Источник оинов

Союз Советских Сощивлистических РеспубликАВТОРСКОМ 61) Дополнительное к авт 22) Завалено 08 Л 0,76 (21) рисоеднненнем за осударстаенный ноинте ссср по аелам нзобретеннй н отнрытнй(54 очник ионов формирующиетки, систвания пучкаоянного нап три нег в виде форми ник поз и етению яв-.ржащий ляет испаввод тель ем дляпомогазного ыполненс отразме- ЗО вещ ный вер Изобретение относится к техникеполучения ускоренных ионных пучкови может быть использовано для эффективного разделения изотопов.Известен источник ионов, содержащий камеру, систему подачи рабочеговещества, анод, отражатель, системуинжекции ионизирующего электронногопучка и систему извлечения и Формирования ионного пучка 11.В результате ионизации атомоврабочего вещества в камере электронным ударом образуются ионы рабочеговещества, которые затем извлекаютсяи формируются в ускоренный ионныйпучок, транспортируемый от источникак масс-анализатору,Однако это устройство имеет невысокую эффективность ионизациипри работе с некоторыми газами, например с водородом,аиболее близким к изоб ся источник ионов, сод ритель пробы с отверстн а в объем ионизатора вс ного газа и газообра ства пробы, ионизатор, в виде замкнутой полост тием для вывода ионов и щенным вну о мэлектродом ему вытягивания и ро ионов и источ ст ряжения 21,формирующий электрод создаетв объеме ионизатора наклонный потенциальный желоб, благодаря чемуобразующиеся на эквипотенциальнойповерхности ионизатора ионы выводятся из него, не взаимодействуясо стенками ионизатора, что позволяет при большой длине ионизатора добиться большого коэффициента испольования пробы и свести разброс ионово энергиям до теплового.Такой источник ионов имеет сравнительно невысокую эФфективностьпри небольших"длинах ионизатора, таккак для достижения большей эффективности ионизатора необходимо создавать на формирующем электроде возможно больший перепад напряжения,одновременно обеспечивая его высокуюпрозрачность.Цель изобретения - повышение эффективности работы источника.Это достигается тем, что формирующий электрод выполнен в виде замкнутой поверхности, повторяющей Форму619049 10 15 20 25 35 45 50 55 формула изобретения 60 65 ионизатора, снабжен отверстием для вывода ионов, изолирован от корпуса и соединен с положительным выводом источника напряжения, а ионизатор с отрицательным.На чертеже показана Функциональная схема источника ионов.Источник ионов состоит из испарителя 1 пробы с отверстием 2 для напуска вспомогательного газа и газообразного вещества пробы, ионизатора 3 с формирующим электродом 4, вытягивающего электрода 5 и Формирователя 6 пучка ионов.Формирующий электрод 4 выполнен в виде сетки из тугоплавкого материала с большой работой выхода, например вольфрама, и имеет сравнительно небольшую. геометрическую прозрачность (=0,5) при работе с веществами, обладающими коэффициентом поверхностной иойизацйи Ь 10. При этом электрод нагревают до максимально возможной температуры(Т 3000 К).При работе с газами и элементами, плохо поддающимися поверхностной ионизации %10 ), и для достижения большой производительности источника предпочтительно делать его высокой геометрической прозрачности .(=0,9) с минимально возможным расстоянием от электрода до стенки корпуса. Хотя бы один из линейных размеров ячейки сетки (электрода 4) должен быть меньше удвоенной величины этого расстояния (2 Аг) .Вводимый в ионизатор 3 вспомогательный газ, например гелий, должен иметь величину первого потенциала ионизации большую, чем разность потенциалов корпуса ионизатора 3 и Формирующего электрода АО. Давление газа поддерживается таким, что длина свободного пробега ионов меньше радиуса электрода ( Л(гэ), а длина свободного пробега электронов - примерно равна ему (Л -ГЭ) . При 2 ГЭ =50-5 мм оно составйт 0,1-1 торр.Источник ионов работает следующим образом.После подачи вспомогательного газа и прогрева корпуса ионизатора3 подают напряжение на Формирующийэлектрод 4, При этом поток электронов от ионизатора 3 через сеткуэлектрода образует внутри этогоэлектрода область виртуального катодас отрицательным потенциалом относительно него, по величине близкимк потенциалу ионизатсра 3, РазмерыЬбласти виртуального катода определяются ф"законом степени 3/2 длятока электронов в вакууме, Послеэтого из испарителя 1 в объем ионизатора подают вещество пробы в газообразном виде. Здесь атомы многократно сталкиваются с ионизирующейповерхностью формирующего электрода 4 и пересекают многократно объем с током электронов от электрода до области виртуального катода.При малой величине площади выходного отверстия иониэатора 3 имеется большая вероятность ионизации их до вылета из ионизатора как за счет поверхностных эффектов на электроде 4, так и за счет ударов, летящих от него в сторону виртуального катода электронов.Образующиеся ионы под действием поля объемного заряда электронов попадают в область виртуального катода, где при столкновении с атомами вспомогательного газа их кинетическая энергия снижается до тепловой и в этой области образуется изотермически равновесная плазма с отрицательным относительно электрода 4 потенциалом, близким к потенциалу ионизатора 3. Вследствие того, что ток ионов на формирующий электрод 4 из плазмы отсекается электрическим полем между сеткой и плазмой, запертые в потенциальной яме ионы большей частью покидают этот объем под действием поля вытягивающего электрода 5 через выходные отверстия формирующего электрода 4 и:ионизатора 3.Так как потенциал ионизации атомов вспомогательного вещества, например гелия, меньше кинетической энергии электронов, они не ионизируются, и образующаяся плазма содержит ионы преимущественно рабочего вещества пробы.С увеличением тока ионов из ионного источника потенциал плазмы остается близким к потенциалу корпуса ионизатора до тех пор, пока плотность ионов, а следовательно, и электронов не достигнет такой величины, при которой определяемый в соответствии с законом степени 3/2 для данной разности потенциалов АОток электронов из плазмы на электрод4 не станет равным величине встречного тока электронов. Это максимальное значение концентрации ионов определяет производительность источни,а.По сравнению с ионными источниками серийных масс-спектрометров предложенный источник позволяет в сотни раз уменьшить количество вещества пробы, необходимое для проведения анализов на масс-спектрометре, что особенно важно при работе с пробами, обладающими высокой радиоактивностью, а также с малыми количествами дорогостоящих изотопов. точник ионов содержащий корпу испаритель пробы с отверстием яввода в объем ионизатора вспомогательного газа,и газообразного вещества пробы, ионизатор, выполненоставитель В.Краснопольскийехред З.фанта Корректор С,Шекмар едактор Т.Колодцев Тираж 923 ПодписноЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д,4/5 Заказ 5500/58 филиал ППП Патентф, г.ужвэрод, ул.Проектная,4 5 б ный в виде замкнутой полости с отверстием для вывода ионов и помещенным внутри него формирующим электродом, выполненным в виде сетки, систему вытягивания и формирования пучка ионов и источник постоянного напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьиаения эффективности работы источника, Формирующий электрод выполнен в виде замкнутой поверхности, повторяющей Форму ионизатора, и снабжен отверстием для вывода ионов, изолирован от корпуса 19049 6и соединен с положительным выводомисточника напряжения, а ионизатор .- с отрицательным.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Вестал, Блейкли, Рэйэм, Новая5 установка с пересекающимися пучкамидля исследования процессов столкновения иойов с молекулами. Приборыддя научных исследованийф, 1976,9 1, с.17-31.1 р 2, Авторское свидетельство СССР9 397984, кл. Н 01 д 3/04, 1974.