Времяпролетный масс-спектрометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 19) 51)5 Н 01,1 49/4 ЕНИЯ ОБ ОПИСА ТЕЛЬСТВУ А ВТОРСНОМУ С 31916/ .03.88 .09.90 1изичес 2)6)1 Бюл. Р 3 ние относитсяростроению, впектрометрамо состава и п тиос а химическ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПОИЗОБРЕТЕНИЯМ. И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Житенев С,В., Иногамов И.А.,Константинов А.Б,Времяпролетныймасс-спектрометр с пылеударным источником ионов. - Институт теоретической физики,БлпгЬ О Ас 1 ащз Я,С, Бйцй 1 ез оГР 1 азша ргос 1 цсг 1 оп аг Ьурегче 1 осдгуш 1 сгораггдс 1 е 1 парасг. - 1 оцгп.Рйуз. Р: Арр 1. Роуз. 1973, ч. 6,р. 700-719.(57) Изобретек аналитическому прибо частности, к масс-с для аналипотока микрометеорных частиц в космосе, Целью изобретения является повышение точности и чувствительности анализа химического состава микрометеорных частиц. Масс-спектрометр содержит пылеударный источник ионов с мишенью 2 в виде. жалюзи и системой электродов 3 образующей электростатическую линзу, анализатор ионов 4, детектор 5 блоки питания 8. Каждый элемент 9 мишени 2 имеет форму поло" го конуса и состоит из двух электрически изолированных одна от другой частей. Благодаря расположению элементов жалюзи вдоль сферической по" верхности, их конусообразной форме и подключению к резисторам делителя ф напряжения, получается воронкообразное электрическое пбле, затягивающее ионные пакеты с любого участка мишени 2 и фиксирующее их в точку переднего фокуса системы электродов . 3 3. При этом повышается точность и чувствительность анализа. 4 ил. 1 вСлзгп 3 Так как зхп р 1 ЕР 1а сад р1 Е 01 Ка- гг 1- К- г 2 У г г) - г; то Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может найти применение в бортовой масс"спектрометрической аппаратуре для повыше 5ния точности анализа химического состава и плотности потока микрометеорных частиц,.Целью изобретения является повьппение точности и чувствительности ана.лиза химического состава микрометеорных частиц.На Фиг,1 представлена принципиальная схема аналитической части время"пролетного масс-спектрометра," на 15фиг.2 - узел 1 на Фиг.1; на Фиг,З -схема относительного расположенияэлементов мишени для вывода расчетной Формулы; на фиг. 4 - электрическая схема подключения элементов мишени к делителю напряжения,Времяпролетный масс-спектрометрсодержит пылеударный источник 1 ионов с мишенью 2 в виде жалюзи и сис- .темой электродов 3 ионного источника, анализатор 4 ионов, детектор 5,блок регистрации, содержащий импульсный усилитель б и запоминающий осциллограф 7, блок 8 питания, Каждыйиз элементов 9 мишени 2 состоит из З 0двух электропроводных частей 1 О и11, электрически изолированных однаот другой и скрепленных с помощьюизолятора 12, причем верхние части10 закреплены с помощью уголков 1335на диэлекФрическом электрододержателе 14, имеющем форму окружности.На выходе системы электродов 3 ионного источника находится выходная диафрагма 15.40 Элементы 9 мишени 2 имеют Форму полых конусов, большие основания которых направлены навстречу микрометеорному потоку. При этом окружности 4 больших оснований конусов находятся на сферической поверхности радиуса К (Фиг.2 и 3), а окружности меньших оснований на сферической поверхности радиуса К,. Центры обеих сферических поверхностей находятся в переднем Фокусе системы электродов 3, образующих электростатическую линзу. Углы раствора всех конусов одинаковы, а длины образующих конусов определяют 55 , ся из выраженияЮ где г = 1,2 и - номер элементажалюзи, начиная с элемента с наибольшим радиусомбольшего основания;п - число элементов жалюзи;г; - радиус окружности большего основания -го элемента жалюзи; г; радиус окружности меньшего основания г.-гоэлемента жалюзи;К - расстояние от окружностей больших основанийэлементов жалюзи до Фокуса системы электродов;К, - расстояние от окружностей меньших основанийэлементов жалюзи до Фокуса системы электродов,при этом г= г , 1 с = 1,22%+1 фп.формула (1) выводится следующим образом (Фиг.З). В треугольнике РЕП сторона ЕЭ является образующей конической пОверхности д-го элемента ми" щеки и имеет длину К +К -2 г г .-2 (К -.)(К2. й2 1 2 11 Укаэанные рассуждения справедливыдля любого элемента мишени. Делитель б напряжения (Фиг.4),от которого закрываются все элементы жалюзи (каждый элемент состоитиз двух частей), представляет собой(2 п) резисторов К одного номинала,соединенных последовательно,Хасс-спектрометр работает следующим образом.Микрометеорная частица неизвестного срстава из анализируемого потока ударяет в один из элементов 9 ми5 159462 шени 2 в наружную 1 О либо внутреннюю 11 его часть. Угол наклона р образующих элементов 9 выбирается при этом из интервала 40-50 , когдаоэмиссия ионов, образующихся при ударе микрочастицы, максимальна,Электрическое поле, создаваемое частями 10 и 11 данного элемента жалюзи и частями 10 и 11 соседнего элемента с меньшим радиусом основания,имеющи- ми соответственно потенциалы Бр, Б, , П , Бк, создаваемые йодключением к крайним электродам бло-. ков 8 питания, замедляет и поворачивает обратно ионы, движение которых в результате гидродинамическо" го разлета плазмы направлено в сторону, противоположную направлению от данного элемента жалюзи к вход ному окну анализатора 4, Пакет ионов, ускоренных электрическим полем, формируемым элементами жалюзи и выходной диафрагмой 15, которая заземлена, вылетает из промежутка между . 25 двумя элементами жалюзи и попадает в систему электродов 3, образующую электростатическую линзу и обеспечивающую геометрическую фокусировку пакета. Далее ионный пакет попадает в анализатор 4 с секторным аксиально-симметричным электростатическим полем, в котором происходит разделение ионов по времени пролета . в соответствии с соотношением их массы к заряду. Детектор 5, в качестве которого исподьзуется вторичный электронный умножитель ВЭУ, преобразует импульсы ионного тока в импульсы электронного тока, которые 40 усиливаются импульсным усилителем 6 и отображаются на экране осциллографа 7.Так как каждый элемент состоит из двух частей, электрически изоли рованных одна.от другой и соединенных через резистор, при подключении жалюзи к источнику питания вдоль каждо-го элемента возникает градиент потенциала электрического поля, приводящий к практически полному вытягиванию ионов плазмы в направлении к выходной диафрагме. Это повышает коэффициент использования пробы пылеударного источника.Расположение элементов жалюзи вдоль сферической поверхности, их конусообразная форма и их последовательное соединение через резисторы 8 6обеспечивают после подключения .жалюзи к источнику питания создание воронкообразного электрического поля, одинаково эффективно вытягивающего ионные пакеты с разных участков мишени, При этом эа счет возникновения градиента потенциала в радиальном направлении обеспечивается геометрическая фокусировка ионных сгустков с угловой расходимостью.Укаэанные признаки позволяют су" щественно снизить потери ионов,поэтому при анализе химического состава потока микрометеоритов и его плотности уменьшается доля незарегистри- .рованных частиц, причем информацияо химическом составе каждого иэ зарегистрированных микрометеоритов слабо зависит от точки удара о мишень.Точность анализа повышается,При экспериментальном исследовании потока модельных частиц с плот-ностью материала р, 3 г/смэ, скоростью в диапазоне 1-1 О км/с,массамив интервале 1 О - 10 г параметры= 61,5 мм; г, = 53,7 мм; г 1457 мм 1 го = 37,5 мм 1 г 17При этом согласно формуле (1): 1- 10,5 мм; 1= 10,6 мм; 1 З=- 10,7 мм; 1 = 11,0; 111,3;1 = 11,6 мм; 1 12,0 мм; 112,4 мм; 1 = 13,0 мм; 1,13,7 мм,Формула изобретения Времяпролетный масс-спектрометр, содержащий последовательно расположенные пылеударный источник ионов с мишенью в виде жалюзи, систему электродов ионного источника, анализатор ионов, детектор, а также блоки питания и регистрации, о т л и ч а ю - щ и й с я тем,что, с целью повышения точности и чувствительности,уст-. ройство дополнительно снабжено делителем напряжения из резисторов одно" го номинала, система электродов ионного источника выполнена в виде соосных диафрагм, образующих электроста 1594628ер элемента элемента с ом большегожалю наиб осно льшим радиания;элементов алю п - числРад осн и большегоэлемента окружяосния -го и, м; тйческую линзу, а элементы жалюзи выполнены в виде тонкостенных полых прямых круговых усеченных конусов с одинаковыми углами раствора установ5 ленных соосно так,что большие основания конусов обращены в направлении влета микрометеорных частиц, окружности больших и меньших оснований/находятся на двух сФерических поверх ностях с радиусами Я и К соответственно, с общим центром в Фокусе системы электродов, причем длины образующих конусов элемента жалюзи определяются из соотношения 15 г . - радиус окружности меньшего1 фоснования -го элемента,м;К - расстояние от окружностейбольших. оснований элементовжалюзи до Фокуса системыэлектродов,м;К - расстояние от окружностей1меньших оснований элементовжалюзи до Фокуса системыэлектродов, м;и где г 11,т, , 1 с = 1,2п, а каждый элемент жалюзи выполнен разрезным из двух электропроводных электрических изолированных друг от друга частей - наружной и внутренней, с кольцевой щелью между ними, так что внутренняя часть элемента жалюзи электрически соединена со средней точкой резисторов делителя напряжения, соединяющих наружную часть этого же элемента жалюзи с наружной частью следующего элемента, эа исключением первого наружного и последнего внутреннего элементов жалюзи, соединенных с блоком питания.1594628 ктор И,Горная Корректор Т.Малец Заказ 2835 Тираж 401 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 твенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагар Прои юнуюсти