CN106531609A - 离子束强化装置及方法 - Google Patents

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赵鹏
洪欢欢
闻路红
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Abstract

本发明提供了一种离子束强化装置及方法，所述离子束强化装置包括：第一管，所述第一管内具有气体通道；加热单元，所述加热单元用于加热所述第一管；第二管，所述第二管的一端连接所述第一管，所述第二管的非与所述第一管重叠的部分的内径小于所述第一管的内径；电极，所述电极用于电离进入所述第二管内的气体。本发明具有气体利用效率高、离子束强度高等优点。

Description

离子束强化装置及方法
技术领域
本发明涉及离子源，特别涉及离子束强化装置及方法。
背景技术
离子束喷射强度是由离子束形成的长度、速度与喷射管径决定，即在合理的进气速率与喷射管径下，输出很强的离子束，实现高效的放电气体利用效率。
目前解决离子束强度优化的方法：1)减小喷射管径直径，该方法使得喷射的离子束加有较高的速率，但是离子束密度与单位截面的离子数总量减少，从而降低了离子束强度，且在相对较快的气体流速下，可能会导致放电不充分；2)减小进气速率，该方法适用于多样品连续进样环境，但会使得离子束密度减小，导致离子束强度不高。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种离子束喷射距离远、强度高、气体利用效率高的离子束强化装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种离子束强化装置，所述离子束强化装置包括：
第一管，所述第一管内具有气体通道；
加热单元，所述加热单元用于加热所述第一管；
第二管，所述第二管的一端连接所述第一管，所述第二管的非与所述第一管重叠的部分的内径小于所述第一管的内径；
电极，所述电极用于电离进入所述第二管内的气体。
根据上述的离子束强化装置，优选地，所述电极设置在所述第二管的外缘。
根据上述的离子束强化装置，优选地，所述电极设置在所述第二管的外缘的临着所述第一管处。
根据上述的离子束强化装置，优选地，所述第一管的内径为2.5-3.2mm，所述第二管的内径为1.8-2.5mm。
根据上述的离子束强化装置，优选地，所述第二管采用玻璃管。
根据上述的离子束强化装置，优选地，所述第二管的一端套在所述第一管的外缘。
本发明的目的还在于提供了一种离子束喷射距离远、强度高、气体利用效率高的离子束强化方法，该发明目的通过以下技术方案得以实现：
离子束强化方法，所述离子束强化方法包括以下步骤：
(A1)气体在第一管内的通道内流动，并被加热；
(A2)加热后的气体进入第二管内，温度和压力发生改变，所述第二管的非与所述第一管重叠的部分的内径小于所述第一管的内径；
电极放电，进入第二管内的气体被电离，形成向前喷射的离子束。
根据上述的离子束强化方法，优选地，所述电极设置在所述第二管的外缘。
根据上述的离子束强化方法，优选地，所述电极设置在所述第二管的外缘的临着所述第一管处。
根据上述的离子束强化方法，优选地，所述第一管的内径为2.5-3.2mm，所述第二管的内径为1.8-2.5mm。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
产生的离子束强度、密度等强度因素显著提高，第一管和第二管内径的特殊设计使得离子束长度可达到40mm，离子束强度的提高有助于样品的离子化程度，离子束的长度增加有助于扩大离子源的应用范围(可增加离子源旋转角度、避免空间安装冲突、大体积固态样品等)。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例1的离子束强化装置的剖视图；
图2是根据本发明实施例1的流速变化对比图；
图3是根据本发明实施例1的温度变化对比图。
具体实施方式
图1-3和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1示意性地给出了本发明实施例的离子束强化装置的剖视图，如图1所示，所述离子束强化装置包括：
第一管1，所述第一管内具有气体通道；
加热单元，所述加热单元用于加热所述第一管，间接地加热第一管内流动的气体；
第二管2，所述第二管的一端连接所述第一管，所述第二管的非与所述第一管重叠的部分的内径小于所述第一管的内径；从而改变从第一管进入第二管内的气体的流速和温度；
电极3，所述电极用于电离进入所述第二管内的气体，形成离子束。
离子束强化方法，所述离子束强化方法包括以下步骤：
(A1)气体在第一管内的通道内流动，并被加热；
(A2)加热后的气体进入第二管内，所述第二管的非与所述第一管重叠的部分的内径小于所述第一管的内径，从而使气体的温度和压力均发生改变：流速上升，温度下降；
电极放电，进入第二管内的气体被电离，形成向前喷射的离子束。
实施例2：
根据本发明实施例1的离子束强化装置及方法的应用例。
在该应用例中，加热单元采用电热丝，绕在所述第一管的外缘；第二管采用玻璃管，一端固定在所述第一管的外缘，第二管的非与第一管重叠的部分的内径小于所述第一管的内径，如所述第一管的内径为2.5-3.2mm，所述第二管的内径为1.8-2.5mm；高压电极设置在所述第二管的外缘的临着所述第一管处，便于电离从第一管进入第二管内的加热后的气体，使得气体被电离后形成的离子束的喷射长度达到40mm。
图2所示，第一管内加热后的气体进入第二管内时，速度发生改变，图2中：y坐标的数值表示：离子源的进气口位置为0，总长230mm位离子源总长(即第二管的小管径喷口处位置)，数值175mm为变径处位置，在此位置出现速率的变化。虚线代表本实施例的情况：第一管内径为3mm，第二管内径为2mm，实线代表第一管和第二管内径均为3mm的情况。
图3所示，第一管内加热后的气体进入第二管内时，温度发生改变，z坐标的数值表示：已变径处为计数0位置，向两侧展开，即在变径处的温度高于等径对比的温度。虚线代表本实施例的情况：第一管内径为3mm，第二管内径为2mm，实线代表第一管和第二管内径均为3mm的情况。

Claims (10)

1.一种离子束强化装置，其特征在于：所述离子束强化装置包括：
第一管，所述第一管内具有气体通道；
加热单元，所述加热单元用于加热所述第一管；
第二管，所述第二管的一端连接所述第一管，所述第二管的非与所述第一管重叠的部分的内径小于所述第一管的内径；
电极，所述电极用于电离进入所述第二管内的气体。
2.根据权利要求1所述的离子束强化装置，其特征在于：所述电极设置在所述第二管的外缘。
3.根据权利要求2所述的离子束强化装置，其特征在于：所述电极设置在所述第二管的外缘的临着所述第一管处。
4.根据权利要求1所述的离子束强化装置，其特征在于：所述第一管的内径为2.5-3.2mm，所述第二管的内径为1.8-2.5mm。
5.根据权利要求1所述的离子束强化装置，其特征在于：所述第二管采用玻璃管。
6.根据权利要求1所述的离子束强化装置，其特征在于：所述第二管的一端套在所述第一管的外缘。
7.离子束强化方法，所述离子束强化方法包括以下步骤：
(A1)气体在第一管内的通道内流动，并被加热；
(A2)加热后的气体进入第二管内，温度和压力发生改变，所述第二管的非与所述第一管重叠的部分的内径小于所述第一管的内径；
电极放电，进入第二管内的气体被电离，形成向前喷射的离子束。
8.根据权利要求7所述的离子束强化方法，其特征在于：所述电极设置在所述第二管的外缘。
9.根据权利要求8所述的离子束强化方法，其特征在于：所述电极设置在所述第二管的外缘的临着所述第一管处。
10.根据权利要求7所述的离子束强化方法，其特征在于：所述第一管的内径为2.5-3.2mm，所述第二管的内径为1.8-2.5mm。
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