. при токе эмиссии

10 мА, что на порядок больше, чем

1у прототипа. Угловая расходимость

Ю ионного пучка меньше 2 (у прототипа 5-6 ). Относительный энергетио .ческий разброс составляет 0,74, при энергии ионов 50 эв, что близко к величине энергетического разброса для прототипа.