Магниторазрядный масс-спектрометр

СстоЗН .т 1 т.нт 11 ".-у, ,.т; Союз СоветскихСоцнаййстнческихРеспублик ъ 788226 ОП ИСАНИНА ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) П риоритет Опубликовано 1 5.1 2.80. Бюллетень %46 оо делам изобретений и открытий(53) УДК 621. .384(088.8) Дата опубликования описания 18.12.8 О(72) Автор изобретения В. Н. Пакулин Особое конструкторское бюро технической кибернетикиЛенинградского ордена Ленина политехнического институтаим. С, М. Кирова( 54) МАГНИТОРАЗРЯЦНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМБТРИзобретение отнбсится к динамическим,масс-спектрометрам и может быть использовано для химического и изотопного анализа состава вещества, а также для измерения полного и парциального давлений в вакуумных системах.Известно применение источников ионов с холодным катодом в масс-спектрометрах различных типов 1,1 .По сравнэнию с источниками с накаленным катодом они потребляют меньшуюО мощность, не вызывают разложения сложных веществ, меньше загрязняют спектр материалом электродов и более надежны и долговечны в эксплуатации.15Известен масс-спектрометр, содержа ший магниторазрядный источник ионов в виде двух соосных цилиндрических электродов, помешенных в продольном магнитном поле между двумя плоскими. торцовыми катодами, подключенными к источнику высокого напряжения постоянного тока, и регистрирующий прибор. Маг 9 иторазрядный источник ионов исполь 2зуется в известном масс-спектроМетре с кведрупольным анализатором масс и коллектором ионов на основе вторичного электронного умножителя 2.Недостатком известного масс-спектрометра является малая чувствительность анализа.Цель изобретения - повышение чувствительности и упрощение конструкции известного масс-спектрометра.Указанная цель достигается тем, что цялиндрические электроды, служащие анодами, соединены с клеммами источнике высокочастотного напряжения и регистрирующим прибором.Отличительной особенностью предлагаемого масс-спектрометра является полное использование для анализа всех обрезующихся в разряде ионов зе счет совмещения в одном устройстве источника ионов, анализатора месс и коллектора. Это приводит к повышению чувствительности за счет увеличения анализируемого тока с 10 А до 10 А и упрощению8226 3 78 конструкции за счет отказа от фокусируюшей оптики, анализатора масс и коллектора с вторичным электронным умножителем.На чертеже схематично изображено устройство.Магниторазрядная ячейке изображена в виде двух соосных анодов 1 и 2, размещенных между двумя плоскими катодами 3 и 4, Ячейка нахрдится в магнитном поле, образуемом магнитами 5 и 6. Анод 2 заземлен, а анод 1 соединен с одной из выходных клемм источника 7 высокочастотного напряжения, другая клемма которого заземлена. Катоды 3 и 4 соединены с отрицательной клеммой источника 8 высокого напряжения постоянного тока другая клемма которого заземлена через измерительный прибор 9,М агниторазрядный масс-спектрометр работает следующим образом.При подаче на катоды 3 и 4 постоянного отрицательного напряжения от источника 8 между цилиндрами 1 и 2 возникает разряд, ток которого пропорционален давлению газа. При низких давлениях (менее 10мм рт.ст.) разряд локализуется в узких прианодных слоях, в которых падает почти все анодное напряжение. Электроны, дрейфующие вокруг оси и колеблющиеся вдоль магнитного поля, продвигаются к анодам лищь в результате редких неупругих столкновений с атомами газа. Ионы двигаются иэ слоев почти радиально и, попадая в электростатическую ловушку, многократно осциллируют между анодами, медленно, с тепловой скоростью продвигаясь к торцовым катодам. Частота осцилляций зависит от массы иона. Переменное электрическое поле, действующее между цилиндрами за . счет приложения высокочастотного напряжения от источника 7, создает дополнительную вынуждающую силу Если частота переменного напряжения совпадает с удвоенной собственной частотой колебаний ионов в разряде, то наступает параметрический резонанс, и частицы определенной массы за счет поглощения энергии источника 7 переменного напряжения раскачиваются при колебаниях между цилиндрическими электродами 1 и 2, пока не достигнут одного из них, при этом ток разряда, регистрируемый прибором 9, уменьшится. Масса регистрируемых ионов связана следующим образом с параметрами масс-спектрометраМа.е Ь Ъюю Уед 4где Е - заряд электрона;п - масса электрона;Ъ - магнитная индукция;Щ - частота переменного напряжения, 5 У. - частота ионизующпх столкновений электрона с молекулами газа, зависящая от скоростиэлектронов в разряде и родагазаф1 Од - частота столкновений с поте.рей направленного импульсаэлектронов с молекулами газа,зависящая от скорости электронов в разряде и рода газа,Разрешающая способность предлагаемого масс-спектрометра определяетсяудвоенным отношением амплитуды переменного высокочастотного напряжения квеличине постоянного напряжения разряда.Экспериментальный образец магниторазрядного масс-спектрометра имеет следующие параметры: диаметр наружногоцилиндра 60 мм, внутреннего - 20 мм,расстояние между катодами 40 мм, постоянное напряжение на катоде 2000 В,амплитуда переменного напряжеуя 20 В,диапазон изменения частоты 1,0 + 10 Гц,магнитная индукция 0,06 Т. На такоммасс-спектрометре определяют составостаточного газа в вакуумной камерепри давлении 1,10 мм рт.ст. для мас совых чисел 2 + 50 а.е.м. с разрешающей способностью 50. З 5 формула изобретения М агнитор азрядный масс-спектрометр,содержащий источник ионов в виде двух, соосных цилиндрических анодов, помефШенных в продольном магнитном полемежду плоскими торцовыми катодами,подключенными к источнику высокого .напряжения постоянного тока, и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения чувствительности и упрощения конструкции, аноды соединены с источником высокочастотного напряжения и регистрирующимприбором. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Мою Р,ое 4 товез 1 г,х,Квадрупольный масс-спектрометр с холодным катодом. Приборы для научных ис 55 следований. 1967, 38, Мо 10, с. 45-49.788226 Рпо делам изобретений и открытий035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4 Заказ 8365/62 Тираж 844 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета ССС Патент жгород, ул. Проектная, 4 Составитель В, Пакулин . тор А. Долинич Техред М. Рейвес Корректор С. Шекмар