Способ получения ионных пучков щелочных металлов

 

Изобретение относится к получению ионных пучков и может быть использовано в ускорительной технике, масс-спектрометрии и т.п. Способ включает нагрев двух солей металла, а именно галогенидов, карбонатов или нитратов, до температуры испарения в вакууме, подведение полученных паров по трубке к нагретой до температуры ионизации щелочного металла поверхности вольфрамого ионизатора. При этом соотношении количества одной соли к другой не превышает 1: 2. Техническим результатом является возможность осуществить процесс получения ионных пучков щелочных металлов в течение большого количества рабочих циклов, не выводя из строя устройство, и с более низкими энергозатратами по сравнению со способом-прототипом (экономия 15%).

Изобретение относится к области получения ионных пучков и может быть использовано в ускорительной технике, масс-спектрометрии и т. п. Известен способ получения ионных пучков щелочных металлов, включающий нанесение галогенида металла на рабочую поверхность ионизатора с последующим нагревом (Сб. "Поверхностные методы ионизации в масс-спектрометрии", Уфа, БФ АН СССР, 1986 г., стр. 5 - 26).

Недостатком способа является невозможность получения в течение длительного времени ионного тока, необходимого для диагностики поверхностей торцевых тел (например, вторично-ионная масс-спектрометрия). Причем ионный ток при заданной температуре ионизации не поддается регулировке.

Известен способ получения ионных пучков цезия (P. Williams, R.K. Zewis, С. А. Evans, P.R. Hanlly, "Evaluation of a cesium primapy ion source on an ion microprobemass spectrometer" Anal. chem. 1977, v. 49, N 9, p. 1399-1403), включающий нагрев цезия до температуры испарения в вакууме (300oC), подведение полученных паров по трубке с нагретого до температуры ионизации щелочного металла поверхности вольфрамового ионизатора.

Недостатком способа является сложность осуществления процесса. Это связано с тем, что цезий, как и все щелочные металлы, очень агрессивен на воздухе, поэтому работа с ним должна проводиться либо в защитной атмосфере (например, атмосфере инертного газа - аргона), либо в специальном предварительно вакуумированном контейнере, который после установки ионного источника в вакуумную камеру вскрывается. А это усложняет сам процесс и существенно удлиняет время его проведения.

Известен принятый нами за прототип способ получения ионных пучков цезия (User's guide JMS - 4F, Cameca (France), p. 4. 1., прилагаем инструкцию), включающий нагрев соли щелочного металла (Cs2 CrO4) до температуры сублимации в вакууме, подведение полученных паров по трубке к нагретой до температуры ионизации щелочного металла поверхности вольфрамового ионизатора.

Недостатком данного способа является загрязнение системы и в связи с этим невозможность осуществления способа в течение длительного времени. Это связано с тем, что наряду с цезием в паровую фазу поступает хром и его соединения с кислородом (Cr2 О3), которые частично осаждаются на внутренней поверхности трубки и ионизаторе, непрерывно уменьшая проходное сечение трубки, что уменьшает ионный пучок и загрязняет рабочую поверхность вольфрамового ионизатора.

Кроме того, недостатком данного способа являются высокие энергозатраты, т. к. для получения паров цезия необходимо нагревать соль Cs2CrO4 выше 700oC.

Предлагаемое изобретение решает задачу осуществления процесса получения ионных пучков щелочных металлов в течение большого количества рабочих циклов, не выводя из строя устройство, причем с более низкими энергозатратами.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе, включающем нагрев соли ионизируемого щелочного металла до температуры испарения в вакууме, подведение полученных паров по трубке к нагретой до температуры ионизации щелочного металла поверхности вольфрамового ионизатора, новым является то, что в качестве ионизируемого вещества используют смесь двух солей данного металла, а именно галогенидов, карбонатов или нитратов, причем отношение количества одной соли к другой не превышает 1 : 2.

Предлагаемая совокупность признаков приводит к реализации большего числа рабочих циклов осуществления способа, причем без загрязнения устройства и более низких энергозатратах по сравнению с прототипом. Так, при осуществлении процесса получения ионов щелочных металлов по предлагаемому способу установка не загрязняется и не выходит из строя уже более 3000 часов. А при получении ионов по способу-прототипу уже через 1000 часов работы установка выходит из строя, т. к. загрязняются ионизатор и трубка.

При работе по предлагаемому способу нагревают соль для получения паров до 400-450oC, а по способу-прототипу до 700oC. Таким образом, предлагаемый способ позволяет также экономить электроэнергию (> 15%).

Итак, применение нами смеси солей щелочных металлов в качестве ионизируемого вещества при получении ионных пучков щелочных металлов является новым, также не известен полученный эффект, что сообщает предлагаемому нами техническому решению соответствие критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Изобретение иллюстрируется следующими примерами: Пример 1.

Нами было осуществлено получение ионов цезия на вторично-ионной масс-спектральной установке JVS - 4F (Cameca), используемых в качестве первичного ионного пучка для бомбардировки исследуемых образцов. Для этого 2 г смеси солей CsBr - CsJ (х. ч.) в соотношении 1:1 поместили в резервуар ионного источника масс-спектрометра. Затем провели вакуумирование системы до ~1106 мм рт. ст. После этого к ионизатору было приложено вытягивающее напряжение 5-10 кВ. Ионизатор нагревали до 1100 - 1200oC, а резервуар со смесью до 400oC. Получили ионный ток цезия 0,1-0,4 мкА, как и способе-прототипе. Способ осуществлен на установке более 3000 часов.

Пример 2.

На указанной в примере 1 установке и в тех же условиях были получены ионы цезия из смеси солей CsJ - Cs2 СО3 (х. ч.) в соотношении 1: 2. Полученный ионный ток 0,1-0,4 мкА.

Пример 3.

Были получены ионы рубидия из смеси солей RbJ - Rb2 СО2 (х. ч.) в соотношении 1: 1,5. Температура резервуара 450oC, ионизатора 1200 - 1300oC, полученный ионный ток 0,08-0,1 мкА.

Пример 4.

Были получены ионы калия из смеси солей KBr - KNO3 (х. ч.) в соотношении 1:1, условия как в примере 3. Полученный ионный ток 0,07-0,1 мкА.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществлять процесс получения ионных пучков щелочных металлов в течение большого количества рабочих циклов, не выводя из строя устройство и с более низкими энергозатратами по сравнению со способом-прототипом (на 5% ниже). Следует также отметить, что величина ионного тока при этом не ниже, чем в способе-прототипе.

Формула изобретения

Способ получения ионных пучков щелочных металлов, включающий нагрев соли ионизируемого щелочного металла до температуры испарения в вакууме, подведение полученных паров по трубке к нагретой до температуры ионизации щелочного металла поверхности вольфрамового ионизатора, отличающийся тем, что в качестве ионизируемого вещества используют смесь двух солей данного металла, а именно галогенидов, карбонатов или нитратов, причем соотношение количества одной соли к другой не превышает 1 : 2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области масс-спектрометрии вторичных ионов

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в качестве источника интенсивных электронных потоков, а также в качестве источника ионов
Изобретение относится к поверхностно-плазменным источникам отрицательных ионов, а именно к способам получения отрицательных ионов в поверхностно-плазменных источниках, и может быть использовано в ускорителях заряженных частиц или устройствах для осуществления термоядерного синтеза

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к способам получения отрицательных многоатомных ионов

Изобретение относится к устройствам для получения пучков заряженных частиц, в частности ионов, заряженных кластеров и микрокапель, и может быть использовано для получения с последующим формированием субмикронных ионных пучков, находящих все более широкое применение при микрообработке распылением; микроанализе и растровой ионной микроскопии; прямом безмасочном легировании полупроводников; в ионной литографии, а также для нанесения тонких пленок и покрытий кластерными и микрокапельными пучками

Изобретение относится к технике получения потоков положительных ионов, которые используются в науке и технике: ускорителях заряженных частиц, в реактивных двигателях, для различных технологических процессов

Изобретение относится к микротехнологии и может использоваться, например, в ионно-литографических установках, растровых микроскопах и т.д

Изобретение относится к технологии обработки изделий ионами в вакууме с целью их очистки и повышения адгезии наносимых покрытий с целью травления и ионной фрезеровки изделий, полировки поверхности, распыления любых материалов или с целью упрочнения и модификации поверхности имплантацией ионов

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологическим устройствам для осаждения многослойных тонкопленочных структур испарением исходных материалов в вакууме

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для упрочнения рабочих кромок режущего инструмента, увеличения износостойкости трущихся пар, особенно при больших скоростях относительного движения, защите от химически агрессивных сред, повышенных температур и в ряде иных случаев

Изобретение относится к обработке изделий в вакууме, а именно к устройствам для распыления материалов в вакууме ионным пучком, и может быть использовано в электронной, оптической, приборостроительной и других машиностроительных отраслях промышленности при нанесении многослойных покрытий из различных, в том числе дорогостоящих или токсичных материалов при гравировании или формообразовании (корректировке формы) поверхностей путем направленного распыления материалов

Изобретение относится к производству товаров народного потребления и может быть использовано при производстве посуды, а также других изделий, где требуется улучшенная отделка, защита от агрессивных сред, повышенных температур и повышенная износостойкость
Изобретение относится к вакуумно-плазменной обработке изделий и может быть использовано для упрочняющей поверхностной обработки инструмента и деталей машин
Изобретение относится к вакуумно-плазменной технологии обработки изделий и может быть использовано для упрочняющей поверхностной обработки инструмента и деталей машин преимущественно посредством нанесения тонкопленочных покрытий

Изобретение относится к получению ионных пучков и может быть использовано в ускорительной технике, масс-спектрометрии и т.п

Наверх