ЦИКЛИЧЕСКИЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР ГАЗОВЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 2014 года по МПК H01J49/00 

Изобретение относится к приборостроению, средствам автоматизации и системам управления, а именно к области космических исследований, и может быть использовано в ходе натурного эксперимента для измерения элементного состава собственной внешней атмосферы космического аппарата.

Известен прибор пылеударный масс-спектрометр (патент RU 2235386 С2, МПК H01J 49/40, опубл. 27.08.04), содержащий мишень, четыре тороидальных отклоняющих системы и приемник ионов.

Недостатками прибора являются единичное использование каждого дефлектора при пролете ионных пакетов и фиксированный диапазон исследуемых масс.

В качестве прототипа выбран пылеударный масс-спектрометр (патент RU 2326465 С2, МПК H01J 49/40, опубл. 20.01.08), содержащий полусферическую мишень, заземленную сетку, четыре приемника ионов, четыре тороидальных дефлектора, каждый из которых состоит из внутреннего отражающего и внешнего отражающего электрода, источник напряжения, блок обработки ионных спектров, блок индикации, полусферическую сетку, цилиндрическую сетку, параболический отражатель и параболическую сетку.

Недостатком прототипа является фиксированные отклоняющие напряжения, а следовательно, ограниченный диапазон исследуемых масс.

В основу изобретения поставлена задача улучшения функциональных характеристик прибора (расширение диапазона исследуемых масс с сохранением или увеличением разрешающей способности прибора).

Задача решается тем, что циклический масс-спектрометр газовых частиц, содержащий приемник ионов, три тороидальных дефлектора, каждый из которых состоит из внешнего отражающего электрода и внутреннего отражающего электрода, блок обработки ионных спектров и заземленные сетки, согласно изобретению дополнительно снабжен ионным источником, подключенным к блоку обработки спектров, выталкивающей сеткой, подключенной к генератору выталкивающих импульсов, отклоняющим электродом, подключенным к генератору отклоняющих импульсов, генератором отклоняющего напряжения тороидальных дефлекторов, подключенным к внешним отражающим электродам, генераторы напряжений подключенны к устройству синхронизации, тороидальные дефлекторы расположены друг за другом и обеспечивают циклический пролет ионов, в пространстве дрейфа установлены выравнивающие сетки и фокусаторы, представляющие собой квадруполи или фокусирующие кольца.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство определения элементного состава газов, состоит из блока обработки спектров 1, подключенного к устройству синхронизации 2 и приемнику ионов 3, источника ионов 4, подключенного к устройству синхронизации 2, генератора выталкивающих импульсов 5, подключенного к ускоряющей сетке 6 и устройству синхронизации 2, генератора отклоняющих импульсов 7, подключенного к отклоняющей сетке 8 и устройству синхронизации 2, генератора отклоняющего напряжения тороидальных дефлекторов 9, подключенного к внешним обкладкам- тороидальных дефлекторов 10 и устройству синхронизации 2, заземленных обкладок тороидальных дефлекторов 11, заземленного электрода отклоняющего промежутка 12, выравнивающих сеток 13, а также фокусаторов 14.

Устройство работает следующим образом. Блок управления 1 подает управляющую команду в устройство синхронизации 2, команда содержит необходимые данные, включающие в себя уровни напряжений на внешних обкладках тороидальных дефлекторов 10, а также расчетное время подачи отклоняющего импульса. Устройство синхронизации 2 подает управляющий импульс источнику ионов 4, источник ионов ионизирует вещество внутри ускоряющего промежутка (между выравнивающей сеткой 13 и ускоряющей сектой 6). После чего устройство синхронизации 2 подает команду на генератор выталкивающих импульсов 5, который, в свою очередь, подает выталкивающий импульс на ускоряющую сетку 6. Также устройство синхронизации 2 подает команду на генератор отклоняющего напряжения 9, в соответствии с которой задается уровень напряжения на внешних обкладках тороидальных дефлекторов 10. Ионы, вылетев из ускоряющего промежутка, попадают в первый тороидальный дефлектор, внутри которого происходит сепарация ионов по массам. Ионы, не отвечающие заданному на обкладке 10 напряжению, оседают на одной из обкладок тороидального дефлектора, остальные ионы проходят через тороидальный дефлектор, выравнивающую сетку 13, которая обеспечивает равномерность поля в пространстве дрейфа, через фокусирующую систему 14, через еще одну выравнивающую сетку 13 в следующий тороидальный дефлектор, далее, ионы тем же путем пролетают через еще два тороидальных дефлектора и вновь попадают в первый, таким образом их траектория замыкается и цикл повторяется снова. При достижении расчетного времени подачи отклоняющего импульса устройство синхронизации 2 подает сигнал генератору отклоняющих импульсов 7, который в свою очередь передает отклоняющий импульс на отклоняющую сетку 8, пучок ионов разворачивается в приемник ионов 3. Варьируя напряжение на внешних обкладках тороидальных дефлекторах 10, а также расчетное время подачи отклоняющего импульса, можно производить сканирование масс во всем представляющем интерес диапазоне масс, при этом увеличивая время подачи отклоняющего импульса с сохранением заданного уровня напряжений на внешних обкладках тороидальных дефлекторов 10, можно увеличить время пролета ионов соответствующей массы, что в свою очередь позволяет увеличить разрешающую способность в данной области спектра.

Изобретение относится к приборостроению, средствам автоматизации и системам управления, а именно к области космических исследований, и может быть использовано в ходе натурного эксперимента для измерения элементного состава собственной внешней атмосферы космического аппарата. Технический результат - расширение диапазона исследуемых масс с увеличением разрешающей способности. Циклический масс-спектрометр газовых частиц содержит приемник ионов, три тороидальных дефлектора, блок обработки ионных спектров и заземленные сетки, дополнительно снабжен ионным источником, подключенным к блоку обработки спектров, выталкивающей сеткой, подключенной к генератору выталкивающих импульсов, отклоняющим электродом, подключенным к генератору отклоняющих импульсов, генератором отклоняющего напряжения тороидальных дефлекторов, подключенным к внешним отражающим электродам, генераторы напряжений подключены к устройству синхронизации, тороидальные дефлекторы расположены друг за другом и обеспечивают циклический пролет ионов. В пространстве дрейфа установлены выравнивающие сетки и фокусаторы, представляющие собой квадруполи или фокусирующие кольца. 1 ил.

Циклический масс-спектрометр газовых частиц, содержащий приемник ионов, три тороидальных дефлектора, каждый из которых состоит из внешнего отражающего электрода и внутреннего отражающего электрода, блок обработки ионных спектров и заземленные сетки, отличающийся тем, что дополнительно снабжен ионным источником, подключенным к блоку обработки спектров, выталкивающей сеткой, подключенной к генератору выталкивающих импульсов, отклоняющим электродом, подключенным к генератору отклоняющих импульсов, генератором отклоняющего напряжения тороидальных дефлекторов, подключенным к внешним отражающим электродам, генераторы напряжений подключенны к устройству синхронизации, тороидальные дефлекторы расположены друг за другом и обеспечивают циклический пролет ионов, в пространстве дрейфа установлены выравнивающие сетки и фокусаторы, представляющие собой квадруполи или фокусирующие кольца.