Масс-спектрометр Советский патент 1985 года по МПК H01J49/30 

- 11 Изобретение относится к фотоэлект рическим, электронным и газоразрядным приборам для исследования излучения или потока элементарных частиц в частности солнечного ветра. Цель изобретения - повышение разрешакндей способности масс-спектромет ра при одновременном увеличении его быстродействия за счет проведения анализа ионного состава без энергоанализа, что позволяет проводить анализ в широком диапазоне потоковых скоростей солнечного ветра, а также определять состояние плазмы в магнитосферах планет. На чертеже схематически представлено предлагаемое устройство. Масс-спектрометр содержит коллиматор 1, магнит с полюсными наконечниками 2 и 3, электрический конденса тор, состоящий из обкладок 4 и 3, коллимирующую щель 6, приемник 7. Масс-спектрометр работает следую щим образом. Исследуемый поток заряженных частиц попадает через коллиматор 1, ограничивающий угловой разброс исходного потока, во входное окно магнита, между полюсными наконечниками 2 и 3, где происходит отклонение заряженных частиц.При этом на выходе и jsjarHHTa ионы приобретают составляющую скорости, перпендикулярную входн му окну конденсатора. Величина энергии, соответствующая- приобретенной составляющей скорости Uy, зависит только от отношения M/Z для нормальн падающего на вход прибора потока ионов. Поэтому конденсатор производит отбор заряженных частиц по указанной выше энергии Uy одновременно для всех ионов с. заданной величиной M/Z в широком диапазоне их начальных энергий. Проходя коллимирующую щель 6, ионы регистрируются приемником 7 Коллиматор, установленный перед входным окном магнита, состоит из пластин, форма и расположение которы обеспечивают ограничение составляющей скорости исследуемых ионов , , направленной параллельно входному окну и поверхностям полюсников магни V та, до величины V нач. ц тлкого меньшей, чем составляющая скорости ионов Vy, имекщая то же направление после прохождения заряженными части5цами магнита, где исходная скорость иона. Ограничение отношения V дает возможность, используя предлагаемую конструкцию масс-анализатора, проводить масс-анализ ионных потоков одновременно в широком диапазоне их исходных потоковых энергий (скоростей) с хорошим разрешением по M/Z. При t/o 50 нарушаются условия для одновременной регистрации частиц определенной массы в широком диапазоне исходных потоковых скоростей и ухудшается разрешение прибора. При /о 200 уменьшается чувствительность прибора. Таким образом, указанные отличительные признаки в совокупности позволяют масс-спектрометру при наличии малой величины составлякщей начальной скорости частиц, ограниченной коллиматором, и соответствующего размещения конденсатора относительно магнита, .проводить масс-анализ ионных потоков: одновременно в широком диапазоне их исходных потоковых скоростей, что увеличивает быстродействие прибора и дает возможность увеличить его разрешение. Отклонение пластин коллиматора от указанного положения приводит к уменьшениюпрозрачности самого коллиматора к увеличению диапазона пропускаемой в магнит составляющей скорости V , ,а также .вносит дополнительные ограничения на составляющую исходной скорости , параллельную входному окну магнита и перпендикулярную составляющей нач у Ограничение %,д зависит от места влета частиц во входное окно магнита. Такое отклонение усложняет аппаратурную функцию прибора, приводит к ухудшению его чувствительности, разрешающей способности и исключает возможность одновременной регистрации ионов с одинаковыми значениями M/Z в широком диапазоне потоковых энергий. Б приближении нормально падающих на вход прибора ионов, в магните направление движения частиц изменяется на угол о( , синус которого равен где А - константа, определяницая параметры магнита и - энергия ионов на входе прибора в вольтах. что приводит к возникновению состав ляющей скорости Vu. Энергия, соотвётствукщая этой ск рости, определяется по формуле Uj А Величина ее зависит только от отношения M/Z. Указанное размеще ние конденсатора относительно магнита позволяет масс-спектрометру из общего потока падающих нормально входному окну магнита частиц вне за висимости от их исходной энергии (скорости) произвести разделение ионов только по M/Z с разрешением по массе, равным энергетическому ра решению конденсатора. Учитьгоая реальный разброс потока ионов по углу и коллимирующие свойства прибора, принимая во внимание высокое энергетическое разрешение конденсатора, разрешение масс-спект рометра определяется формулойТаким образом, отличительные признаки в-совокупности позволяют, масс-спектрометру при наличии малой величины составляющей начальной скофости частиц, ограниченной коллима- тором, и соответствующего размещения конденсатора относительно магнита, проводить масс-анализ ионных потоков одновременно в широком диапазоне их исходных потоковых скоростей, что увеличивает быстродействие прибора и дает возможность увеличить его разрешение. Проведен расчет и моделирование масс-спектрометра в лабораторных условиях. При этом выбраны следующие размеры: параметры пластин коллиматора 1/d 120; ширина полюсников магнита п-ЗО MMj зазор между полюсника-, ми магнита d 3 MMJ радиусы обкладок конденсатора г 41 MMJ г 43 мм , угол конденсатора ширина коллимируидей щели В 0,5 мм. При этом средняя разрешаклцая способность прибора по M/Z 40. Таким образом, применение изобретения позволяет увеличить разрешающую способность масс-спектрометра в два раза по сравнению с конструкцией прототипа.

МАСС-СПЕКТРОМЕТР, содержащий масс-анализатор, состоящий из постоянного магнита с плоскими полюсными наконечниками и параллельными окнами, расположенного за HMMII электростатического цилиндрического конденсатора, и приемник с коллимирую- щей щелью, отличающийся тем, что, с целью повьшения разрешакщей способности при одновременном увеличении быстродействия, он дополнительно содержит коллиматор, расположенный перед входным окном магнита, состоящий из пластин, перпендикулярных входному окну и поверхностям полюсньк наконечников магнита, конденсатор установлен так, что ось симметрии входного окна, параллельная образующим его обкладок, лежит в плоскости, проходящей через середину зазора магнита, а входное окно перпендикулярно выходноь у окну, I причем отношение размера пластин коллиматора в направлении, перпенди(Л кулярном входному окну магнита, Р, к расстоянию между соседними пластинами d удовлетворяет следующему значению 50 -т 200. а оо 4 05 О1