Масс-спектрометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Соцналнстнческнх

Республик ов993362 (63) Дополвительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 081080 (2> ) 2989548/18-21 с присоединением заявки ¹вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 30.0183. Бюллетень ¹ 4

Дата опубликования описания 30.0183

Р М К з

Н 01 J 49/32

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (ЩУДК 621. 384 (088. 8 ) (72) Авторы изобретения

В.Н.Гартманов, В.Т.Коган и А.К.Павлов

Ордена Ленина физико-технический институт им. A.Ô.Èoôôå (71) Заявитель (54) MACC-СПЕКТРОМЕТР

Изобретение относится к приборостроению для космических исследований и может быть использовано при изучении ионного состава межпланет ной плазмы с различными значениями отношений М/2 и E/Z

Известен масс-спектрометр для анализа солнечного ветра по массе и энергии, состоящий из двух ускоряющих пластин, масс-анализатора, включающего полюсники магнита и электростатический конденсатор,энергоанализатора, выполненного в виде электро.статического конденсатора с зазором, образованным участками концентрических -цилиндрических поверхностей его обкладок, имеющих ось симметрии, направленную перпендикулярно поверхностям полюсников магнита масс-анализатора, и приемника Р1 3.

Чувствительность известного массспектрометра обеспечивается расположением масс-анализатора перед энергоанализатором и использованием в пер- . вом из них конденсатора с зазором, образованным участками концентрических цилиндрических поверхностей его обкладок с осью симметрии, лежащей по направлению распространения иссле дуемого потока частиц.

Однако соответствующая указанной эффективности величина геометрического фактора g =4,5 см ср.эВ при разрешающей способности по М/Z = — 10 — 15 недостаточна для проведения анализа компонент малых концентраций в общем потоке частиц.

Наиболее близким к предлагаемому является масс-спектрометр для анализа межпланетной плазмы, состоящий из ускоряющих пластин, энергоанализатора, выполненного в виде электрс статического конденсатора с зазором, образованным участками концентрических цилиндрических поверхностей его обкладок с осью симметрии, перпендикулярной направлению распространения исследуемого пучка, масс-анализатора, состоящего из электростатическог конденсатора с зазором, образованным участками концентрических цилиндрических поверхностей его обкладок, ось симметрии которых параллельна

25 оси симметрии обкладок энергоанализатора и ограничивающих данный зазор в плоскостях, перпендикулярных оси симметрии обкладок электростатического конденсатора, полюсни

30 ков магнита (23.

993362

Однако в известном масс-спектрометре эффективность и соответствующий ей геометрическиф фактор

0,5 см ср. эВ. при разрешающей ,способности по М/2=10 обеспечиваются большой площадью входного окна, что приводит к низкой разрешающей способности по М/Я из-за значительных аберраций и плохих дисперсионных свойств масс-анализатора. Это объясняется тем, что в традиционной массспектрометрии для получения требуемой разрешающей способности по N/Z энерго- и масс-анализаторы должны иметь малые размеры входного окна во взаимно-перпендикулярных направлениях, так как один из них ограничен расстоянием между обкладками энергоанализатора, а перпендикулярный ему— величиной зазора между полюсниками магнита. Поэтому площадь входного окна здесь должна быть малой. 20

Повышение чувствительности, определяемое ростом геометрического фактора толька за счет увеличения площади входного окна, приводит к существенному увеличению размеров и ве-75 са масс-спектрометра, что недопус тимо в условиях космического эксперимента, или к ухудшению его разрешающей способности.

Цель изобретения — повы»ение чувствительности и увеличение разрешающей способности масс-спектрометра> предназначенного для космических исследований. 35

Указанная цель достигается тем, е что в масс-спектрометре, состоящем . из последовательно расположенных .,Ускоряющих пластин, электростатического энергоанализатора, масс-анали; затора, содержащего электростатический конденсатор и постоянный магнит, и приемника с выходной щелью, обкладки энергоанализатора выполнены в виде концентрических колец тороидальной формы, полюсники магнита массанализатора выполнены в виде двух дисков, между которыми расположены параллельно им пластины электростатического конденсатора, а выходная щель выполнена кольцевой и парал-50 лельна обкладкам электростатического конденсатора, при этом г>/г<> = 1,400+ 0,005

r3/rо >. 147+0 005

D>(rp = 1,197+0,005; 55

rg/l" = 1,236+0,005, Э.>/го 1 012+0 005 4/1о = 1, 336+0, 005

oL = 75-75 30 при rp 7,4 см, где r — радиус полюсников магнита> "60 расстояние от оси симмет-, рии прибора до центра кривизны обкладок;

r,e — Радиусы кривизны обкладок энергоанализатора; 55

D — расстояние от плоскости входного окна энергоанализатора до щели приемника, D> „Q3- расстояние от плоскости входного окна энергоанализатора до обкладок электростатического конденсатора.

Применение такой конструкции позволяет увеличить площадь входного окна благодаря тому, что величины зазоров энерго- и масс-анализаторов накладывают ограничения только на один из размеров упомянутого окна, тогда как другой определяется габаритами прибора.

На фиг.1 представлен предлагаемый масс-спектрометр, разрез; на фиг.2 энерго- и масс-анализаторы в проекции, перпендикулярной направлению оси 2-Z симметрии прибора; на фиг.3 — аксонометрическая проекция энерго- и масс-анализаторов, разрез.

На фиг.2 и 3 указаны также равновесные траектории заряженных частиц.

Масс-спектрометр состоит из двух сетчатых ускоряющих пластин 1 и 2, перекрывающих входное окно энергоанализатора, состоящего из двух обкладок 3 и 4. Далее следуют три обкладки 5-7 электростатического конденсатора, прозрачные для потока заря- женных частиц, причем обкладка 6 имеет конусообразный. экран, устраняющий влияние обкладки 5 на область между выходом энергоанализатора и обкладкой 6, и полюсники 8 и 9 магнита . обращенные друг к другу поВерхностямн и совмещенные с обкладками 6 и 7 электростатического конденсатора. Приемник 10 размещен перед обкладкой 5 и служит для регистрации заряженных частиц, выходящих из кольцевого зазора этой обкладки.

В рабочем режиме ось симметрии

Z-Z прибора совпадает с направлением распространения исследуемого потока заряженных частиц, которые проходят сквозь ускоряющие пластины 1 и 2, обеспечивающие проведение анализа энергетического спектра этого потока в требуемом диапазоне энергий, в кольцевое входное окно энергоанализатора, состоящего из обкладок 3 и 4 и формирующего величину энергетического и углового пропусканий.

За энергоанализатором пучок заряженных частиц попадает в масс-анализатор, где на параболическую траекторию частиц r — - r(Z) в промежутке между обкладками б и 7 и 6 и 5 накладывается круговое движение г= г(М } в области действия полюсников 8 и 9 магнита.

Фокусирующие свойства энергои масс-анализаторов и дисперсионные свойства масс-анализатора позволяют получить на обкладке 5 сфокусированный по углу и энергии спектр масс

=:- 993362.вых колец, одно из которых пропускается кольцевой щелью данной обкладки и регистрируется приемником 10.

Предлагаемый масс-спектрометр предназначен для изучения ионного состава межпланетной плазмы в космических исследованиях. Применение укаэанной конструкции приводит к повышению эффективности прибора за счет увеличения геометрического фактора в 100 раз при разрешающей способнос-. ти по М/Z, превышающей разрешающую способность известного прибора в три раза.

Предлагаемый масс-спектрометр дает воэможность улучшить также эффективность измерений в 10 раз по сравнению с известным.

Формула изобретения

Масс-спектрометр, состоящий из последовательно расположенных ускоряющих пластин, электростатического энергоанализатора, масс-анализатора, содержащего электростатический койденсатор и постоянный магнит, и приемника с выходной щелью, о т л ич а ю шийся тем, что, с.целью повышения чувствительности и разрешающей способности обкладки энергоанализатора выполнены в виде концентрических колец тороидальной формы полюсники магнита масс-анализатора выполнены в виде двух дисков, между которыми расположены параллельно им пластины электростатического конденсатора, а выходная щель выполнена кольцевой и параллельна обкладкам электростатического конденсатора, при этом

irр = 1,400+0,005 i

"з(гo " 1 147+0 ° 005 >s i >o = 1,1971:0,005>

tglno " 1,236+0,005 i

1 "о = 1,012+0,005;

10 g l r o =. 1; 336 0.005;

ah=75-75"30 при гр Ъ 4 см,, где го - радиус полюсников магта; г - расстояние от оси сим1„

33 метрии прибора до цент ра кривизны обкладок;

r1,Ð3 радиусы кривизны обкла;. док энергоанализатораг

D †расстояние от- плоскости20 входного окна энергоанализатора до щели приемника у

QcZ,3> - расстояние от плоскостй входного окна энергоанализатора до обкладок электростатического кон денсатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. СорIan М.A.et aiI. IEEE ТгапЗО sactions on ®oscience Electronics, VG E-16, Р 3, 185, 1978.

2. 5 he i I еу Е. G. et aI I. I EEE

:Transactions on Geoscience EIectronies > VGE -16, 9 03, 266, 1978

35 (прототип ).

993362

Составитель Н.Алимова

Техред О.Неце

Редактор М. Рачкулинец

Корректор м.лароши

Подписное

Заказ 493/71

Тираж 701

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, X-35, Раушская наб., д. 4/5

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