Масс-спектрометр

ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Сор 1 ап М,Н., Одд 1 чде К,Ъ 7 Восйв 2 ег Р,А., Сезв У. Тгапвасопв оИ Сеовсепсе Е 2 есгордсв, - 1 ЕЕЕ, УСЕМ 3, 185, 1978.2, Авторское свидетельство СССР У 1061193, кл. Н 01 Л 49/30,.1982, (54)(57) МАСС-СПЕКТРОМЕТР, содержащий масс-анализатор, состоящий из постоянного магнита с плоскими полюс- ными наконечниками и параллельными окнами, расположенного за ними электростатического цилиндрического конденсатора, и приемник с коллимирующей щелью, о т л и ч а ю щ и й с я ЯЦ 1173465 тем, что, с целью повышения разрешающей способности при одновременном увеличении быстродействия, он дополнительно содержит коллиматор, расположенный перед входным окном магнита, состоящий из пластин, перпендикулярных входному окну и поверхностям полюсных наконечников магни- . та, конденсатор установлен так, что ось симметрии входного окна, параллельная образующим его обкладок, лежит в плоскости, проходящей через3 середину зазора магнита, а входное окно перпендикулярно выходному окну, причем отношение размера пластин коллиматора в направлении, перпендикулярном входному окну магнита, к расстоянию между соседними пластинами Ы удовлетворяет следуняцему значениюИзобретение относится к фотоэлектрическим, электронным и газоразрядным приборам для исследования излучения или потока элементарных частиц, в частности солнечного ветра. 5Цель изобретения - повышение разрешающей способности масс-спектрометра при одновременном увеличении его быстродействия за счет проведения анализа ионного состава без энерго- анализа, что позволяет проводить анализ в широком диапазоне потоковых скоростей солнечного ветра, а также определять состояние плазмы в магнитосферах планет. 15На чертеже схематически представлено предлагаемое устройство.Масс-спектрометр содержит коллиматор 1, магнит с полюсными наконечниками 2 и 3, электрический конденсатор, состоящий из обкладок 4 и 5, коллимирующую щель 6, приемник 7.Масс-спектрометр работает следующим образом.25Исследуемый поток заряженных частиц попадает через коллиматор 1, ограничивающий угловой разброс исходного потока, во входное окно магнита, между полюсными . наконечника ми 2 и 3, где происходит отклонение заряженных частиц.При этом на выходе из магнита ионы приобретают составляющую скорости, перпендикулярную входному окну конденсатора. Величина энер- З 5 гии, соответствующая приобретенной составляющей скорости Б, зависит только от отношения М/Е для нормально падающего на вход прибора потока ионов. Поэтому конденсатор произво дит отбор заряженных частиц по указанной выше энергии У 1 одновременно для всех ионов с. заданной величиной М/Е в широком диапазоне их начальных энергий. Проходя коллимирующую щель 6, ионы регистрируются приемником 7. Коллиматор, установленный перед входным окном магнита, состоит из пластин, форма и расположение которых обеспечивают ограничение составляю щей скорости исследуемых ионов Чщ направленной параллельно входному окну и поверхностям полюсников магниЧта, до величины Ч= много55 меньшей, чем составляющая скорости ионов Ч, имеющая то же направление после прохождения заряженными частицами магнита, где Ч - исходная скорость иона.Ограничение отношения Чцч у/Ч дает воэможность, используя предлагаемую конструкцию масс-анализатора, проводить масс-анализ ионных потоков одновременно в широком диапазоне их исходных потоковых энергий (скоростей) с хорошим разрешением по М/Е.При 1/д ( 50 нарушаются условия для одновременной регистрации частиц определенной массы в широком диапазоне исходных потоковых скоростей и ухудшается разрешение прибора, При 1/д) 200 уменьшается чувствительность прибора.Таким образом, указанные отличительные признаки в совокупности позволяют масс-спектрометру при наличии малой величины составляющей начальной скорости частиц, ограниченной коллиматором, и соответствующего размещения конденсатора относительно магнита, .проводить масс-анализ ионных потоков.одновременно в широком диапазоне их исходных потоковых скоростей, что увеличивает быстродействие прибора и дает возможность увеличить его разрешение. Отклонение пластин коллиматора от указанного положения приводит к уменьшению прозрачности самого коллиматора к увеличению диапазона пропускаемой в магнит состав" ляющей скорости Ч а также вносит дополнительные ограничения на составляющую исходной скорости Чдч , параллельную входному окну магнита и перпендикулярную составляющей Ч . Ограничение Чзависит от места влета частиц во входное окно магнита. Такое отклонение усложняет аппаратурную функцию прибора, приводит к ухудшению его чувствительнос. ти, разрешающей способности и исключает возможность одновременной регистрации ионов с одинаковыми значениями М/Е в широком диапазоне потоковых энергий. В приближении нормально падающих на вход прибора ионов, в магните направление движения частиц изменяется на угол К , синус которого равенА Ы = /где А - константа, определяющая параметры магнита;У - энергия ионов на входе прибора в вольтах,3 11734 что приводит к возникновению составляющей скорости 7 у.Энергия, соответствующая этой скорости, определяется по формуле ПУА 2 5Величина ее зависит только от отношения М/Е, Указанное размещение конденсатора относительно магнита позволяет масс-спектрометру из общего потока падающих нормально 1 О входному окну магнита частиц вне зависимости от их исходной энергии (скорости) произвести разделение ионов только по М/Е с разрешением по массе, равным энергетическому раз. 15 решению конденсатора.Учитывая реальный разброс потока ионов по углу и коллимирующие свойства прибора, принимая во внимание высокое энергетическое разрешение 20 конденсатора, разрешение масс-спектрометра определяется формулой 65 4величины составляющей начальной скорости частиц, ограниченной коллиматором, и соответствующего размещения конденсатора относительно магнита, проводить масс-анализ ионных потоков одновременно в широком диапазоне их исходных потоковых скоростей, что увеличивает быстродействие прибора и дает возможность увеличить его разрешение.Проведен расчет и моделирование масс-спектрометра в лабораторных условиях. При этом выбраны следующие размеры: параметры пластин коллиматора 1/й 120, ширина полюсников магнита п 30 мм разор между полюсника-, ми магнита д 3 мм, радиусы обкладок конденсатора г 41 мм; г = 43 мм,оугол конденсатора Ч 64 ; ширина коллимирующей щели В 0,5 мм. При этом средняя разрешающая способность прибора по М/Е 40.К = - здп О, 2 с 1 Таким образом, отличительныепризнаки в -совокупности позволяют.масс-спектрометру при наличии малой Таким образом, применение изобре тения позволяет увеличить разрешающую способность масс-спектрометра в два раза по сравнению с конструкцией прототипа.1173465 орректор М.Самборская аз 5013/51 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектна Составитель И,Некрадактор С.Лисина Техред С.Мигунова Тираж 679 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 35, Москва, Ж, Раушск