Призменный масс-спектрометр

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 250581 (21) 3293578/18-21 с присоединением заявки ¹(1)974458 Ф» . . Ф

C (51)М Кп з Н 01 J 49/32

Гоеуааретыенный комитет

СССР по «елам изобретений и открытий (23) Приоритет— (53) УДК 621. 384 (088.8) Опубликовано 15.1182. Бюллетень ¹ 42

Дата опубликования описания 15

- I »

А.A. Зернов, В.М. Кельман, A.Ã. Мить, Л.M. Назаренко и Е.М. Якушев )-, i ;.. ., .".. i

)<:-.

Эа ; < ).:,,, Институт ядерной физики АН Казахской CCP (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ПРИЗМЕННЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Изобретение относится к масс-: спектральному приборостроению.

Характерными признаками призмен-: ных приборов является наличие двумерной магнитной призмы, отклоняющих те;— лескопических.систем и двух линз коллиматорной и фокусируюцей (в. част ности трансаксиальных линз, в фокальных плоскостях которых помещены цели источника и приемника ионов.

Роль диспергирующего элемента выполняет магнитная призма, а ахроматизация достигается применением в ионно- оптической схеме электростатических систем цилиндрических-.линз (1). 15.Известные устройстэа характеризуются недостаточной размещающей спосс бностью и светосилой. а Наиболее близким к изобретению по технической сущности является .призменный масс-спектрометр,содержащий источник и приемник ионов,две,электростатические линзы и две отклоняющие телескопические электростатические системы, между которыми расположена магнитная телескопическая систе ма, представляющая собой магнитную призму с двумерным магнитным полем 2).

Этот прибор обладает значительной разрешающей способностью и светосилой, однако дальнейшее увеличение его дисперсии, а следовательно, и разрешающей способности, вследствие ограниченности угловой дисперсии магнитной призмы, может быть достиг-, нуто только путем увеличения длины плеч спектрометра (фокусного расстояния коллиматорной и фокусирующей трансаксиальных линз), что в свою очередь приводит к значительному уменьшению светосилы прибора, величина которой в симметричном варианте обратно пропорциональна квадрату длины его плеч. Кроме того, полный угол отклонения ионов в магнитной дисперсионной системе невелик, вследствие чего прибор оказывается некомпактным — вытянутым -a одном направлении .

Цель изобретения — увеличение дис персии и Разрешающей способности приэменного масс-спектрометра без уменьшения его светосилы, а также уменьшение габаритных размеров прибора..

Укаэанная цель достигается тем, что в приэменном масс-спектрометре, содержащем источник и приемник ионов

974458 две электростатические линзы и две отклоняющие телескопические электростатические системы, между которымй расположена магнитная диспергирующая система, диспергирующая система выполнена в виде электромагнита с тремя парами полюсов, каждая из которых представляет. собой магнитную призму с двумерным магнитным полем.

На чертеже схематически представлен предлагаемый масе спектрометр . общий вид и ход ионных, траекторий в проекции на среднюю плоскость.

-Щель источника 1 ионов расположена в фокальной плоскости коллиматорной электростатической иммерсионной линзы 2 (на рисунке показана трансаксиальная электростатическая линза). За этой линзой под углом Ч к оси пучка помещена первая электростатическая телескопическая система 3. Вследствие разности потенциалов между крайними электродами электростатической телескопической систе- мы углы УХ и У4 между. осью пучка и нормалью к граням телескопической системы разные. Крайний (со стороны источника ионов) электрод факусирующей линзы 2 и крайний (со.стороны магнитной диспергирующей системы) электрод электростатической телескопической системы находятся под по тенциалом Земли Vc,, соответствующем энергии ионов — eV . (Потенциал норО мирован так, что он равен нулю, где равна нулю энергия частиц). Потенциал на среднем электроде линзы 2 рассчитывается на основании решения соответствующих уравнений движения так, чтобы фокальная плоскость линзы была совмещена с плоскостью щели источника 1 ионов е, Потенциал на среднем электроде электростатической телескопической системы рассчитывается так, .чтобы удовлетворить усло- вию ее телескопичности. Потенциал U„ на общем для линзы и электростатичес кой телескопической системы электроде, угол V è угол о(- входа пучка в каждую призму магнитной дисперсионной системы должны удовлетворять равенству

Ч„ = (). + Зйц Q- ctgVg )V ».

Вторая электростатическая телескопическая система 3, примыкающая к ней фбкусирующая линза 4 и щель 5 приемника ионов находятся в такой же кон- структивной взаимосвязи, что и исто»чник 1 и электроды. Магнитная диспергирующая система расположена между первой и второй электростатическими системамиЗ. В отличие от прототипа она выполнана в виде электромагнита 6, включающего в себя трй) пары полюсных йаконечников, имеющих общее ярмо 7 и катушку 8 возбуждения..

Каждая пара полюсных наконечников

,представляет собой магнитную призму с двумерным полем. Угол входа ионного пучка в магнитную призму выбирается исходя из требования ее телескопичности. Соблюдение условий телескопичности электростатических и магнитных элементов призменных спектрометров обеспечивает тройную фокусировку пучка анализируемых ионов. В зависимости от конструктивных особенностей магнитных призм

10 угол м может составлять 49 — 53 .

Это обуславливает выбор магнитной дисперсионной системы предлагаемого . спектрометра, состоящей именно иэ трех магнитных призм. При этом ось 5 коллиматорных и фокусирующих линз могут быть направлены в одну сторону, что обеспечивает наибольшую компактность прибора.

Спектрометр работает следующим об»О разом

Расходящийся ионный пучок, выходящий из каждой. точки щели источника 1, преобразуется в параллельный пучок коллиматорной трансаксиаль ной линзой 2, работающей в режиме анаморфота, и, отклонившись в первой электростатической теле=копической системе 3, разлагается по энергии и затем последовательно проходит три магнитные призмы диспергирую.щего электромагнита 6. Магнитные призмы расположены под таким углом друг к другу 49 †-53, что каждая из них представляет: собой магнитную телескопическую систему 9 с линей35 ным фокусом посредине. Параллельный ионный пучок, поступающий в диспергирующий магнит, вследствие телескопичности магнитных призм остается параллельным между призмами и пос40 ле их прохождения. После прохождения второй электростатической телескопической системы 3 пучок частиц, направление движения которых не зависит от энергии этих частиц, à on4g ределяется их удельным зарядом, фокусируется трансаксиальной фокусирующей линзой 4, также работающей в режиме анаморфота, на входную щель 5 приемника ионов, установленную в фокальной плоскости этой линзы. Диспер. гирование пучка по массе осуществляется системой из трех магнитных призм, вследствие чего величина дисперсии и разрешающей способности прибора возрастает в три раза по

55 сравнению с прототипом в соответствии с равенством

D .3f " ° д (, СОS

66 где - фокусное расстояние трансаксиальной линзы. При этом светосила предлагаемого прибора остается неизменной при одинаковых с прототипом размерах отклоняющих и фокуси65 рующих элементов и фокусных расстоя974458

Формула изобретения

Эакаэ 8722/71

1 Подписное ний коллиматорной и фокусирующей линз .

Предлагаемый масс-спектрометр не сложен в исполнении, его детали и злы технологичны. В нем, как и во рсех призменных приборах; осуществляэтся тройная фокусировка ионного тучка, свободная от аберраций второго порядка малости. При этом по сравнению с прототипом дисперсия увелинивается в три раза, что позволяет. при сохранении светосилы разрешающую способность увеличить в три раза при том жеiразрешении втрое увеличить чувствительность прибора. Одновременно достигается уменьшение, габаритных размеров вследствие большей по сравнению с прототипом компактностью ионно-оптической схема.

При змеиный масс-спектрометр, содержащий источник и приемник ионов, две электростатические линзы и две отклоняющие телескопические электростатические системы, между которыми расположена магнитная диспергнрующая система, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и светосилы массспектрометра,а также уменьшения его габаритных размеров, магнитная диспергирующая система выполнена в виде

1О электромагнита с тремя парами полюсов, каждая из которых представ-. ляет собой магнитную призму с двумерным полем.

15 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское свидетельство CCQP

М 353186, кл. Н 01 3 49/32, 1972.

2. Кельман В.М., Назаренко Л.М.

Якушев Е.N. Призменный масс-спектрометр. ЖТФ, 1976, 46, с. 1700 (прототипP.

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