Космический масс-спектрометрический зонд Советский патент 1987 года по МПК H01J49/34 

а

со

00 4 Ю

КОСМИЧЕСКИЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ЗОНД, содержащий источник -высокоэнергетических заряженных частиц, масс-анализатор и детектор, отличающийся тем, что, с целью повышения .точности измерений, в него введены измеритель поте нциала корпуса зонда и регулируемый источник напряжения, вход которого соединен с измерителем потенциала корпуса зонда, а выход - с корпусом масс-анализатора, изолированного от корпуса зонда. О)

Фиг. 1

Изобретение относится к области космического приборостроения и может быть использовано для дистанционного масс-спектрометрического.анализа поверхностей космических объектов, лишенных атмосферы.

Целью изобретения является повышение точности измерений космическим масс-спектрометрическим. зондом за счет автоматического поддержания потенциала масс-спектрометра, изменяющегося под действием заряда анализируемых ионов.

Функциональная схема устройства представлена на фиг,1, 2,

На борту космического зонда 1 располагаются источник 2,заряженных частиц, включающий в себя компенсатор, измеритель 3 потенциала корпуса зонда 1, источник напряжения 4 и массанализатор 5. Стрелками отмечены соответственно потоки инжектируемых 6 и вторичных 7 ионов, характеризующие массовый состав исследуемого объекта 8.

При этом источник заряженных частиц инжектирует компенсированный поток частиц. Измеритель 3 потенциала представляет собой непроводящую штангу с измерительными электродами. Источник напряжения 4 своим входом соединен с измерителем потенциала 3, а выходом - с масс-анализатором 5.

Устройство работает следзпощим образом (рассматривается пример, воздействие на исследуемый образец проводится с помощью пучка ионов, компенсируемых потоком электронов).

Зонд с устройством на борту подлетает к исследуемому объекту на рас стояние несколько десятков метров и двигается с небольшой относительной скоростью; На исследуемый объект направляется пучок ускоренных.до 2 кэВ ионов током л/1 мА с помощью источника 2. Высаживание на коллекторе масс-анализатора 5 вторичных ионов приводит к появлению потенциала на зонде, который смещает энергетическое распределение вторичных ионов.

Измеритель 3 потенциала, опреде. лив величину потенциала зонда, управляет источником напряжения 4, который, в свою очередь, смещает на необходимую величину потенциал корпуса прибора относительно корпуса зонда 1 или энергетическое окно энергоанализатора, необходимое для компенсации разности потенциалов между зондом и .невозмущенной плазмой.

В этом случае ионы первичного пучка выбивают вторичные ионы, которые, двигаясь к зонду, регистрируются с помощью масс-анализатора 5, установленного на борту зонда 1, в необходимом энергетическом диапазоне.

Пример, Инжекция ионов привела к зарядке зонда до потенциала+20 В Спектр вторичньк ионов, выбитых первичными, хорошо известен и находится в интервале энергии 0-30 эВ, с максимумом на 15 эВ. Если масс-анализатор был настроен на этот интервал (с Eyj,g,u(, эВ ±10%), то при наличии потенциала на объекте весь спектр сместится в сторону меньших энергий.

Однако,если имеется информация о .величине потенциала и на оторванный от корпуса зонда прибор подать -20 В, то при полете к прибору вторичные ионы зонда попадут в масс-анализатор без изменения первоначальной энергии.

Предлагаемое устройство не требует фиксации места воздействия или фокусировки пучка для обеспечения высокой плотности энергии, так как в рассматриваемом случае пучок не испаряет вещество, а вызывает вторично ионную эмиссию, которая происходит при любой плотности пучка, В этой связи дистанция между зондом и объектом может быть значительной (до 300 м),

Такшуг образом, предлагаемое устройство способно проводить масс-спектрометрический анализ поверхности космических тел без посадки на него на дистанции до 300 м. Глубина анализа для значений энергии пучка (5 кэВ) и массы бомбардирующего иона (Ar) составляет А. Устройство пригодно для проведения ко.личественного анализа всех элементов о.т водорода до урана, а также изучения молекулярной структуры органических молекул.

б