В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Источники ионов
Измерение и контроль вакуума - Контрольно-измерительная аппаратура
Оглавление
Источники ионов
Статические масс-спектрометры
Секторные электростатические анализаторы
Циклоидный масс-спектрометр
Все страницы

 

В наиболее широко применяемом источнике катод излучает пучок электронов, бомбардирующий молекулы остаточных газов с образованием ионов, которые вытягиваются и фокусируются соответствующими устройствами.


Поскольку многие приборы обеспечивают фокусировку только по одному параметру (например, по направлению движения ионов или по скоростям), для хорошего разрешения масс необходимо, чтобы разброс по энергиям в ионном пучке был минимальным. Отсюда следует, что ионизация должна происходить в ограниченной области пространства, где изменение потенциала незначительно (практически на эквипотенциальной поверхности), и что вытягивание ионов не должно сопровождаться ухудшением их распределения по энергиям.

В литературе описан ряд конструкций различных источников ионов, но интересно отметить, что в большинстве магнитных, а также и некоторых других типах масс-спектрометров используются ионные источники, в основу которых заложена концепция Нира, предложенная еще в 1940-х гг. Принципиальная схема этого устройства представлена на рис. Электроны эмиттируются катодом, установленным перед коллимирующими щелями в ускоряющих плоских электродах А и В.

Щели расположены перпендикулярно направлению распространения ионного пучка. Электроды обладают положительным потенциалом относительно катода и служат для регулирования тока эмиссии и энергии электронов. Плоский пучок электронов фокусируется магнитным полем, параллельным направлению пучка. В некоторых приборах для этого используется магнитное поле анализатора, в других поле создается с помощью небольших вспомогательных магнитов, установленных в ионном источнике. Пучок электронов проходит через ионизационнуку камеру, затем через входную щель в электроде С и собирается на электроде D, называемом анодной ловушкой.

 
 

 
 
 
Ионы, образовавшиеся в результате электронной бомбардировки, вытягиваются из ионизационной камеры слабым электрическим/полем (в несколько В/см) между выталкивающим электродом R и электродом E и ускоряются сильным электрическим долем (вплоть до 1 кВ) между электродами E и F. В результате ионы, попадающие в анализатор, будут обладать кинетической энергией, которая значительно выше по сравнению с начальными энергиями ионов и имеет небольшой разброс. Некоторые масс-спектрометры рассчитаны на плоские (ленточные),пучки ионов; в этом случае коллимирующие щели в электродах должны быть расположены параллельно направлению распространения электронного пучка.

Важно, чтобы источник ионов допускал тщательное обезгаживание, так как состав остаточного газа может искажаться не только электронной бомбардировкой электродов, но и десорбцией газов в виде ионов. Эти ионы обладают более высокой энергией по сравнению с ионами, возникшими вследствие электронной ионизации в газовой фазе  и дают на масс-спектре дополнительную полосу.

Кроме того, конструкция источника должна обеспечивать возможность замены катода после его выхода из строя. Обычно катодную нить выполняют из вольфрама, но при необходимости ограничить протекание химических реакций на горячем катоде, а также нагрев окружающих электродов используют нить из рения или рения, покрытого гексаборидом лантана. Устройство и характеристики таких источников ионов подробно описаны в литературе, например в работе Барнарда, которую можно рекомендовать для более углубленного изучения вопроса.

Несмотря на то что под действием магнитного поля электроны перемещаются по спирали, чувствительность Ks ионного источника значительно ниже, чем у ионизационного вакуумметра, и обычно составляет 10-6 А*Па-1 (так как электронный ток не превышает ~200 мкА, чувствительность источника в ~4 раза ниже чувствительности ВБА). Это объясняется более низкой эффективностью ионизации и экстрагирования.

Эффективность экстрагирования возрастает с увеличением размеров отверстия, через которое происходит экстрагирование ионов, однако при этом происходит ухудшение разрешающей способности прибора вследствие увеличения разброса ионов по энергии.

В работе Питтауэем был предложен способ повышения чувствительности ионного иосточника, основанный на принципах, заложенных в экстракторном вакуумметре. Автор усовершенствовал собственную конструкцию (рис. 4.11), заменив экстрактор двумя сеточными электродами, установленными перпендикулярно направлению распространения ионного пучка и служащими для вытягивания и ускорения ионов.

Чувствительность такого устройства составляла ~ 10-4 А*Па-1 при электронном токе 10 мА, но часть тока собиралась на сетке, поскольку прозрачность сеточных электродов составляла только 40%. Указывается, что дальнейшее совершенствование источника может быть достигнуто путем использования вместо сеточных электродов системы трех электростатических линз для экстрагирования и фокусировки ионов (рис. 5.4).

Для газоанализаторов некоторых типов требование моно-энергетичности пучка ионов не так важно, что позволяет использовать ионные источники более простой конструкции; в частности, можно отказаться от фокусировки электронов с помощью магнитного поля. Однако, вне зависимости от типа используемого источника ионов, необходимо с высокой степенью точности стабилизировать ток эмиссии, а также использовать управляющие схемы, аналогичные схемам в ионизационных вакуумметрах.

Рассмотрев принцип устройства источников моноэнергетических ионов, можно приступить к обсуждению разделения ионов по массам. Существует несколько различных способов разделения ионов, которые будут рассмотрены в следующих разделах.



 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 174 гостей на сайте
=
Рейтинг@Mail.ru