Источник отрицательных ионов Советский патент 1974 года по МПК H01J3/04 

Настоящее изобретение относится к области электрофизики, занимающейся разработкой способов и устройств для нолучения и использования направленных потоков заряженных частиц, а также к области анализа материалов с помощью вторичной эмиссии заряженных частиц.

Для исследования свойств отрицательных ионов, изучения их взаимодействия с веществом, а также для аналитических целей требуется получить потоки отрицательных ионов.

Известны источники отрицательных ионов разных типов, действие которых основано на различных физических процессах, и, в частности, источиики со вторичной иоино-иоииой эмиссией.

Недостатком известных источников является то, что с помощью них можно получать иоиы только тех элементов, которые входят в состав мищеии. Так, например, для получения иоиов Ag - мищень изготавливается из Ag; иногда требуемый элемент ианосят иа иоверхиость мищеии или вводят в мищень как примесь. Такие источники не годятся для получения отрицательных иоиов от газообразных и парообразных веществ.

С целью расщирения круга рабочих веществ, повыщения стабильности работы и увеличения долговечиости источника, уирощеипя его конструкции и эксплуатации устройство

для получения положительных ионов выполнено в виде газоразрядной камеры с устройством для напуска в нее рабочего вещества п снабл ено накаливаемым катодом, отражателями электронов и анодом с отверстиями для вывода отрицательных иоиов и прохождения электронов, причем один из отражателей является мищенью и расположен напротив упомянутого отверстия для вывода ионов, а

катод располол ен но другую сторону от анода напротив отверстия для прохождения электронов.

На чертеже приведена принципиальная схема источника отрицательных ионов и его электрического питания.

Источник состоит из мишени /, эмиттера электронов 2, отражателя электронов 3 и электрода 4. Электрод 4 заземлен, мищень, эмиттер электронов и отражающий

электрод находятся при отрицательных потенциалах Ll, 1/2 и f/3 соответственно. Требуется, чтобы потенциалы f/i и Uz были не меньще нескольких десятков вольт и близкими по величине, а потенциал f/з был выще, чем С/зПредлагаемый источник действует следующим образом.

Поток электронов с эмиттера 2, отраженный электродом 3, сначала ускоряется в направлении электрода 4, а затем, пройдя сквозь

щель Б нем, замедляется в обратном поле. На

этом пути электроны ионизируют газ или пар и образуют положительные иоиы. Образующиеся в пространстве электродом 4 и мишенью положительные ионы ускоряются в направлении мишеии и выбивают из пленки адсорбироваиного на ней газа или пара отрицательные ионы. Выбитые отрицательные ионы ускоряются в иаправлеиии электрода 4, проходят сквозь щель в нем и затем используготся ио назначению. Они могут быть направлены в масс-анализатор для разделения по т е

Чем ближе потенциал IJ к потенциалу Ji, тем в бо.тьщем пространстве газа происходит ионизация молекул электронами, тем больще поток положительных нонов к мищени и тем больще при постоянном давлении в источнике ток отрицательных ионов.

В качестве источника электронов использовалась накаливаемая пропусканием тока вольфрамовая проволока 0 200 АШМ, а в качестве бомбардируемой мищеии-вольфрамовая лента размерами 30X1X0,01 мж. Термоэмиттер электронов 2 и мищень 1 были электрически соединены и находились ирн одинаковом отрицательном иотеициале t/i а. Потенциал отражающего электрода 3 был регулируемым и подбирался в опытах. Был выбран 6/3 - 100 S. относительно t/2Источник испытывался в масс-сиектрометрической установке, приспособленной для измерения токов отрицательных ионов и имеющей систему напуска газов и паров. Осуществлялся напуск органических соединений (тиофена, ацетона, диэлимамина и др.) до давлений тор и записывались массспектры отрицательных ионов при развертке по магнитному полю. При том же давлении паров для сравнения записывались массспектры ионизации паров электронамн при наиболее оптимальной для диссоциативной ионизации с образованием отрицательных ионов

энергии электронов (масс-спектрометр содержал также источник ионов с ионизацией электронами, который можно было включать вместо предлагаемого источника ионо;в. В качестве источника термоэлектронов при ионизации электронами также использовалась вольфрамовая проволока диаметром 200 мкм). Условия движения ионов в приборе при выходе из источников ионов в обоих случаях были оди10 иаковыми.

Испытания показали, что масс-спектры отрицательных ионов из обоих источников ионов былн по составу одинаковыми, но интенсивность больщинства линий в масс-спектре при

15 использовании предлагаемого источника была большей в 30-50 раз в сравнении с интенсивностью лниий при использовании источиика с ионизацией электронами. Как и все источники отрицательиых ионов

20 иа основе ионно-ионной эмиссии, предлагаемый источник ионов допускает активирование мишени для увеличения ионных токов.

Предмет изобретения

25 Источник отрицательных нонов на основе вторичиой ионно-ионной эмиссии, содержащий мишень и устройство для получеиия положительных нонов, отличающийся тем, что, с целью расширения круга рабочих веществ, повышения стабильности работы и увеличения долговечности источника, упрощения его конструкции и эксилуатации, устройство для получения положительных ионов выполнено в виде газоразрядной камеры с устройством для

5 напуска в нее рабочего вещества и снабжено накаливаемым катодом, отражателями электронов и анодом с отверстиями для вывода отрицательных ионов и прохождения электронов, причем один из отражателей является мищенью и расположен напротив отверстия для вывода ионов, а катод расположен по другую сторону от анода напротив отверстия для прохождения электронов.