Устройство для установки образцов при масс-спектрометрических исследованиях Советский патент 1983 года по МПК H01J49/04 H01J49/26 

Изобрптоние относится к физике твердого тела, я частности к массспектрометрни и может быть использовано в устройствах для смены образцов, находящихся в вакууме или под давлением, точной их фиксации и npoiрева до заданной температуры в масс-спектрометрах, работающих, в частности по методу вторичной ионной эмиссии.

Известно устройство для образцов спуск-регулятор с црям1лм стержнем. Ходовое колесо имеет два ряда шпилек расположенных коаксиально, и стерже 1Ь-упор. Под действием груза упор поочередно западает во внешний и внутренние ряды шпилек ij ,

Недостатком является то, что устройство не дает точного воспроизводства угловой координаты из-за неопределенности места контакта, возникающей от геометрических пoгpel JHocтeй (из-за формы неравномерности разметки центров шпилек и др.), а также отсутствуют приспособления для юстировки образца в пространстве по трем координатам и точной фиксации образца .

Наиболее близким к предла гаемому является масс-спектрометр, содержащи многогранную призму, на которой расположены держатели положения образцо привод и механизм фиксации 2 .

Однако данное устройство не имеет обратной связи с оператором и не обладает достаточной точностью установления положения образца, что сказывается на точности измерений массспектров .

Цель изобретения - повышение точности фиксации положения образца., упрощение конструкции и удобство эксплуатации.

Указанная цель достих ается тем, что устройство для установки образцов при масс-спектрометрических исследованиях поверхности твердого тела, содержащее многогранную призму, на которой расположены держатели образцов, привод и механизм фиксации положения образцов, механизм фиксации положения образцов содержит барабан с двумя рядами установленных на эксцентриках трехгранных призм, д;ва ограничителя хода в виде двух коаксиальных ступенчатых цилиндров, электрически соединенные с основанием многогранной призмы, стопорный сектор и измерительный электрод, выподненный в виде сектора цилиндра, расположенного между ограничителями хода, и подключенный к измерительной схеме,,, при этом радиус цилиндрической поверхности стопорного сектора равен расстоянию от точки касания острой грани трехгранной призмы с цилиндрической поверхностью стопорного сектора до его оси вращения.

Устройство снабжено компенсатором хода, ныполненнкм в виде двух встреч -г)-соединенных пружин, раположенных между делительным механизмом и приводом.

При этом многогранная призма укреплена на паровой опоре с регуляторами, выполненными в плоскости, перпендику.чярной к оси устройства.

На фи1.1 показан продольный разрез по оси; на фиг.2 - разрез Л-Л на фиг.1; на фиг.З - в более крупном мас11 табе элемент точной фиксации образца; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.З; на фиг.З - электрическаясхема предлагаемого устройства.

Устройство содержит многогранную призму 1 с укрепленным на ней держателем 2 образца, спиральнуюпружину 3. Призма 1 установлена на оси 4, укрепленной на кронштейне 5 и зафиксированной с помощью фасонной шайбы () . КроН11.1тейн 5 прикреплен к основанию 7. Пружина закреплена одним концом к кронштейну 5 с помощью стержня 8, другим - к многогра.нной призме с пс5мо1цью заклепки 9. Па многогранной призме 1 через каждые ЗО укреплены вспомогательные трехгранные призмы 10, положение которых может регулироваться в определенных пределах, что позволяет обеспечить точную установку образца относительно оси бомбардирующего пучка частиц. Трехгранная призма 10 опирается на цилиндрическую поверхность стопорного сектора 11, при этом ось цилиндра,часть которого является опорная поверхност стопсзрного сектора , совпадает с осью вращения стопорного сектора 11. Амплитуда колебаний стопорного сектора 11 ограничивается двумя коаксиально расположенными цилиндрами 12 и 13, ступенчатообразными по образующей и служащими одновременно элементами емкостного датчика номера образца.

Измерительная емкость образуется между поверхностью цилиндра 12 и электродом 14, укрепленным на изолированном выводе 1Ь нагревателя 16, Второй конец нагревателя закреплен на стойке 17, соединенной с основанием 7. Упор 18 ограничивает продольный поворот многогранной .

Вокруг оси 19, укрепленной на кронштейне 20 (фиг.2), приваренному к основанию 7, вращается стопорный сектор 11. Опорный конец стопорного сектора 11 и основание 21 стопорного сектора с расположенной в нем осью 19 выполнены из проводящего материал и электрически разделены изоляционно вставкой 22, Основание 7 укреплено на трубе 23, имеющей на втором конце фланец, вакуумно-плотно соединенный с изоляторами 24 и 25. К изолятору 24 приваривается втулка 26, между .этой втулкой и фланцем 28 приваривается на вакуум сильфов 27, На шаровую поверхность фланца 28, служащего базой всегб механизма опирается втулка 29 со сферической поверхностью. Прижим втулки 29 к ша ровой поверхности фланца осуществлгяется с помощью фланца 30, шпилек 31 гаек 32 и пружины 33, На резьбовую часть сферической втулки 29 навёртывается разрезная гайка 34, которая скреплена кольцом 35, имеющим четыре равномерно расположенные по окружнос ти выточки, в которые вставлены регу лирующие болты 36. На кольце 35 шарнирно закрепле,ны болты 36, Гайка 34 может в кольце 35 свободно вращаться но не смещается в осевом направлении так как установлена стопорная шай.ба 37. С другой стороны.болты 36 проходят в отверстия планок 38 и регулируются гайкой .39, На изоляторе 25 ук реплена втулка 40, которая через сильфон 41 сварена со штоком 42, В результате шток 42 вводится в вакуум Шток 42 имеет на одном конце шаровое окончание 43, на другом - компенсато разности хода, состоящий из. стержня 44, пружин 45 и 46и втулки 47, На втулке 40 укреплен стакан 48 с валом 49 и эксцентриком 50, Пружина 51 слу жит для компенсации давления атмосферы и укреплена на штоке 42с по- мощью скобы 52, Шпонка 53 служит для фиксации штока 42 от поворота во ..втулке 40, Проводником 54 шток соединен со стойкой, которая является одним из выводов 15 нагревателя. На фиг.2 показаны в другой проекции, чем на фиг.1, следующие детали устройства: многогранная призма 1, кронштейн 5, фасонная шайба 6, основание 7, кронш ейн 20 и фланец 28, С целью повьпиения стабильности воспроизведения угловой координаты при смене образца в делительных зубьях используются два ряда трехгранных призм, расположенных, как указано на фиг.З, где многогранная призма 1, внешний и внутренний ограничители хода - цилиндры 12 и 13, стопорного сектора 11, эксцентриковаяшайба 55. для крепления вспомогательных, трехгранных призм 10 с помощью винтов 56 и планок 57, На фиг,4 показано в более крупном масштабе крепление трехгранной призмы 10 на многогранной призме 1,Здесь болт 58 и шайба 59 служат для крепления эксцентриковой шайбы 55 на Многогранной призме 1, При регулировке трехгранной призмы 10 добиваются, чтобы плоскость об наружного ряда трехгранных призм находилась на касательной к окружнос ти с диаметром Dj , асторона р нижнего ряда трехгранных призм не должна пересекать эту окружность, . Устройство работает следующим of разом. Образцы устанавливаются на многогранную призму 1 и предварительно юстируются поворотом эксцентриковой шайбы 55 и трехгранной призмы 10 таким образом, чтобы нормаль каждого образцу при его верхнем положении совпадала с осью пучка, после чего все. устройство устанавливается в вакуумную камеру масс-спектрс етра и на один из образцов направляется пучок первичных ионов, Смена, образцов под пучком происходит путем шагового рвижения многогранной призмы 1, что осуществляется следующим образом. Вращательное движение вала 49 преобразуется с помощью эксцентрика 50 в возвратно-поступательное движение штока 42 и передается им в вакуумную камеру на стопорный сектор 11, приводя его в колебательное движение вокруг его оси. При этом сектор 11 сходит с острой грани трехгранной призмы 10 наружного ряда трехгранных призм ирастормаживает многогранную; призму 1, которая поворачивается на 1/24 часть полного поворота, до упора в острую грань внутреннего ряда трехгранных призм 10, Возвращение стопора 11 в исходное состояние снова растормаживает многогранную призму до упора на наружном ряду . трехгранных призм. В результате одного возвратнопоступательного движения штока многогранная призма 1 с образцами поворачивается на 1/12 оборота. Положение образца относительно оси бомбардирующих ча;стиц можно менять с помощью гайки 34. При вращении гайки 34 ПРОИСХОДИТ поступательное движение втулки 26, и, следовательно, связанной с ним трубы 23 и основания 7, что, всвою очередь, приводит к смещению образца. Смещение по осям X и Y достигается пут.ем поворота шаровой опоры втулки 29, болтами 36 и гайками 39, что ведет к перемещению втулки 26, а также связанных с ней жестко всех деталей, в том числе трубы 23 и основания 7, и, следовательно, многогранной призмы 1, Для подачи электрического напряжения на нагреватель и образец, а также для измерения емкости образца относительно окружающих элементов используются те же элементы, что и для передачи механических движений. Электрическая схема кассеты вместе с наружными элементами, слу- жащими для разделения цепей питания, показана на фиг.5, где R - сопротивление нагревателя; с, - паразитная емкость монтажа; Сц - измерительная емкость обкладки - пластины S1051617в (электрода l4) относительно цилинд- Таким образом, предлагаемое устра 12; - индуктивность раздели-|ройство позволяет производить юстительного дросселя внешней схемы; CB ,ровку образцов в процессе.работьа C5j - емкости блокировочных цепеймасс-спектрометра без вскрытия посвнешней схемы. ..леднего, производить нагрев до заБуквами и, S ,с показаны точки 5данной температуры индивидуально для подключения кассеты к внешней схеме.каждого образца (за счет радиационноНапряжение 2 кВ подается в клем- .го нагрева) . Взвод кассеты произвомы внешней схемы по пути: фланецдится при зарядке. Измерение темпетрубы 23, труба 23, основание 7,ратуры производится с помощью конкронштейн 5, ось 4 многогранная приз-10тактной термопары (тогда вывод на ма 1, держателя образца 2. Корпустермопару через дополнительный изолякамеры подсоединяется к клемме внеш-тор) либо по сопротивлению нагреваней электрической схемы. Низковольт-теля, времени нагрева и специальной ное. постоянное напряжение для накалапредварительно снятой таблицы. нагревателя и радиочастотный сигнал Внедрение кассеты может дать экодля Измерения емкости нагревателяномический эффект за счет уменьшения (Сщ+ Си) подается по такому пути:операционного времени на об.служивастакан 48, шток 42, проводник 54,ние масс-спектрометра (порядка 1 ч стойка 17, нагреватель 16, стойкана образец), экономии электроэнергии l7, основание 7, труба 23.и жидкого азота.

ff

20

1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВКИ ОБРАЗЦОВ ПРИ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ поверхности твердого тела, содержащее многогранную призму, на которой расположены держатели образцов, привод и механизм фиксации положения образцов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности фиксации положения образца, упрощения конструкции, удобства эксплуатации, механизм фиксации положения образцов содержит барабан с двумя рядами установленных на эксцентриках трехгранных призм, два ограничителя хода в виде двух коаксиальных ступенчатых цилиндров, электрически соединенных с основанием многогранной призмы, стопорный сектор и измерительный электрод, выполненный в виде сектора цилиндра, расположенного между ограничителями хода, и подключенный к измерительной схеме, при этом радиус цилиндрической поверхности стопорного сектора равен расстоянию от точки касания острой грани трехгранной призмы с цилиндрической поверхностью стопорного сектора до его оси вращения. 2. Устройство по п. 1, о т л ичающеес я тем, что оно снабСЛ жено компенсатором хода, выполненным в виде двух встречно-соединенных пружин, расположенных между делительным механизмом и приводом. 3. Устройство по п.п. 1 и 2, о тличаю-щеес я тем, что многогранная призма укреплена на шаровой опоре с регуляторами, выполненными в плоскости, перпендикулярной к оси СП устройства.

tfoprrt/c

ftOMfpbl

(90Ь)

:аг

С .oc

-2000 ft -н

фие.5