ПЫЛЕУДАРНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР Российский патент 2008 года по МПК H01J49/40 

Изобретение относится к приборостроению, масс-спектрометрии, преимущественно для космических исследований.

Известен масс-спектрометр, содержащий мишень, плоский электростатический отражатель, приемник ионов, электростатический цилиндрический отражатель, фокусирующие электроды полусферической формы, блок обработки ионного спектра, источник ионов, управляющую сетку, ускоряющую сетку, выходную сетку, нагреватель, отражатель, источник тока нагревателя, источник тока и напряжения отражателя, источник напряжения отражающей сетки, источник изменяемого во времени импульсного напряжения, выталкивающую сетку и источник напряжения (патент №2122257 МПК Н01J 49/40, опубл. 20.11.98, бюл. №32).

Недостатками являются малая разрешающая способность на больших массах и высокие потери ионов.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является пылеударный масс-спектрометр, содержащий мишень, приемники ионов, иммерсионную линзу, состоящую из отражающей сетки и заземленной сетки, выталкивающую сетку, четыре тороидальных дефлектора, каждый из которых состоит из внутреннего отклоняющего электрода и внешнего отклоняющего электрода, источник отклоняющих напряжений, усилитель, электронный ключ, источник изменяемого во времени импульсного напряжения, источник напряжения, блок обработки ионных спектров и блок индикации (патент №2235386 МПК Н01J 49/40, опуб. 27.08.2004, бюл. №24).

Недостатком прототипа является малая достоверность измерений, вызванная зависимостью результатов измерений от места удара микрометеорита с мишенью, что типично для пылеударных масс-спектрометров.

Поставлена задача, разработать пылеударный масс-спектрометр с высокой достоверностью измерений, позволяющей расширить функциональные возможности, повысить чистоту эксперимента по определению состава пылевых частиц.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве, содержащем мишень, заземленную сетку, четыре приемника ионов, четыре тороидальных дефлектора, каждый из которых состоит из внутреннего отражающего электрода и внешнего отражающего электрода и расположенных с обратной стороны мишени, причем выходы тороидальных дефлекторов совмещены между собой и с отверстием в центре мишени, а выходы расположены рядом с соответствующими приемниками ионов, источник напряжения, блок обработки ионных спектров и блок индикации, согласно изобретению мишень выполнена полусферической с центральным отверстием, в которую концентрично установлена полусферическая сетка, за которой по линии ее среза расположена заземленная сетка, внутри отверстия мишени расположена цилиндрическая сетка, соосно мишени за заземляющей сеткой установлен обращенный к мишени параболический отражатель с вложенной в него параболической сеткой; внутренние отклоняющие электроды и внешние отклоняющие электроды тороидальных дефлекторов и параболический отражатель подключены к выходам источника напряжения, полусферическая сетка, заземленная сетка, цилиндрическая сетка и параболическая сетка соединены друг с другом и заземлены, к входам блока обработки ионных спектров подключены приемники ионов, а к выходу - блок индикации.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Пылеударный масс-спектрометр содержит полусферическую мишень 1 с одним отверстием в центре ее поверхности, полусферическую сетку 2, концентрически вложенную в мишень, заземленную сетку 3, расположенную по линии среза полусферической сетки 2, цилиндрическую сетку 4, вложенную в отверстие мишени, четыре приемника ионов 5, четыре тороидальных дефлектора, каждый из которых состоит из внутреннего отклоняющего электрода 6 и внешнего отклоняющего электрода 7, причем входы тороидальных дефлекторов совмещены между собой и с отверстием в полусферической мишени 1, а выходы расположены рядом с соответствующими приемниками ионов 5, параболический отражатель 8, расположенный за заземленной сеткой 3 так, что его фокус совпадает с центром полусферической мишени 1 и обращен к ней, параболическую сетку 9, вложенную в параболический отражатель 8, источник напряжения 10, блок обработки ионных спектров 11 и блок индикации 12. Полусферическая мишень 1, внутренние отклоняющие электроды 6 и внешние отклоняющие электроды 7 тороидальных дефлекторов и параболический отражатель 8 подключены к выходам источника напряжения 10, полусферическая сетка 2, заземленная сетка 3, цилиндрическая сетка 4 и параболическая сетка 9 соединены друг с другом и заземлены, ко входам блока обработки ионных спектров 11 подключены приемники ионов 5, а к выходу - блок индикации 12.

Устройство работает следующим образом. Микрометеорит или пылевая частица соударяется с внутренней стороной полусферической мишени 1 и в результате ударной ионизации превращается в слабоионизированный газ. Под действием электрического поля между полусферической мишенью 1 и полусферической сеткой 2 ионы газа ускоряются в направлении к центру полусферической мишени. В пространстве, ограниченном полусферической сеткой 2 и заземленной сеткой 3, ионы движутся равномерно. Поскольку фокус параболического отражателя 8 совпадает с центрами полусферической мишени 1 и полусферической сетки 2, то расстояние от любой точки поверхности мишени до фокуса параболического отражателя 8 одинаково и все ионы пройдут через фокус параболического отражателя 8, образовав при отражении коллинеарный поток, направленный в отверстие полусферической мишени 1. Далее ионы попадают в один из четырех тороидальных дефлекторов, оброзованных внутренними отклоняющими электродами 6 и внешними отклоняющими электродами 7, и пройдя через них фиксируются приемниками ионов. Каждый тороидальный дефлектор настроен на свой диапазон масс, что обеспечивает более широкий динамический диапазон исследуемых масс ионов. Спектры от отдельных приемников ионов 5 и 11 отображаются блоком индикации 12.

Поскольку ионы проходят сквозь полусферическую мишень 1 одним сфокусированным потоком, большая площадь полусферической мишени 1 является рабочей, что обеспечивает больший коэффициент сбора ионов, а следовательно, увеличивает чувствительность пылеударного масс-спектрометра.

Путь, пройденный ионами от любой точки соударения микрометеорита с полусферической мишенью 1 до одного из приемников ионов 5, постоянен, что устраняет зависимость результатов измерений от места соударения и обеспечивает увеличение достоверности результатов работы пылеударного масс-спектрометра.

Изобретение относится к приборостроению, средствам автоматизации и системам управления, а именно к области космических исследований. Пылеударный масс-спектрометр содержит полусферическую мишень с одним отверстием в центре ее поверхности, что увеличивает вероятность соударения мишени с микрометеоритом при тех же размерах масс-спектрометра. Ускоряющий зазор представляет собой объем, ограниченный концентрически расположенными полусферической мишенью и полусферической сеткой, что обеспечивает равные длины траекторий ионов и тем самым устраняет зависимость результатов измерений от места соударения и обеспечивает увеличение достоверности результатов измерений. Параболический отражатель фокусирует ионы в параллельный поток, направленный точно в отверстие полусферической мишени. Разработанный масс-спектрометр обладает более высоким коэффициентом сбора. 1 ил.

Пылеударный масс-спектрометр, содержащий мишень, заземленную сетку, четыре приемника ионов, четыре тороидальных дефлектора, каждый из которых состоит из внутреннего отражающего электрода и внешнего отражающего электрода, расположенных с обратной стороны мишени, причем входы тороидальных дефлекторов совмещены между собой и с отверстием в центре мишени, а выходы расположены рядом с соответствующими приемниками ионов, источник напряжения, блок обработки ионных спектров и блок индикации, отличающийся тем, что мишень выполнена полусферической с центральным отверстием, в которую концентрично установлена полусферическая сетка, за которой по линии ее среза расположена заземленная сетка, внутри отверстия мишени расположена цилиндрическая сетка, соосно с мишенью за заземляющей сеткой установлен обращенный к мишени параболический отражатель с вложенной в него параболической сеткой; внутренние отклоняющие электроды и внешние отклоняющие электроды тороидальных дефлекторов и параболический отражатель подключены к выходам источника напряжения, полусферическая сетка, заземленная сетка, цилиндрическая сетка и параболическая сетка соединены друг с другом и заземлены, к входам блока обработки ионных спектров подключены приемники ионов, а к выходу - блок индикации.