Источник ионов

 

1. ИСТОЧНИК ИОНОВ преимущественно для масс-спектрометрии, содержащий катод, анод, систему формирования пучка ионов, систему подачи рабочего вещества и источник питания, отличающийся тем, что, с целью улучшения фокусировки пучка и : повышения его плотности, катод выполнен в виде диска, с отверстием на . оси, введен электрод-коллектор электронов , соосный отверстию в катоде, анод выполнен в виде кольца и установлен между катодом и коллектором, электронов, система формирования пучка установлена со стороны катода, противоположной аноду, введен дополнительный источник питания, положительный полюс которого соединен с электродом-коллектором , а отрицательный с анодом, и меяду катодом и системой формирования пучка установлен, по крайней мере, один экран. 2.Источник ионов по п.1, отличающийся тем, что.система подачи рабочего вещества снабжена лазером и системой фокусировки лазерного (Л излучения в центре электрода-коллектора электронов. 3.Источник ионов по п.1, о т л ичающийся тем, что введена магнитная система фокусировки электронов в виде соленоида, установленного между анодом и коллектором-элек .. тродом электронов. 00 Од

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (я) 4 Н 01 J 27/04

ОПИОЛНИК ИЭОЬРЕтЕНИЯ 1> н АВтОРскОмъ свидетельбтВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3731366/24-25 (22) 18.04.84 (46) 07.02.87. Бюл. Ф 5 (71) Институт космических исследова- ний АН СССР (72) Г.Г.Манагадзе (53) 621.385 (088.8) (56) Габович М.Д. Плазменные источники ионов. Наукова думка, 1964, с. 73.

Бернард Дж. Современная массспектрометрия. /Пер. с англ. под ред.

В.Н.Кондратьева. M.: Изд-во иностр. лит., 1957, с. 41. (54) (57) 1. ИСТОЧНИК ИОНОВ преимущественно для масс-спектрометрии, содержащий. катод, анод, систему формирования пучка ионов, систему подачи рабочего вещества и источник питания, отличающийся тем, что, с целью улучшения фокусировки пучка и . повышения его плотности, катод выполнен в виде диска, с отверстием на, оси, введен электрод-коллектор электронов, соосный отверстию в катоде, анод выполнен в виде кольца и установлен между катодом и коллектором, электронов, система формирования пучка установлена со стороны катода, противоположной аноду, введен дополнительный источник питания, положительный полюс которого соединен с электродом-коллектором, а отрицательный— с анодом, и между катодом и.системой формирования пучка установлен, по крайней мере, один экран, 2. Источник ионов по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что.система подачи рабочего вещества снабжена лазером и системой фокусировки лазерного @ излучения в центре электрода-коллектора электронов.

3. Источник ионов по п,1, о т л и- С„ ч а ю шийся тем, что введена магнитная система фокусировки электронов в виде соленоида, установленного между анодом и коллектором-электродом электронов.

11876

Изобретение относится к масс-спектрометрии при исследовании веществ в твердой и газообразной фазах.

Целью изобретения является улучшение фокусировки пучка и повышение его 5

:плотности, На чертеже изображен источник ионов, Источник содержит анод 1, катод 2, электрод-коллектор 3 электронов, сис- 10 тему формирования пучка ионов, образованную тормозящим электродом 4, экраном 5 и управляющим электродом 6.

Между электродом-коллектором 3 и ано- дом 1 установлен электромагнит.7 °

Система подачи рабочего вещества включает лазер с системой 8 фокусировки лазерного пучка в центре электрода-коллектора 3. На оси катода 2 выполнено отверстие 9 для выхода 20 пучка ионов 10. На чертеже также показан пучок электронов 11. Кроме источника питания, включенного между анодом 1 и катодом 2, введен дополнительный источник, включенный межцу

25 электродом-коллектором 3 и анодом 1 (на чертеже схематично изображены клеммами с указанием примера распределения потенциалов).

Источник раббтает следующим образом.

Между анодом 1, катодом 2 и электродом-коллектором 3 подается ускоряющее напряжение для электронов 11 при их движении от катода 2 к электроду- 35 коллектору 3. При этом основное падение напряжения (987) происходит в области анод-катод. Это же поле ускоряет ионы 10, движущиеся от электрода-коллектора 3 к катоду 2. За экра- 40 ном 5 ионы попадают в тормозящее поле, созданное электродом 4. Потенциал на электроде 6 определяет конечную энергию иона, 45

Рассмотрим работу устройства на примере газообразной мишени, которая с помощью системы подачи рабочего ве щества заполняет область между анодом

1 и электродом-коллектором 3. Так как50

Э „ р Й, то цилиндрический пучок электронов 11 будет иметь максимальную плотность на оси источника, которая будет спадать от центра к периферии пучка, образуя потенциальную яму для ионов. Плотность пучка электронов 11 на оси в этой конфигурации будет мало меняться на пути от электрода-коллектора к катоду. Образованные

23 2 внутри пучка электронов 11 ионы 10 полем пространственного заряда будут

"засасываться" к оси пучка электронов

11. Движение ионов к катоду обеспечивается тем, что между анодом и электродом-коллектором подается разность потенциалов, обеспечивающая движение ионов к аноду (в слабом поле) и далее к катоду (в сильном поле).

Таким образом, ион, который образуется в области между электродомколлектором и анодом при исследовании газообразного вещества, будет сдвигаться к оси пучка электронов и далее к катоду, ускорившись при этом до максимальной энергии, отвечающий разности потенциалов на ускоряющем электроде, Пройдя сквозь отверстие в катоде и потеряв (987) своей энергии при движении между катодом 2 и тормозящим электродом 4, ион подается на вход масс-анализатора в поле коррекции его энергии потенциалов на экране 6, Экран 6 препятствует попаданию электронов на электрод 4, В .обычных ускорителях электронов (без отверстия в центре катода) при инжекции пучка в условиях низкого вакуума (10 -:-10 Торр) ионы попадают на катод и образуют, так называемое, катодное пятно, которое хорошо видно визуально.

При исследовании твердой мишени достаточно коллектор заменить исследуемым образцом и обеспечить плотность энергии пучка такой, чтобы происходило испарение вещества. На этом пути можно и сфокусировать пучок на мишени с помощью магнитного поля электромагнита 7.

При облучении твердой мишени энергетический верхний предел разброса пучка ионов будет значительно ниже разброса при исследовании вещества в газообразной фазе. Последний не будет превышать для рассматриваемого случая

100 В и ограничивается напряжением, поданным между коллектором и анодом.

Имеется принципиальная возможность снижения этой разности потенциалов и тем самым энергетического разброса ионов, Предлагаемое устройство можно также использовать в комбинации с другим источником ионов, способным образовать ионы, например с лазерным, В этом случае лазер с системой фокусировки лазерного излучения, располо1187623

797В 0= Ю6

Редактор О.Иванова

Техред И.Попович

Корректор Г. Решетник

Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Заказ 7828/2

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул, Проектная, 4 женкой на оси электрода-коллектора электронов, заменяет собой систему подачи рабочего вещества. Предлагаемое устройство может выполнять функции, связанные со сбором, фокусировкой и транспортировкой ионов, Пучок электронов в данном случае может быть низкоэнергичным, малой мощности и направлен на исследуемый твердотельный образец.

Сфокусированное в пятно .излучение лазера с необходимой удельной плот9 ВТ ностью энергии (-10 ), способное

СМ2 испарять и ионизировать исследуемое вещество, направляют строго в центр пятна, образованного пучком электронов. Образованные под воздействием лазерного излучения ионы, как было

10 показано выше, будут захвачены и транспортированы вдоль пучка электронов .