Устройство для анализа спектра масс в электровакуумном диоде Советский патент 1981 года по МПК H01J49/34 

Изобретение относится к вакуумной технике, в частности к анализу спектра масс в отпаянных электровакуумных приборах при помощи собственной электродной системы. Известен трехмерный квалрупольный масс-спектрометр типа ионной ловушки, содержащий генератор высокой час тоты, другие элементы блока питания регистратор ионного тока, а также датчик с анализатором, выполненным в виде трех гиперболоидов вреицения, обеспечивающий гиперболическое распределение, потенциала в трех направлениях. Принцип разделения яонов основан на том, что при прохождении в электрическом поле с гиперболическим распределением потенциала, изменяюще ся во времени, часть ионов может иметь ограниченную амплитуду колеба НИИ, в то врюмя как амплитуда колебаний другой части ионов неограничен но возрастает. За счет выбранного электрического режима в объеме анализа накапливаются ионы лишь определенной массы(стабильные ионы). Накопленные ионы вытягивающими импульсами выводятся на регистрирующее устройство. Ионы с неограниченной амплитудой колебаний (нестабильные) нейтрализуются на электродах анализатора TI Однако при помощи данного устройства невозможно ангшизировать спектр масс в отпаянных вакуумных диодах, так как геометрия и количество электродов отпаянного диода не соответствуют датчику масс-спектрометра и для анализа диода необходимо его разрушить с выделением анализируемых газов в камеру анализатора. Наиболее близким к изобретению является устройство для анализа спектра масс в вакуумном диоде, содержащем анод и катод. Работа прибора основана на принципе циклотронного резонанса. В однородном магнитном поле датчика ионы движутся по окружности с периодом вращения, зависящим от напряженности магнитного поля и отношения массы к заряду. При нгшожении переменного электрического поля при совпадении частот колебаний электрического поля с частотой вращения ионы определенной массы движутся по раскручивающейся траектории и выводятся на коллектор. Ионы остальных масс, двигаясь по скручиваювде-раскручивгиощимся траекториям, не попадают на коллектор, т.е. не регистрируются t2. Однако масс-спектрометр функционирует со специальным датчиком, и применение его для анализа спектра масс в отпаянных диодах невозможноf поскольку геометрия и с0личество электродов отпаянного диода не соответствует датчику масс-спектрометра, ft,также необходимо разрушение диода. Цель изобретения - анализ спектра масс остаточных газов в отпаянном электровакуумном дкоде при помощи ег собственной электродной системы нера рушающим методом, повышение точности и ускорения процесса анализа. Цель достигается тем, что в устро стве для анализа спектра масс в элек тровакуумном диоДе, содержащем анод и катод, анод диода последовательно соединен с генератором высокой частоты и измерительным устройством, а катод диода соединен с низкочастотным генератором изменяющейся частоты развертки спектра масс. На фиг.1 показана схема включения диода; на фиг.2 - график распределе НИН эквивалентного потенциала в диоде, поясняющий механизм колебания ионов в межэлектродном промежутке. Устройство (фиг.1) содержит после довательно соединенные схему 1 измерения среднего тока диода, генератор 2высокой частоты, исследуемый диод 3с катодом 4 и анодом 5, генератор б малого гармонического сигнала низкой частоты, осуществляющий развертк спектра масс. При изменении частоты напряжения генератора 6 малого гармонического сигнала изменяется величина среднего тока диода 3, протекагацего под действием генератора 2 высокой частоты. Иэмерениэ тока производится схемой 1 измерения среднего тока. По зависимости среднего тока диода от частоты малого гармонического сигнала произ водится оценка состава атмосферы остаточных газов в диоде. При действии на диодный промежуток высокочастотного гармонического напряжения с амплитудой, достаточной для ионизации газовых молекул, когда в положительную полуволну напряжения потенциал электрического поля в промежутке про порционален координате в степениМ/ а в отрица-Гельную распределен линейно, и если изменение координаты иона мало по сравнению с межэлектроднь расстоянием, то средняя за период напряжения сила, действующая на ион со стороны электрического поля, мож быть записана в виде следующего выранения у . 4f iVM f{:p;1 L - -bU) J, -заряд иона; -амплитуда высокочастотног напряжения; d - межэлектродное расстояние; X - текущая координата. Распределение потенциала (фиг.2) оответствуютаего силового поля в ежэлектродном промежутке выражается ормулой -. - Йто .распределение представляНет cc6oit динамическую потенцильную яму, наличие которой определяет возможность длительных колебаний ионов между катодом и анодом. Анализ решения уравнения движения иона, в потенцигильной яме показывает, что ион колеблетвя в межэлектродном промежутке диода t частотой F , зависящей от параметров электрического режима и массы иона в соответствии с формулой . При воздействии на промежуток малым гармоническим сигналом на частоте колебаний иона последний может быть выведен на один из электродов. Уход ионов определенной массы уменьшает компенсирующее действие пространственного заряда ионов на электронный пространственный эаряд, что при- . водит к уменьшению тока в диоде. По зависимости изменения токадиода от частоты малого гармонического сигнала можно судить о составе атмосферы остаточных газов в отпгшнном электровакуумном диоде. В предлагаемом устройстве используется генератор высокой частоты с целью удержания и накопления ионов. Однако, если в известном устройстве удерживаются ионы лишь определенной массы, то в предлагаемом потенциальная дма образуется для ионов всех масс, поэтому для вывода из потенциальной ямы ионов определенной массы принципигшьно необходим генератор напряжения с частотой, совпадгиощей с частотой колебания ионов. Таким рбраэом, высокочастотное напряжение в условиях, когда ток в полоз аиягельную полуволну напряжения ограничен электронным пространственным зарядом, создает динамическую потенциальную яму, обеспечивгшадую колебания ионов всех масс, а мгшое гармоническое напряжение низкой частожъ обеспечивает увод из промежутка ионов определенной массы. В результате применения предлагаемого устройства осуществляется контроль спектра масс остаточных газов В отпаянных электровакуумных диодах,

что способствует повьшению их качества за счет совершенствования технологического процесса их изготовления и исключения из поставок потребителю приборов со скрытыми дефектами.

Формула изобретения

Устройство для анализа спектра масс в электровакуумном диоде, содержащем анод и катод, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности проведения анализа неразрушгиоцим методом, повышеяия точности и ускорения процесса анешнза, анод диода последовательно соединен с генератором высокой частоты и измерительным устройством, а катод диода соединен с низкочастотным генератором изменяющейся частоту развертки спектра масс.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Сысоев А.А., Чупахин М.С. Введение в масс-спектрометрию. М., Лтетлиздаг, 1977, сД44-14б.

2.Сысобв А.А., Чупахин М.С. Введение в масс-спектрометрию. М., Атомиздат, 1977, с.118-122 (прототип).

f /

Kamef

Д2