Устройство для удаления электронов из пучка отрицательных ионов

(71) Институт энергетических проблем химичЧзской физики АН СССР( 4) УСТРОЙСТВО ДЛ Я УДАЛ Е Н ИЯ ЭЛ Е КТРОНОВ ИЗ ПУЧКА ОТРИЦАТЕЛЬНЫХАОНОВД 7) Использование: масс-спектрометриядря удаления электронов от пучка отрицательных ионов, при определении абсолютных токов отрицательных ионов вмасс-спектрометрических измерениях, приэергоанализе отрицательных ионов.Целью изобретения является обеспечениевзможности удаления электронов из пучкаотрицательных ионов с энергией свыше 0,5эб, Сущность: устройство состоит из генеПредложе относится к м начено /1 ля у отрицательнь бть использ летных токов сектрометр нное техническое решение асс-спектрометрии и предназдаления электронов от пучка х ионов. Устройство может овано при определении абсоотрицательных ионов в массических измерениях и при отрицательных ляется обеспечея электронов из в с энергией свыГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ратора радиочастотного напряжения, первого преобразователя однофазного радиочастотного напряжения в парафазное, линии задержки, причем ее время задержки равно четверти периода частоты генератора, второго преобразователя однофазного напряжения в парафазное, причем к первому преобразователю подключены г:ервая система чередующихся электродов, а ко второму преобразователю - вторая, при этом на каждый электрод с четным номером системы подается первая фаза радиочастотного напряжения с выхода соответствующего преобразователя, а на электроды с нечетным номером - вторая, при этом чередующиеся электроды в каждой системе выполнены в виде пластин разной ширины, плоскости которых параллельны друг другу и электронно-оптической оси устройства, а расстояние между первой и второй системами электродов не больше ширины электрода. При использовании этого устройства удается получать уменьшение электронного пучка в пучке отрицательных ионов с энергией свыше 0,5 эВ на три порядка и более, что дает возможность определять абсолютные токи отрицательных ионов в пучке и проводить энергоанализ отрицательных ионов, 1 п.ф,-лы, 2 ил. энергоанализе пучков ионов,Целью изобретения яв ние возможности удалени пучка отрицательных ионо ше 0 5 эВ.Схема устройства представлена на фиг, 1. На фиг. 2 представлены эпюры напряжений, подаваемых на соответствующие группы чередующихся электродов. Устройство для удаления электронов из пучка отрицательно заряженных ионов состоит из генератора 1 радиочастотного напряжения, первого преобразователя 2 однофазного радиочастотного напряжения в парафазное, на выходе которого размещена первая система 3 чередующихся электродов 4, причем первая фаза 5 преобразователя 2 соединена с электродами 4 системы 3, имеющими нечетный номер, а вторая фаза 6 - с электродами 4 системы 3 с четным номером, линии 7 задержки, причем ее время задержки равно четверти периода частоты генератора 1, второго преобразователя 8 однофазного радиочастотного напряжения в парафазное, а к выходу которого подключена вторая система 9 чередующихся электродов 4, причем первая фаза 10 преобразователя 8 соединена с электродами 4 системы 9, имеющими нечетный номер, а вторая фаза 11 - с электродами 4 системы 9 с четным номером, Чередующиеся электроды 4 систем 3, 9 выполнены в виде пластин равной ширины, ра-положенных так, что их плоскости параллельны друг другу и электронно- оптической оси 12 устройства, при этом передние края электродов 4 системы 3 лежат в одной плоскости, а электроды 4 системы 9 - в другой, причем обе плоскости перпендикулярны электронно-оптической оси 12, а расстояние между плоскостями больше ширины электродов 4, но меньше их удвоенной ширины,Введенные технические признаки не обнаружены в известных устройствах для отделения электронов из пучка отрицательных ионов. Хотя введенные технические признаки известны 3, однако устройство, в которых они обнаружены, не проявляюттехнических свойств, проявляемых при применении этих технических признаков в предложенном устройстве.Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 1 генерирует радиочастотное напряжение на фиксированной частоте. Напряжение с выхода задающего генератора 1 подается на, входы первого преобразователя 2 и линии 7 задержки. На выходе преобразователя 2 генерируется парафазное радиочастотное напряжение, которое подается на первую систему 3 чередующихся электродов 4. При этом напряжение первой фазы 5 преобразователя 2 подается на электроды 4 системы 3, имеющие нечетный номер, а вторая фаза 6 на электроды 4 системы 3 с четным номе е 0 1) 5 гл1 (2 л 1 ) 5055 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ром, Задержанное линией 7 задержки на четверть периода радиочастотное напряжение подается на вход второго преобразователя 8. В качестве преобразователей однофазного напряжения в парафазное может быть использован дифференциальный усилитель 4. К выходу каждого плеча дифференциального усилителя подключается дифференцирующая ВС-цепочка 4, для того чтобы устранить постоянное напряжение смещения, присутствующее на выходе дифференциального усилителя, При этом радиочастотное напряжение снимается с точки соединения емкости и резистора дифференцирующей ЯС-цепочки, С выхода преобразователя 8 парафазное напряжение подается на вторую систему 9 чередующихся электродов 4, причем первая фаза 10 подается на электроды 4 с четным номером, а вторая фаза 11 с нечетным, Эпюры соответствующих напряжений на соответствующих электродах представлены на фиг. 2. Первый и второй графики фиг. 2 описывают зависимости напряжений на четных и нечетных электродах 4 первой системы 3 электродов соответственно, а третий и четвертый графики - на четных и нечетных электродах 4 системы 9 электродов соответственно, Ионный пучок, содержащий электроны, пропускается вдоль электронно-оптической оси 12 устройства через системы 3 и 9 чередующихся электродов 4, При этом происходит следующее. Так как время пролета иона вдоль чередующихся электродов 4 намного больше периода радиочастотного напряжения, приложенного к ним, ионы, находящиеся между чередующимися электродами 4, совершают колебательное движение в направлении, перпендикулярном электронно- оптической оси 12 устройства и плоскости чередующихся электродов, Амплитуда колебаний ионов не превосходит амплитуды их колебаний в радиочастотном поле параллельных пластин бесконечной длины и рав- ной где 0 - амплитуда радиочастотного напряжения, прикладываемая к бесконечным параллельным пластинам- расстояние между пластинами, в - масса иона,е - заряд иона,1 - частота радиочастотного напряжения,Амплитуда и частота радиочастотного напряжения выбирается таким образом,чтобы амплитуда колебаний иона была намного меньше расстояния между пластинами, но в то же время амплитуда колебаний электрона была бы намного больше расстояния между пластинами, Так как амплитуда 5 колебаний иона намного меньше расстояния между пластинами, ионный пучок практически не ослабляется при прохождении через систему чередующихся электродов.Коэффициент токопрохождения ионов при близительно оценивается следующей формулой;живых- 4 АЗвх15где К - коэффициент токопрохождения;ионовЗвх,Эвых ИОННЫЙ ТОК На ВХОДЕ И ВЫХОДЕ.системы чередующихся электродов соответственно,- расстояние между пластинамиА - амплитуда колебаний иона,При выполнении условия А , КЫ 1.Для электронов с энергией несколько 25эВ время пролета через системы чередующихся электродов намного меньше периодарадиочастотных колебаний. Электроны отклоняются в электрическом поле систем 3, 9чередующихся электродов 4 и оседают на 30них. Указанный процесс эквивалентен процессу образования "тени" отклоняющихгластин в электронно-лучевых трубках 3. Сучетом этого амплитуда радиочастотногонапряжения должна быть также больше величины напряжения "полной тени" пластин33,Ор 1 Г 20 где Ог=8 Е .40Ор - амплитуда радиочастотного напряжеНияО - минимальная амплитуда напряжения, подаваемая на пластины, необходимая для полного оседания электронов на пластинах;Е - максимальная энергия пучка- длина пластин- расстояние между пластинамиВ момент изменения знака радиочастотного напряжения на электродах 4 первой системы 3 мгновенное значение напряжения мало, для того чтобы заметно отклонить электроны, и электроны беспрепятственно пролетают через первую систему 3 электродов 4, Эти электроны пропускаются через вторую систему 9 чередующихся электродов 4. Из-за сдвига фаз,который существует между напряжениями приложенных к первой и второй системам 3, 9, в моменты времени, когда электроны пролетают через первую систему 3, на электродах 4 второй системы 9 мгновенное значение напряжения максимально, Благодаря этому электроны, пролетевшие через первую систему 3 электродов 4 оседают на второй. Таким образом, электроны полностью выводятся из ионного пучка, Коэффициент 2, на который увеличивается минимальная амплитуда О, вытекает из того условия, что в любой момент времени электродах 4 хотя бы одной систем 3 или 9 мгновенное значение радиочастотного напряжения должно быть больше Оп.При использовании предложенного устройства удается получать уменьшение электронного тока в пучке отрицательных ионов с энергий свыше 0,5 эВ на три порядка и более, что дает возможность получать пучки отрицательных ионов без примеси электронов определять абсолютные токи отрицательных ионов в пучке и проводить энергоа нализ отри цател ьн ых ионов.Формула изобретения Устройство для удаления электронов из пучка отрицательных ионов, включающее первую и вторую системы чередующихся электродов, генератор радиочастотного напряжения, первый преобразователь однофазного радиочастотного напряжения в парафазное,отличающееся тем,что, с целью обеспечения возможности удаления электронов из пучка отрицательных ионов с энергией свыше 0,5 эВ, к выходу задающего генератора параллельно первому преобразователю однофазного радиочастотного напряжения в парафазное подключена линия задержки, причем время задержки равно четверти периода частоты генератора радиочастотного напряжения, к выходу линии задержки подключен второй преобразователь однофазного радиочастотного напряжения в парафазное, к которому подключена вторая система чередующихся электродов, причем чередующиеся электроды каждой системы выполнены в виде пластин равной ширины, плоскости которых параллельны одна другой и электронно-оптической оси устройства. ширина чередующихся электродов больше расстояния междусоседними чередующимися электродами в системе электродов, а передние края электродов в каждой системе лежат в одной плоскости, перпендикулярной электронно-оптической оси, причем расстояние между первой и второй системами меньше ширины электродов, но больше расстояния между соседними электродами в системе, 18039411803941 т:т сгт оставитель А,Новик ехред М.Моргентал Корректор М.Петров акто Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина аказ 1059 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по 113035, Москва, ЖПодписноебретениям и открытиям при ГКНТ Саушская наб., 4/5