Источник ионов Советский патент 1987 года по МПК H01J27/04 

Изобретение относится к масс-спек трометрии при исследовании веществ в твердой и газообразной фазах. Целью изобретения является улучше ние фокусировки пучка и повышение ег .плотности. На чертеже изображен источник ионов. Источник содержит анод 1, катод 2 электрод-коллектор 3 электронов, сие тему формирования пучка ионов, образованную тормозящим электродом 4, эк раном 5 и управляющим электродом 6. Между электродом-коллектором 3 и айо - дом 1 установлен электромагнит.7. Система подачи рабочего вещества включает лазер с системой 8 фокусировки лазерного пучка в центре электрода-коллектора 3. На оси катода 2 выполнено отверстие 9 для выхода пучка ионов 10. На чертеже также показан пучок электронов 11. Кроме источника питания, включенного между анодом 1 и катодом 2, введен дополнительный источник, включенный между электродом-коллектором 3 и анодом 1 (на чертеже схематично изображены клеммами с указанием примера распределения потенциалов). Источник работает следующим образом. Между анодо 1, катодом 2 и электродом-коллектором 3 подается ускоря ющее напряжение для электронов 11 пр их движении от катода 2 к. электроду- коллектору 3. При этом основное падение напряжения (98%) происходит в области анод-катод. Это же поле уско ряет ионы 10, движущиеся от электрода-коллектора 3 к катоду 2. За экраном 5 ионы попадают в тормозящее поле, созданное электродом 4. Потенциал на электроде 6 определяет конечную энергию иона. Рассмотрим работу устройства на примере газообразной мишени, которая с помощью системы подачи рабочего ве щества заполняет область между анодо 1 и электродом-коллектором 3. Так ка .ка(. то цилиндрический пучок электронов 11 будет иметь максимальную плотность на оси источника, кото рая будет спадатьот центра к перифе рии пучка, образуя потенциальную яму 55 для ионов. Плотность пучка электронов 11 на оси в этой конфигурации будет мало меняться на пути от электрода-коллектора к катоду. Образованные внутри пучка электронов 11 ионы 10 полем пространственногозаряда будут засасываться к оси пучка электронов 11. Движение ионов к катоду обеспечивается тем, что между анодом и электродом-коллектором подается разность потенциалов, обеспечивающая движение ионов к аноду (в слабом поле) и далее к катоду (в сильном поле). Таким образом, ион, который образуется в области между электродомколлектором и анодом при исследовании газообразного вещества, будет сдвигаться к оси пучка электронов и далее к катоду, ускорившись при этом до максимальной энергии, отвечающий разности потенциалов на ускоряющем электроде. Пройдя сквозь отверстие в катоде и потеряв () своей энергии при движении между катодом 2 и тормозящим электродом 4, ион подается на . вход масс-анализатора в поле коррекции его энергии потенциалов на экране 6. Экран 6 препятствует попаданию электронов на электрод 4. В обычных ускорителях электронов (без отверстия в центре катода) при инжекции пучка в условиях низкого вакуума ( Торр) ионы попадают на катод и образуют, так называемое, катодное пятно, которое хорошо видно визуально. При: исследовании твердой мишени достаточно коллектор заменить исследуемым образцом и обеспечить плоткость энергии пучка такой, чтобы происходило испарение вещества. На этом пути можно и сфокусировать пучок на мишени с помощью магнитного поля электромагнита 7. При облучении твердой мишени энергетический верхний предел разброса пучка ионов будет значительно ниже разброса при исследовании вещества в газообразной фазе. Последний не будет превьш1ать для рассматриваемого случая 100 В и ограничивается напряжением, поданным между коллектором и анодом. Имеется принципиальная возможность. снижения этой разности потенциалов и тем самым энергетического разброса ионов. Предлагаемое устройство можно так® использовать в комбинации с другим источником ионов, способным образовать ионы, например с лазерным. В этом случае лазер с системой фокусировки лазерного излучения, располо3 1 женной на оси электрода-коллектора электронов, заменяет собой систему подачи рабочего вещества. Предлагаемое устройство может выполнять функции, связанные со сбором, фокусировкой и транспортировкой ионов. Пучок электронов, в данном случае может быть низкоэнергичным, малой мощности и направлен на исследуемый твердотельный образец. 34 Сфокусированное в пятно излучение лазера с необходимой удельной плотностью энергии (10 способное испарять и ионизировать исследуемое вещество, нацравляют строго в центр пятна, образованного пучком электронов. Образованные под воздействием лазерного излучения ионы, как было показано выше, будут захвачены и транспортированы вдоль пучка электронов,

1. ИСТОЧНИК ИОНОВ преимущественно для масс-спектрометрии, содержащий катод, анод, систему формирования пучка ионов, систему подачи рабочего вещества и источник питания, отличающийся тем, что, с целью улучшения фокусировки пучка и : повышения его плотности, катод выполнен в виде диска, с отверстием на . оси, введен электрод-коллектор электронов, соосный отверстию в катоде, анод выполнен в виде кольца и установлен между катодом и коллектором, электронов, система формирования пучка установлена со стороны катода, противоположной аноду, введен дополнительный источник питания, положительный полюс которого соединен с электродом-коллектором, а отрицательный с анодом, и меяду катодом и системой формирования пучка установлен, по крайней мере, один экран. 2.Источник ионов по п.1, отличающийся тем, что.система подачи рабочего вещества снабжена лазером и системой фокусировки лазерного (Л излучения в центре электрода-коллектора электронов. 3.Источник ионов по п.1, о т л ичающийся тем, что введена магнитная система фокусировки электронов в виде соленоида, установленного между анодом и коллектором-элек.. тродом электронов. 00 Од