CN207993800U

CN207993800U - 同位素分辨的离子速度成像仪

Info

Publication number: CN207993800U
Application number: CN201820331769.5U
Authority: CN
Inventors: 刘玉柱; 章炎麟; 常运华; 颜逸辉; 尹文怡; 祝若松; 钱晓陆; 张启航; 周冯斌
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2018-10-19
Anticipated expiration: 2028-03-12

Abstract

本实用新型公开了一种同位素分辨的离子速度成像仪，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板沿着水平方向依次设置并且均为中间带圆孔的带电极板，气体导管穿过壳体一端端部固定在壳体内，气体进样脉冲阀门设置在气体导管一端端部，激光束设置在第一带电极板和第二带电极板之间并且与气体导管位置对应，第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管沿水平方向设置，偏转极板设置在第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管之间，第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管与偏转极板靠近的一端分别设置有栅网，探测器设置在壳体另一端端部。本实用新型可以实现高分辨区分同位素进行离子速度成像，可以区分质量数很近的同位素离子。

Description

同位素分辨的离子速度成像仪

技术领域

本实用新型涉及一种离子速度成像仪，特别是一种同位素分辨的离子速度成像仪。

背景技术

目前通行的离子速度成像仪是由荷兰科学家Eppink和Parker于1997年设计，他们通过设计三块带圆孔的极板，在一定的优化电压配置下，形成离子透镜，实现对具有相同速度但是不同位置的带电粒子进行聚焦，然后被飞行管后端MCP&PS（Micro-channel Plate &Phorsphor Screen, 微通道板&磷光屏）探测器收集，如图5(a)所示，其中P1是排斥级极板，P2是加速级极板，P3是接地级极板。在离子透镜作用下，不同位置的带电粒子聚焦在探测器的一个点上，这大大提高了离子速度成像的分辨率。将带孔圆盘的加上合适电压后，形成离子透镜，如图5(b)所示。

然而，目前通行的基于三极板设计的离子速度成像仪以及后来发展的多极板离子速度成像仪，都无法对同位素母体离子或者碎片离子进行分辨成像。尽管逐步发展起来的“质量门”技术可以对质量数差异较大的带电离子碎片进行分辨成像，但是对于质量数差异极小的同位素碎片，例如12C、13C的离子很难高分辨成像，这是由于“质量门”技术是基于控制探测器电压让探测器不工作状态，而当感兴趣的离子到达时候，试图让探测器“瞬间”处于高压状态使其工作，从而选择性探测感兴趣的一定质量离子。但是这种电压的变化是很难通过“瞬间”来完成，因此现有技术很难区分质量数很近的离子，如同位素离子12C、13C；同时探测器电压从高压“瞬间”降低到0，时而会产生放电现象，不仅可能损坏探测器，而且对成像效果有影响，造成错误的实验结果；同时离子速度成像业内人士众所周知的是MCP&PS探测器价格非常昂贵，长期这样操作会降低探测器寿命。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种同位素分辨的离子速度成像仪，区分质量数很近的同位素离子。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种同位素分辨的离子速度成像仪，其特征在于：包含壳体以及设置在壳体内的第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板、第五带电极板、第一飞行屏蔽管、偏转极板、第二飞行屏蔽管、探测器、气体导管、气体进样脉冲阀门和激光束，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板沿着水平方向依次设置并且均为中间带圆孔的带电极板，气体导管穿过壳体一端端部固定在壳体内，气体进样脉冲阀门设置在气体导管一端端部，激光束设置在第一带电极板和第二带电极板之间并且与气体导管位置对应，第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管沿水平方向设置，偏转极板设置在第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管之间，第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管与偏转极板靠近的一端分别设置有栅网，探测器设置在壳体另一端端部。

进一步地，所述壳体长度为1417mm，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板均为开圆孔的圆形极板，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板的厚度为2mm，外径均为140mm，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板的内径分别为10mm、20mm、30mm、40mm和25mm，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板的间距为38mm，第一带电极板与壳体端部间距为100mm。

进一步地，所述第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管为μ金属圆形管，内径为82mm，外径为88mm，厚度为3mm。

进一步地，所述偏转极板由四块极板构成，上极板和下极板上下设置，左极板和右极板左右设置，四块极板成均为弧形极板并且四块极板构成圆管状，其构成的圆管内径为82mm，外径为88mm，厚度为3mm。

进一步地，所述第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板的电压分别为3000V、2080V、200V、100V、0V。

进一步地，所述上极板电压400V，下极板电压-400V，左右极板接地，第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管也接地。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：本实用新型可以实现高分辨区分同位素进行离子速度成像，在测量过程不需要改变探测器工作电压情况下，即可实现测量不同质量的带电离子的速度影像，而且可以区分质量数很近的同位素离子。

附图说明

图1是本实用新型的同位素分辨的离子速度成像仪的示意图。

图2是本实用新型的偏转极板设置及电场分布图。

图3是本实用新型的同位素分辨率离子速度成像仪的工作时序图。

图4是本实用新型的同位素分辨离子速度成像仪的电势能分布及效果图。

图5是现有技术的离子速度成像仪的示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

如图1所示，本实用新型的一种同位素分辨的离子速度成像仪，包含壳体以及设置在壳体内的第一带电极板E1、第二带电极板E2、第三带电极板E3、第四带电极板E4、第五带电极板E5、第一飞行屏蔽管E6、偏转极板、第二飞行屏蔽管E11、探测器D1、气体导管T1、气体进样脉冲阀门V1和激光束L1，第一带电极板E1、第二带电极板E2、第三带电极板E3、第四带电极板E4和第五带电极板E5沿着水平方向依次设置并且均为中间带圆孔的带电极板，气体导管T1穿过壳体一端端部固定在壳体内，气体进样脉冲阀门V1设置在气体导管T1一端端部，激光束L1设置在第一带电极板E1和第二带电极板E2之间并且与气体导管T1位置对应，第一飞行屏蔽管E6和第二飞行屏蔽管E11沿水平方向设置，偏转极板设置在第一飞行屏蔽管E6和第二飞行屏蔽管E11之间，第一飞行屏蔽管E6和第二飞行屏蔽管E11与偏转极板靠近的一端分别设置有栅网，探测器D1设置在壳体另一端端部。

壳体长度为1417mm，第一带电极板E1、第二带电极板E2、第三带电极板E3、第四带电极板E4和第五带电极板E5均为开圆孔的圆形极板，第一带电极板E1、第二带电极板E2、第三带电极板E3、第四带电极板E4和第五带电极板E5的厚度为2mm，外径均为140mm，第一带电极板E1、第二带电极板E2、第三带电极板E3、第四带电极板E4和第五带电极板E5的内径分别为10mm、20mm、30mm、40mm和25mm，第一带电极板E1、第二带电极板E2、第三带电极板E3、第四带电极板E4和第五带电极板E5的间距为38mm，第一带电极板E1与壳体端部间距为100mm。

第一飞行屏蔽管E6和第二飞行屏蔽管E11为μ金属圆形管，内径为82mm，外径为88mm，厚度为3mm。如图2所示，偏转极板由四块极板构成，上极板E7和下极板E8上下设置，左极板E9和右极板E10左右设置，四块极板成均为弧形极板并且四块极板构成圆管状，其构成的圆管内径为82mm，外径为88mm，厚度为3mm。

第一带电极板E1、第二带电极板E2、第三带电极板E3、第四带电极板E4和第五带电极板E5的电压分别为3000V、2080V、200V、100V、0V。上极板E7电压400V，下极板E8电压-400V，左右极板接地，第一飞行屏蔽管E6和第二飞行屏蔽管E11也接地。如图4所示，V1为脉冲阀门的工作时序，L1为激光工作时序，偏转电场E7&E8为偏转电场工作时序，这三个时序均由DG535精密控制。在以上电压设置下，如图4所示，为了对其可行性进行分析，我们采用国际上通用的SIMION软件对其进行模拟，假设实验中要探测¹²C离子的速度影像，而排除同位素¹³C的影响，¹²C离子成像结果如图4(c)所示，在离子源分布12mm范围内的具有相同动能(0.7eV）的¹²C离子聚焦于探测器上，实现成像；而¹³C离子被脉冲电场成功偏离而不产生干扰，脉冲电势分布如图4(d)所示，偏转效果如图图4(e)所示。

具体如何对同位素分辨成像，这里以¹²C和¹³C为例进行说明，如果实验中要探测¹³C离子的速度影像，而排除同位素¹²C的影响。这里将操作如下：¹²C的质量小于¹³C，将先于¹³C，在¹²C刚飞出E₆飞行屏蔽管的栅网后，E7和E8形成一脉冲式偏转场，使¹²C离子发生偏转而不被探测到。由于E6飞行屏蔽管带有接地栅网，E7和E8形成脉冲式偏转场不会对未暂时未飞出栅网的带点离子¹³C产生影响，而当带点离子¹³C飞出E6右侧栅网后，E7和E8脉冲式偏转场已经撤离，¹³C可以完全按照其原有路径进行成像，而¹²C因被偏转而不会对¹³C的成像造成任何干扰。

反之如果实验中要探测¹²C离子的速度影像，而排除同位素¹³C的影响。这里将操作如下：¹³C的质量大于¹²C，将后于¹²C，在¹²C飞入E11飞行屏蔽管的栅网而¹³C暂未飞入E11飞行屏蔽管的栅网时，这时候E7和E8形成一脉冲式偏转场，使¹³C离子其发生偏转而不被探测到。由于E11飞行屏蔽管带有接地栅网，E7和E8形成脉冲式偏转场不会对已经飞入E11栅网的带点离子¹²C产生影响，¹²C可以完全按照其原有路径进行成像，而¹³C因被偏转而不会对¹²C的成像造成任何干扰。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种同位素分辨的离子速度成像仪，其特征在于：包含壳体以及设置在壳体内的第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板、第五带电极板、第一飞行屏蔽管、偏转极板、第二飞行屏蔽管、探测器、气体导管、气体进样脉冲阀门和激光束，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板沿着水平方向依次设置并且均为中间带圆孔的带电极板，气体导管穿过壳体一端端部固定在壳体内，气体进样脉冲阀门设置在气体导管一端端部，激光束设置在第一带电极板和第二带电极板之间并且与气体导管位置对应，第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管沿水平方向设置，偏转极板设置在第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管之间，第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管与偏转极板靠近的一端分别设置有栅网，探测器设置在壳体另一端端部。

2.按照权利要求1所述的同位素分辨的离子速度成像仪，其特征在于：所述壳体长度为1417mm，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板均为开圆孔的圆形极板，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板的厚度为2mm，外径均为140mm，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板的内径分别为10mm、20mm、30mm、40mm和25mm，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板的间距为38mm，第一带电极板与壳体端部间距为100mm。

3.按照权利要求1所述的同位素分辨的离子速度成像仪，其特征在于：所述第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管为μ金属圆形管，内径为82mm，外径为88mm，厚度为3mm。

4.按照权利要求1所述的同位素分辨的离子速度成像仪，其特征在于：所述偏转极板由四块极板构成，上极板和下极板上下设置，左极板和右极板左右设置，四块极板成均为弧形极板并且四块极板构成圆管状，其构成的圆管内径为82mm，外径为88mm，厚度为3mm。

5.按照权利要求1所述的同位素分辨的离子速度成像仪，其特征在于：所述第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板的电压分别为3000V、2080V、200V、100V、0V。

6.按照权利要求4所述的同位素分辨的离子速度成像仪，其特征在于：所述上极板电压400V，下极板电压-400V，左右极板接地，第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管也接地。