Многооборотный магнитный масс-спектрометр

305909

ОЛ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 23.Х1.1968 (М 1284611/26-25) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 11.V!.1971. Бюллетень ¹ 19

Дата опубликования описания 9Х111.1971

МПК В 01d 59/44

G 01п 27/62

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 543.51(088.8) Автор изобретения

Н. И. Тарантин

Объединенный институт ядерных исследований

Заявитель

МНОГООБОРОТНЫЙ МАГНИТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Изобретение предназначено для магшгтного анализа спектра масс ионов, широко применяемого в научных экспериментах и в промышленности.

В известных многооборотных (т. е. с отклонением пучка на уч ол более 2т радиан) магнитных масс-спектрометрах магнитное .поле имеет сложную топографию, что затрудняет их использование.

Целью изобретения является обеспечение в многооборотном магнитном масс-спектрометре большой дисперсии и низкого фона случайных ионов.

B предлагаемом масс-спектрометре эта 15 цель достигается тем, что на пути движения ионов в однородном или ступенчато-однородном магнитном поле по многооборотным незамкнутым траекториям в местах радиальных фокусов пучка устанавливают короткофокус- 20 ные осесимметричные или плоскосимметричные электрические линзы, которые или исклю чают фокусы пучка (дефокусирующие линзы), или удваивают их число (фокусирующие линзы). В промежуточных фокусах или образовавшихся сужениях пучка устанавливают электрические линзы в виде диафрагм для снижения фона случайных ионов, попадающих на приемник.

На фиг. 1, 2 показан предлагаемый многооборотный многоступенчатый мапштный масс-спектрометр (варианты).

Масс-спектрометр содержит плоско-параллельные полюсные наконечники 1 и 2 электромагнита (магнитное поле в зазоре Вз>В,; на фиг. 1 B>=1,06 В,), ионный источник 3, внешние заземленные электроды 4 электрических линз, внутренние потенциальные (+ V) электроды 5 электрических линз, приемник ионов 6.

Масс-спектрометр, изображенный на фиг. 2, кроме того, содержит внешнис потенциальные электроды 7 (+ V) электрических линз. дуант 8 под потенциалом V>, кран 9.

Принцип действия масс-спектрометра, представленного на фиг. 1, следующий.

Ионы, образующиеся в источнике, ускоряются потенциалом + V, приложенным к источнику, и формируются в пучок с небольшим углом расхождения в радиальном сечении и в параллельный пучок — в аксиальном сечении. В межполюсном зазоре 10 ионы отклоняются на 180 с радиусом кривизны траектории Ri, образуя первый радиальный промежуточный фокус в плоскости пропускного отверстия г электрода линзы. Затем вновь расходящийся пучок снова фокусируется в плоскости отверстия действием электрической линзы. Далее в межполюсном зазоре Il пучок отклоняется на 180 с радиусом кривизны

305909 и Д.— У ЛМ;

111= П

i .1

1. Многооборотный магнитный масс-спе«трометр, содержащий источник ионов, прием40 ник ионов и магнитный анализатор c rloilp речным магнитным полем, Отлггчагощийся тем. что, с целью увеличения дисперсии, в местах промежуточных радиальных фокусов ariaлизатора установлены короткофокусные элек45 трическпе линзы, расстояние между задп11м и передним фокусами которых существен>но меньше, например в десять раз, расстояния между радиальными фокусами анализатора.

2. Масс-спектрометр по и. 1, отличающийся тем, что в качестве электрической линзы применена фокусирующая линза, передний фокус которой совпадает с радиальным фокусом анализатора.

3. Масс-спектрометр по п. 1, Отличающийся тем, что в качестве электрической линзы применена дефокусирующая линза, задний фокус которой совпадает с радиальны»i фокусом анализатора.

4. Масс-спектрометр по пп. 1, 2, 3, отличающиггся тем, что, с целью удобства размещения электрически.; ли! з, магнитный анализатор выполнен разрезным Ilo плоскости уста1ЮВКИ ЛИНЗ.

5. Масс-спе«трометр по пп. 1, 2, 3, 4, отли55 чаюи1ийся тем, ITo, с целью 3 меньшения фоmv -

const, 7

Л, =-- —.R1

=-Л-, ==Л„=

В, траекторий ионов R =Rl — и фокусируется > в плоскости отверстия ж. 11осле этого пучок снова проходит через электрическую линзу, межполюсный зазор 10 и т. д., совершая несколько (на фиг. 1 — три) полных оборотов.

В месте последнего фокуса располагают приемник ионов 6.

Принцип действия масс-спектрометра, показанного на фиг. 2, тот же но он имеет раз ые радиусы кривизны Rl u Rq траекторий ионов на четных и нечетных полуоборотах, что обусловлено не разными значениями магнитного поля, а дополнительным замедлением-ускорением ионов при прохожден1ии разности потенциалов Vr, приложенных « электродам 4 н 7, и тем, что вместо фокусиру1ощих электрических линз используются дефокусирующие.

При введении электрических линз дисперсия масс-спе«трометра растет с увеличением угла отклонения ионов. Величину дисперсии

D масс-спектрометра и коэффициент линейного увеличения М можно вычислить, если воспользоваться метричным методом расчета коэффициентов, определяющих величины первого порядка малости, и представить рассматриваемый масс-спектрометр как систему, состоящую из чередующихся магнитных анализаторов и электрических линз:, 1ля приведенного на фиг. 1 ьарианта массспектрометра:

Л4, =1И., =... =Л4„— — 1, Л,=Л;=ДО=R

Д вЂ” Д - ° Д10 0 Лз Дг Д11 R2

Заметим, что D=O (с точностью до членов нулевого порядка малости) для любой электрической линзы с нулевым значением напряженности фокусирующего поля на ос» линзы.

В режиме масс-спектрометра, «Огда

Д=-0 с более высокой точностью.

Это дает М= — 1, D=3 (Й1+Р ).

Для второго варианта масс-спектрометра (фиг. 2)

1 0 >0 >

Л, = — Р„д„= — Л,, = — Л„= Л,-, = Rr, 10

30 — Л,,-,=д,,; — — R, и. следовательно, для масс-спектрометра в

1 целом и= — 1, Л = —, (23R1+- "0R ).

Коэффициенты, определяющие вели шны второго порядка малости, рассчитываются таыке матричным методом.

В предлагаемом масс-спектрометре можно исключить аберрации второго и более высо«их порядков малости путем введения криволинейных входной и выходной границ, а тa«же путем шимирования магнитного поля накладками, устанавливаемыми на полюсные наконечники мап1ита параллельно оси х.

Для с131икения фона случайны. . ионов в предлагаемом масс-спектрометре применя1ог диафрагмы в местах сужения пуч«а или в местах промеж >тo 1ных фО«) сов. Ф нкции диафрагм выполняют электроды элекгрических линз. Эти диафрагмы также исключают попадание на приемник и пецикличес«их ионов, т. е. ионов с радиусом кривизны траекторий, большим 1 на величину, «ратнук половине расстояния между отверстиями диафрагмы. В масс-спе«трометре, представленном на фпг. 2, для этой цели 1«спользу1от дополнительный экран.

Изменение радиусов кривизны траекторий уг:IОВ Отклонения 110110В при и дв11жс111н! внутри линз в результате допол11ительного действия электрического поля ;Ice«î расс 111тывается н «оррс«тируется.

Предмет изобрете11пя

305909

Фиг./

Составитель Н. В. Алимова

Техред Е. Борисова

Редактор Т. 3. Орловская

Корректор О. И. Волкова

Заказ 278,П059 Изд. ¹ 79! Тираж 473 Подписи )<.

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СС(Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4, 5

Тип. Харьк. фил. пред «Патент>; на, один из электродов каждой электрической линзы выполнен в виде диафрагмы.

6. Масс-спектрометр по пп. 1, 2, 3, 4, 5, отличаюи ий7ся тем, что, с целью исключения рециклическик ионов, вблизи ионного источника установлен экран.