Источник ионов Советский патент 1983 года по МПК H01J3/04 H01J39/34 

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для получен высокой чувствительности масс-спект рометрических приборов, Известен источник ионов, содер-f жащий ионизационную камеру, выполне ную в виде усеченного конуса, электронную пушку и систему вытягивани и ускорения ионов, расположенную со стороны большего основания камеры. Ионизационная камера выполнена с цилиндрическим участком со стороны ее меньшего основания, име ющим прорези для ввода электронов в камеру, диаметр отверстия в выхо ном электроде системы вытягивания и ускорения меньше диаметров отвер стий в остальных электродах этой системы l 3. Этот источник обеспечивает сбор и вытягивание ионов из широкой области ионизации. Хотя область ионизации этого источ.ника, из которой вытягиваются ионы имеет значительно большие размеры, чем у других типов, недостатком :его является снижение коэффициента переработки вещества при увеличе:НИИ диаметра ионизационной камеры :более 10 мм и тока эмиссии более j1 мА. Увеличение области ионизации ухудшает условия фокусировки ионного пучка, так как. ионы образуются в довольно обширном пространстве, что приводит к снижению коэффициента собирания ионов, а последнее отражается на коэффициенте переработки вещества. При увеличении тока эмиссий более 1 мА пространственный заряд экранирует область образования ионо от влияния электрического поля ионной пушки. Поэтому извлечение ионов происходит только с поверхности области ионизации и при увеличении тока .эмиссии от t до 10 мА заметного увеличения ионного тока не наблю дается. Такие источники не позволя ют осуществить дальнейшее увеличение чувствительности масс-спектрометров. Целью изобретения является повы шение коэффициента выхода ионов в режиме пространственного заряда эл тронов, Цель достигается тем, что в источнике ионов, содержащем иониза ционную камеру, выполненную в виде усеченного конуса, электронную пушку и систему вытягивания и ускорения иоцрв, расположенную со стороны большего основания камеры, причем ионизационная камера выполнена с цилиндрическим yчacт oм со стороны ее меньшего основания, имеющего прорези для ввода электронов в камеру, а диаметр отверстия в выходном электроде системы меньше диаметров отверстия в остальных электродах этой системы, установлены конусообразные экранирующий и вытягивающий электроды, соосные с ионизационной камерой, при этом вершины экранирующего и вытягивающего электродов расположень на уровне верхних границ прорезей для ввода электронов в камеру. Отверстие в вершине вытягивающего электрода выбирается равным толщине электронного пучка. При выборе тока эмиссии более 2 мА электронный пучок, формируемый кольцевой электронной пушкой, в силу аксиальной симметрии создает на оси источника потенциальную яму. Образующиеся ионы дрейфуют вдоль градиента потенциала, создаваемого электронным пучком, к оси источника. За счет установки экранирующего электрода -исключается влияние вытягивающего электрода во всей области ионизации, кроме приосевой зоны. За счет установки вытягивающего электрода исключается компенсация потенциальной ямы .на оси источника. Поскольку потенциал средней части электронного пучка ниже, чем потенциал ионизационной камеры, вероятность ухода ионов На ее стенки чрезвычайно мала. Дрейф ионоввдоль градиента потенциала, создаваемого электронным пучком, и условия, создаваемые экранирующим и вытягивающим электро дами, приводят к образованию потенциального канала для извлечения и ускорения ионов. Это обеспечивает возможность расширения области ионизации практически до очень широких размеров, что обеспечивает увеличение коэффициента переработки вещества. Создание потенциального канала, обеспечивающего извлечение ионов из центра потенциальной ямы, позволяет увеличить на порядок ток эмиссии электронов, что дополнительно на порядок увеличивает коэффициент переработки вещества. Зависимость от тока эмиссии линейна по

крайней мере до 10 мА, а от давлениядо 5-10 мм рт.ст. Дополнительным достоинством такого источника является простота обеспечения малой угловой расходимости ионного пучка, поскольку ионы вытягиваются и из узкой области.

Схема предлагаемого источника приведена на чертеже,

Источник содержит ионизационную камеру 1, представляющую собой конус, переходящий в цилиндр. В цилиндрической части ионизационной камеры сделаны прорези для прохождения пучка, формируемого кольцевой электронной пушкой. В задней стенке проделано отверстие для ввода молекулярного пучка. Электронная пушка .состоит из катода 2, фокусирующего 3 и отражающего электродов. Вытягивающий электрод 5 ионной пушки, выполненный в виде усеченного конуса, защищен экраном 6. Кольцевые диафрагмы 7 предназначены для фокусировки ионов .в отверстии выходной диафрагмы, которая заземлена,..

Работает источник следующим образом. Электроны, эмиттированные

катодом и сфокусированные электронной пушкой в пучок, ионизируют молекулы анализируемой среды. 3 силу аксиальной симметрии плотность объемного заряда возрастает к центру, достигая максимального значения на оси, В образующейся потенциальной яме накапливаются положительные ионы Постоянный отсос ионов за счет вытягивающего электрода препятствует полной нейтрализации пространственного заряда электронов, и вновь образующиеся ионы, непрер)ывно попадая в потенциальную яму, могут покинуть ее главным образом, пролетев через отверстие в вытягивающем электроде.

Таким образом, предлагаемый, источник ионов позволяет получить коэффициент переработки вещества 0,2 А/мм рт.ст. при токе эмиссии 10 мА, что на порядок больше, чем

|у прототипа. Угловая расходимость ионного пучка меньше 2°(у прототипа 5-6 ). Относительный энергети.ческий разброс составляет 0,7, при энергии ионов 50 эв, что близко к величине энергетического разброса для прототипа.