Призменный масс-спектрометр Советский патент 1982 года по МПК H01J49/32 

(54 ПРИЗМЕННЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР

1

Изобретение относится к массспектральному приборостроению. Характерными признаками призмен-:

ных приборов является наличие двумер ной магнитной призмы, отклоняющих те,лескопических. систем и двух линз коллиматорной и фокусирующей (в. частности трансаксиальных линз;, в фокальных плоскостях которых помещены цели источника и приемника ионов. РОЛЬ диспергирующего элемента выполняет магнитная призма, а ахроматизация достигается применением в ионнооптической схеме электррйтатических систем 1илиндрических-линз Г Известные устройства характеризуют;ся недостаточной размещающей способностью и светосилой.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является .призменный масс-спектрометр, содержащий источники приемник ионов, две,элект ростатические линзы и две отклоняющие телескопические электростатические системы, между которыми расположена магнитная телескопическая система, представляющая собой магнитную призму с двумерным магнитным полем П 2 .

Этот прибор обладает значительной разрешающей способностью и светосилой, однако дальнейшее увеличение его дисперсии, а следовательно, и разрешающей способности,.вследствие ограниченности угловой дисперсии магнитной призмы, может быть достигнуто только путем увеличения длины плеч спектрометра (фокусного рас10стояния коллиматорной и фокусирующей трансаксиальных линз), что в свою очередь приводит к значительному уменьшению светосилы прибора, величина которой в симметричном варианте

15 обратно пропорциональн,а квадрату дЬины его- плеч. Кроме того, полный угол отклонения ионов в магнитной дисперсионной системе невелик, вследствие чего прибор оказывается

20 некомпактным - вытянутым в одном направлении .

: Цель изобретения - увеличение дис Персиии разрешающей способности призменного масс-спектрометра без

25 уменьшения его светосилы, а также уменьшение габаритных размеров прибора .

Указанная цель достигается тем, что в призменном масс-спектрометре,

30 содержащем источник и приемник ионов две электростатические линзы и две отклоняющие телескопические эдектростатические систеки, между которыло расположена магнитная диспергирующая система, диспергирующая система выполнена в виде электромагнита с тремя парами, полюсов, каждая из которых представляет .;собой магнитную призму с двумерным магнитным полем. На чертеже схематически представлен предлагаемый масс-спектрометр . общий вид и ход ионных траекторий в проекции на среднюю плоскость, , Щель источника 1 ионов расположена в фокальной плоскости коллиматорной электростатической иммерсионной линзы 2 ( на рисунке показана трансаксиальная электростатическая линза). За этой линзой под углом V. к оси пучка помеи ена первая электростатическая телескопическая система 3, Вследствие разности потенциалов между крайними электродами элект ростатической телескопической системы .углы V2 и V между- осью пучка и нормалью к граням телескопической системы разные. Крайний {со стороны источника ионов) электрод фокусирующей линзы 2 и крайний{со,стороны магнитной диспергирующей системы) электрод электростатической телескопической системынаходятся под потенциалом Земли Vt, соответствующем энергии ионов - eV , {Потенциал нормирован так, что он равен нулю, где равна нулю энергия частиц). Потенциал на ср,еднем эл.ектроде линзы 2 рассчитывается на основании решения соответствующих уравнений движения так, чтобы фокальная плоскость линзы бьгпа совмещена с плоскостью щели источника 1 ионов е. Потенциал на сред нем электроде электростатической телескопической системы рассчитывается так, чтобы удовлетворить условию ее телескопичности. Потенциал W на общем для линзы и электростатиче кой телескопической системы электроде, угол V и угол (/ - входа пучка в каждую Призму магнитной диспер сионной системы должны удовлетворят равенству V (3- + 3tg с. ctgM YV,. Вторая электростатическая телескопи ческая система 3, примыкающая к ней фс5кусирующая линза 4 и щель 5 прием ника ионов находятся в такой же кон с руктивной взаимосвязи, что и истВчИик 1 и электроды. Магнитная дис пергирующая система расположена меж ду первой и второй электростатическими системами; 3. В отличие от прототипа она выполнана в виде электро магнита б, включающего в себя три) пары полюсных йаконечников, имеювЦ1Х общее ярмо 7 и катушку 8 возбуждени Каждая пара полюсных наконечников представляет собой магнитную призму с двумерным полем. Угол входа af ионного пучка в магнитную призму выбирается исходя из требования ее телескопичности. Соблюдение условий телескопичности электростатических и магнитных элементов призменных спектрометров обеспечивает тройную фокусировку пучка а,нализируемых ионов. В зависимости от конструктивных особенностей магнитных призм угол di может составлять 49°- . Это обуславливает выбор магнитной дисперсионной системы предлагаемого спектрометра, состоящей именно из трех магнитных призм. При этом ось коллиматорных и фокусирующих линз могут быть направлены в одну сторону, что обеспечивает наибольшую компактность прибора. Спектрометр работает следующим образом. Расходящийся ионный пучок, выходящий из каждой ТОЧКИ щели источника 1, преобразуется в параллельный пучок коллиматорной трансаксиальнойлинзой 2, работающей врежиме анаморфота, и, отклонившись в первой .электростатической телескопической системе 3, разлагается по энергии и затем посдедовательно проходит три магнитные призмы диспергирую.щего электромагнита 6. Магнитные призмы расположены под углом . друг к другу 49 --ЗЗ , что каждая из них представляет собой магнитную телескопическую систем 9 с линейным фокусом посредине. Параллельный ионный пучок, поступающий в диспергирующий , вследствие телескопичности магнитных призм остается параллельным между призмами и после их прохождения. После прохождения второй электростатической телескопической системы 3 пучок частиц, направление движения которых не зависит от энергии этих частиц, а определяется их удельным зарядом, фокусируется трансаксиальной фокусирующей линзой 4, также работающей в режиме анаморфота, на входную,щель 5 приемника ионов, установленную в фокальной плоскости этой линзы. Диспергирование пучка по массе осуществляется системой из трех магнитных а призм, вследствие чего величина дисперсии и разрешающей способности прибора возрастает в три раза по сравнению с прототипом в соответствии с равенством cos Va. где f - фокусное расстояние трансакси ьной линзы. При этом светосила предлагаемого прибора остается неизменной при одинаковых с прототипом размерах отклоняющих и фокусируювзих элементов и фокусных расстоя