Устройство для анализа спектра масс в электровакуумном диоде

 

Союз Советских

Соцналнстических

Республнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

< 855788

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву— (22) Заявлено 01. 06. 79 (2l) 2774545/18-25 (51)M. Кл 3 с присоединением заявим N9—

H 01 J 49/34

Госуяарственмый комитет

СССР по деаам изобретеиий и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150881. Бюллетень Й9 30

Дата опубликования описания 150881 (53) УДК 621. 384 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.К.Базылев и В.А.Коротченко (71) Заявитель

Рязанский радиотехнический институт

{54) УСТРОИСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА СПЕКТРА МАСС

В ЭЛЕКТРОВАКУУМНОМ ДИОДЕ

Изобретение относится к вакуумной технике, в частности к анализу спектра масс в отпаянных электровакуумных приборах при помощи собственной электродной системы.

Известен трехмерный квадрупольный масс-спектрометр типа ионной ловушки, содержащий генератор высокой частоты, другие элементы блока питания, регистратор ионного тока, а также датчик с анализатором, выполненным в виде трех гиперболоидов вращения, обеспечивающий гиперболическое.распределение потенциала в трех направлениях. Принцип разделения ионов основан на том, что при прохождении в электрическом поле с гиперболическим распределением потенциала, изменяющемся во времени, часть ионов может иметь ограниченную амплитуду колебаний, в то время как амплитуда колебаний другой части ионов неограничен- . но возрастает. За счет выбранного электрического режима в объеме ана- 25 лиза накапливаются ионы лишь определенной массы (стабильные ионы). Накопленные ионы вытягивакхаимн импульсами выводятся на регистрирукщее устройство. Ионы с неограниченной амплитудой колебаний (нестабильные) нейтрализуются на электродах анализатора f1 1.

Однако при помощи данного устройства невозможно анализировать спектр масс в отпаянных вакуумных диодах, так как геометрия и количество электродов отпаянного диода не соответствуют датчику масс-спектрометра и для анализа диода необходимо его разрушить с выделением анализируемых газов в камеру анализатора.

Наиболее близким к изобретению является устройство для анализа спектра масс в вакуумном диоде, содержащем анод и катод. Работа прибора основана на принципе циклотронного резонанса. В однородном магнитном поле датчика ионы движутся по окружности с периодом вращения, зависящим от напряженности магнитного поля и отношения массы к заряду. При наложении переменного электрического поля при совпадении частот колебаний электрического поля с частотой вращения ионы определенной массы движутся по раскручивакщейся траектории и выводятся на коллектор. Ионы остальных масс, двигаясь по скручивающе-раскручивакщимся траекториям, не попадают на коллектор, т.е. не регистрируются 32).

Однако масс-спектрометр функционирует со специальным датчиком, и применение его для анализа спектра масс в отпаянных диодах невозможно, поскольку геометрия и келичестно электродов отпаянного диода не соответствует датчику масс-спектрометра, Ь.также необходимо разрушение диода.

Цель изобретения — анализ спектра масс остаточных газов н отпаянном электровакуумном диоде при помощи его собственной электродной системы неразрушающим методом, повышение точности и ускорения процесса анализа.

Цель достигается тем, что в устрой-15 стве для анализа спектра масс н электровакуумном диоДе, содержащем анод и катод, анод диода последовательно соединен с генератором высокой частоты и измерительным устройством, а Я катод диода соединен с низкочастотным генератором изменяющейся частоты развертки спектра масс.

На фиг.1 показана схема включения диода, на фиг.2 — график распределения эквивалентного потенциала н диоде, поясняющий механизм колебания ионов в межэлектродном промежутке.

Устройство (фиг.1) содержит последовательно соединенные схему 1 измерения среднего тока диода, генератор

2 высокой частоты, исследуемый диод

3 с катодом 4 и анодом 5, генератор б малого гармонического сигнала низкой частоты, осуществляющий развертку спектра масс.

При изменении частоты напряжения генератора 6 малого гармонического сигнала изменяется величина среднего тока диода 3, протекающего под действием генератора 2 высокой частоты. 40

Измерение тока производится схемой 1 измерения среднего тока. По зависимости среднего тока диода от частоты малого гармонического сигнала производится оценка состава атмосферы остаточных газов в диоде. При действии на диодный промежуток высокочастот. ного гармонического напряжения с амплитудой, достаточной для ионизации газовых молекул, когда в положительную полуволну напряжения потенциал электрического поля н промежутке пропорционален координате н степени 4/3, а в отрицательную распределей линейно, и если изменение координаты иона мало по сравнению с межэлектродным 5 расстоянием, то средняя за период напряжения сила, действующая на ион со стороны электрического поля, может быть записана в виде следующего выражения еО g х 1 ) 40 Р fed где + — заряд иона;

U — амплитуда высокочастотного напряжения;

d — межэлектродное расстояние; х — текущая координата.

Распределение потенциала (фиг.2) соответствующего силового поля в межзлектродном промежутке выражается формулой

Это .распределение представляет собой динамическую потенцильную яму, наличие которой определяет возможность длительных колебаний ионов между катодом и анодом. Анализ решения уравнения движения иона.в потенциальной яме показывает, что ион колеблетая н межэлектродном промежутке диода с частотой F< зависящей от параметров электрического режима и массы иона в соответствии с формулой

"1=0 4 а ма

При воздействии на промежуток малым гармоническим сигналом на частоте колебаний иона последний может быть выведен на один из электродов. .Уход ионов определенной массы уменьшает компенсирующее действие пространственного заряда ионов на электронный пространственный заряд, что приводит к уменьшению тока в диоде. По зависимости изменения тока диода от

I ÷àñòoTû малого гармонического сигнала можно судить о составе атмосферы остаточных газов в отпаянном электровакуумном диоде. В предлагаемом устройстве используется генератор высокой частоты с целью удержания и накопления ионов. Однако, если в известном устройстве удерживаются ионы лишь определенной массы, то в предлагаемом потенциальная яма образуется для ионов всех масс, поэтому для вывода из потенциальной ямы ионов определенной массы принципиально необходим генератор напряжения с частотой, совпадающей с частотой колебания ионов.

Таким образом, высокочастотное напряжение в условиях, когда ток в положыпельную полуволну напряжения ограничен электронным пространственным зарядом, создает динамическую потенциальную яму, обеспечивакщую колебания ионов всех масс, а малое гармоническое напряжение низкой часто.ы обеспечивает увод из промежутка ионов определенной массы.

В результате применения предлага емого устройства осуществляется контроль спектра масс остаточных газов

s отпаянных электровакуумных диодах, 855788

Формула изобретения

Цкбм, В

Ькj

Составитель Н.Алимова

Редактор Л.Копецкая Техред М. Рейвес Корректор М.Коста

Заказ 6941/75 Тираи 784 Подписное

ВНИИПИ Государстванного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Paymcrcas наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент, r.уигород, ул.Проек".ная,4 что способствует повинению их качества эа счет совершенствования технологического процесса их изготовления и исключения из поставок потребителю приборов со скрытыми дефектами.

Устройство для анализа спектра масс в электровакуумном диоде, содериащем анод и катод, о т л и ч ею щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возмоиности проведения ана лиза неразруюакщим методом, повыае6 ния точности н ускорения процесса анализа, анод диода последовательно соединен с генератором высокой частоты и измерительным устройством, а катод диода соединен с низкочастотным генератором изменяющейся частору развертки спектра масс.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сысоев А.А., Чупахин М.С. Введение в масс-спектрометрию. M., Атомиздат, 1977, с.144-146.

2. Сысоев A.À., Чупахин И.С. Введение в масс-спектрометрию. М., Атомиздат, 1977, с.118-122 (прототйп).