DE1922871B2 - ION SOURCE - Google Patents

ION SOURCE

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DE1922871B2
DE1922871B2 DE19691922871 DE1922871A DE1922871B2 DE 1922871 B2 DE1922871 B2 DE 1922871B2 DE 19691922871 DE19691922871 DE 19691922871 DE 1922871 A DE1922871 A DE 1922871A DE 1922871 B2 DE1922871 B2 DE 1922871B2
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/10—Ion sources; Ion guns
    • H01J49/16—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission
    • H01J49/161—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission using photoionisation, e.g. by laser

Description

insbesondere durch lonenbeschuß oder Hochfrequenzentladung zwischen zwei Elektroden vorgenommen werden.in particular by ion bombardment or high-frequency discharge between two electrodes.

Das Metallrohr kann z. B. einen Rechteck- oder KreisquerschniH haben, er kann ein Gitterfenster aufweisen, aber auch vollkommen aus Gittermaterial bestehen.The metal pipe can, for. B. have a rectangular or circular cross-section, it can have a lattice window, but also consist entirely of grid material.

Zweckmäßigerweise hat die Absauglochplatte eine verstellbare Blende.The perforated suction plate expediently has an adjustable diaphragm.

Die Ionenquelle mit einer an sich bekannten Einrichtung zur Fokussierung eines Laserstrahls auf das Target, die eine am Gehäuse befestigte Linse hat, kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, daß die Hinrichtung in Richtung des Laserstrahls vor der Linse ein gegen das Gehäuse abgedichtetes Fenster und hinter der Linse einen Planspiegel aufweist.The ion source with a device known per se for focusing a laser beam on the Target, which has a lens attached to the housing, can be advantageously developed in that the Execution in the direction of the laser beam in front of the lens a window sealed against the housing and has a plane mirror behind the lens.

Im Gegensatz zu den oben angegebenen bekannten Jonenquellen ist zur Ionisation neben vier Laserbestrahlung vorteilhafterweise keine besondere Gasentladung vorgesehen.In contrast to the known ion sources specified above, there is also four laser irradiation for ionization advantageously no special gas discharge is provided.

Die Ionenquelle findet Anwendung in einem Massenspektrographen, der genaue Isotopenoberflächenuntersuchungen ermöglicht und ein Purrpsystem, das an das Gehäuse der Ionenquelle angeschlossen ist, ein Magnetablenksystem für den von der Ionenquelle abgegebenen Ionenstrahlenbündel und eine Einrichtung zur Registrierung auf einer photographischtn Platte besitzt.The ion source is used in a mass spectrograph for precise isotope surface examinations enables and a Purrpsystem that at the housing of the ion source is connected to a magnetic deflection system for the ion source emitted ion beam and a device for registration on a photograph Owns plate.

Durch diesen Massenspektrographen wird eine Punktisotopenanalyse der Oberfläche des Targets ermöglicht, das den Laserstrahl empfängt.This mass spectrograph makes a point isotope analysis of the surface of the target allows that receives the laser beam.

Zur genaueren Erläuterung der Erfindung sollen eine Ionenquelle und ein Massenspektrograph beschrieben werden, der eine derartige Ionenquelle benutzt. In der Zeichnung zeigtTo explain the invention in greater detail, an ion source and a mass spectrograph will be described using such an ion source. In the drawing shows

F i g. 1 eine Schnittansicht entlang einer Symmetrieebene durch die Achse der Ionenquelle, deren Target durch einen Laserstrahl beaufschlagt wird,F i g. 1 shows a sectional view along a plane of symmetry through the axis of the ion source, its target is impinged by a laser beam,

F i g. 2 eine Schnittansicht der gleichen Ionenquelle in einer zu der ersten Schnittebene senkrechten EbeneF i g. 2 shows a sectional view of the same ion source in a plane perpendicular to the first sectional plane

F i g. 3 schematisch einen Massenspektrographen mit der Ionenquelle von F i g. 1 und 2.F i g. 3 schematically shows a mass spectrograph with the ion source of FIG. 1 and 2.

Eine Ionenquelle 2 befindet sich in einem Gehäuse 4, das im wesentlichen durch einen Zylinder 6 gebildet wird, in den mehrere Rohre 8 bis 10 (Fig. 1) und 9 bis 11 (F i g. 2) mit zu dnr Achse des ersten Rohrs senkrechter Achse münden, wobei der obere Teil durch eine Isolierplatte 16 verschlossen ist, die Isolierdurchführungen 18 trägt, durch die Hochspannungsleitungen 20 verlaufen, die die Elektroden der Ionenquelle versorgen.An ion source 2 is located in a housing 4 which is essentially formed by a cylinder 6 is, in the several tubes 8 to 10 (Fig. 1) and 9 to 11 (Fig. 2) with to the axis of the first tube open on the vertical axis, the upper part being closed by an insulating plate 16, the insulating bushings 18 carries, run through the high voltage lines 20, which the electrodes of the ion source supply.

Das Rohr 8 schließt das Gehäuse 4 der Ionenquelle an eine (nicht abgebildete) Pumpeinrichtung 74 an. Das Rohr 10 ist durch einen lösbaren Boden 22 verschlossen, der die Einführung des Targets erlaubt, das untersucht werden soll.The tube 8 connects the housing 4 of the ion source to a pump device 74 (not shown). The tube 10 is closed by a detachable bottom 22, which allows the introduction of the target, to be investigated.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein Target 15 durch einen Laserstrahl beaufschlagt, dessen Anftreffen sowohl neutrale Atome in Form eines Dampfes als auch positive und negative Ladungen erzeugt, die ein Plasma bilden. Die Einrichtung zur Beaufschlagung des Targets soll später beschrieben werden.In the embodiment described, a target 15 is acted upon by a laser beam, whose Encounter both neutral atoms in the form of a vapor and positive and negative charges generated that form a plasma. The device for applying the target will be described later will.

Das Target 15 bildet den Boden eines Metallirohrs 24. Die Elektroden der Quelle sind sämtlich koaxial zu der Anordnung 15, 24 angeordnet. Eine kreisförmige Absauglochplatte 26 ist mit einer Öffnung versehen, die ebenfalls kreisförmig ist und ein Gitter 28 aufweist, wobei der öffnung eine steuerbare Blende 30 zugeordnet ist. Das Gitter hat den Zweck, das elektrische Feld in der Nähe der lonenquellenachse so homogen wie möglich zu machen. Da die Dichten der positiven und negativen Ladungen wichtig sind, trägt das Gitter zur Trennung der Ionen von den Elektronen bei.The target 15 forms the bottom of a metal pipe 24. The electrodes of the source are all arranged coaxially with the arrangement 15,24. One circular suction hole plate 26 is provided with an opening which is also circular and a Has grating 28, a controllable diaphragm 30 being assigned to the opening. The purpose of the grid is the electric field near the ion source axis to make it as homogeneous as possible. Since the densities of the positive and negative charges are important, the grid contributes to the separation of the ions from the electrons.

Die Ionenquelle hat ferner eine Vorbeschleunigungsplatte 32, die einen großen Spalt aufweist, der mii. einem Gitter versehen ist. Diese zweite Elektrode unterstützt die Wirkung der Absaugplatte und hat den Zweck, einen Überschlag und eine Entladung zu vermeiden. An die Elektroden, die sich in dem Bereich befinden, der von dem durch das Target nach der Bestrahlung mit dem Laserstrahl ausgestoßenen Dampf erreicht wird, wird zu diesem Z«>*ck nicht die gesamte Beschleunigungsspannung angelegt.The ion source also has a pre-acceleration plate 32 that has a large gap that is mii. is provided with a grid. This second electrode supports the effect of the suction plate and has the purpose of avoiding flashover and discharge. To the electrodes that are in the area from the vapor ejected by the target after irradiation with the laser beam is reached, this goal is not the entire Accelerating voltage applied.

Eine Fokussierungselektrode 34 wird durch einen Stutzen gebildet, an dem außen ein Ring koaxial angebracht ist.A focusing electrode 34 is formed by a connection piece to which a ring is attached coaxially on the outside is.

Eine letzte Elektrode wird durch eine Begrenzungselektrode 36 gebildet, die den Spalt zur Begrenzung des Strahls oder den Objektspalt aufweist.A final electrode is formed by a delimitation electrode 36, which delimits the gap of the beam or the object gap.

An den Elektroden der Quelle ~ind stabilisierte Potentiale angelegt, während die Begrenzungsplatte 36 geerdet ist, und an dem Target ist das positivste Potential über einer Reihe von Zellen angelegt, die an stabilisierende Kondensatoren angeschlossen sind.At the electrodes of the source there are stabilized potentials is applied while the confinement plate 36 is grounded and the target is at the most positive potential applied across a series of cells connected to stabilizing capacitors.

Anschlüsse an dieser Reihe von Zellen erlauben die Versorgung der Absaugelektrode 26, der Vorbeschleunigungselektrode 32 und der Begrenzungselektrode 36. Die Fokussierungselektrode 34 wird über eine zweite Reihe von Zellen auf einem Potential gehalten, das positiv gegenüber dem der Vorbeschleunigungselektrode 32 ist. Auch hier wird eine Stabilisierung durch einen Kondensator erreicht.Connections to this row of cells allow the suction electrode 26, the pre-acceleration electrode, to be supplied 32 and the limiting electrode 36. The focusing electrode 34 is via a second Row of cells held at a potential positive compared to that of the pre-acceleration electrode 32 is. Here, too, stabilization is achieved by means of a capacitor.

Es soll jetzt die Arbeitsweise der Ionenquelle beschrieben werden:The mode of operation of the ion source will now be described:

Die Abgabe der positiven Ionen und der Elektronen durch das Auftreffen des Laserstrahls auf das Target ist mit einem sehr starken, kurzzeitigen Elektronenaustritt aus dem Target verbunden. Die Ladung des erzeugten Plasmas, dessen Ausweitung durch den vomThe release of positive ions and electrons when the laser beam hits the target is associated with a very strong, short-term escape of electrons from the target. The charge of the generated plasma, the expansion of which by the from

Metallrohr 24 gebildeten Äquipotentialkäfig erleichtert wird, hat positives Vorzeichen, enthält aber noch einen hohen Elektronenanteil, der bedeutend nachteiliger ist ais der Dampf. Dieser Effekt macht eine besonders sorgfältige Einstellung der Hochspannungsversorgung erforderlich.Metal tube 24 formed equipotential cage facilitated has a positive sign, but still contains a high proportion of electrons, which is significantly more disadvantageous as the steam. This effect makes a particularly careful setting of the high voltage supply necessary.

Das Potential der Absaugplatte wird so eingestellt, daß der größte Teil der Elektronen einer Kraft unterliegt, die die Elektronen von der Achse wegbewegt, so daß sie durch die Absauglochplatte eingefangen werden und nicht durch ihre Öffnung laufen. Dieses Potential muß also sorgfältig eingestellt werden, um eine Verschiebung der Elektronen und der Ionen unter dem Einfluß des elektrischen Feldes in entgegengesetzter Richtung und damit eine Entladung in dem Dampf zu vermeiden. Der Einbau einer derartigen Ionenquelle in einen Massenspektrographen wäre unmöglich, da die Anfangsverteilung des lonisationsgrads der Ionen gestöit wäre.The potential of the suction plate is adjusted so that most of the electrons are subject to a force, which moves the electrons away from the axis so that they are captured by the exhaust orifice plate and don't run through its opening. This potential must therefore be carefully adjusted to avoid a shift of electrons and ions under the influence of the electric field in opposite directions Direction and thus avoid a discharge in the vapor. The installation of such an ion source in a mass spectrograph would be impossible because the initial distribution of the degree of ionization of the ions would be disturbed.

Die Vorbeschieunigungsplatte muß nicht unbedingt vorhanden sein, jedoch kann eine derartige Elektrode die Wirkung der Absauglochplatte unterstützen. Sie sammelt :n diesem Fall die meisten Elektronen, die durch die Absauglochplatte 26 gelaufen sind.The Vorbeschieunigungsplatte does not necessarily have to be present, but such an electrode can support the effect of the suction hole plate. It collects : in this case most of the electrons that have passed through the suction perforated plate 26.

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Bei der praktischen Erprobung hat sich auf Grund Die Ionenquelle 68 ist bereits oben beschrieben der erhaltenen Untersuchungsergebnisse herausgestellt, worden. Die Magnetablenkeinrichtung für die Ionen70 daß die Form der Fokussierungselektrode 34 Vorzugs- bildet ein magnetisches Prisma mit einem Öffnungsweise ringförmig sein sollte. Sie hat die Aufgabe, den winkel von 60°. Sie weiß einen Elektromagnet 78 auf. Divergenzraumwinkel des Ionenstrahlenbündels zu 5 der mit Polstiicken 80 versehen ist, die zwischen sich verringern und seine genaue Beschleunigung bei mini- ein Röhrchen 76 umfassen, das von dem Ionenstrahl malrr Divergenz zu ermöglichen. Es ist bereits erwähnt von der Quelle durchlaufen wird. Eine Blende befindet worden, daß diese Elektrode 34 auf einem Potential sich an der Eintrittsöffnung des Prismas und begrenzt liegt, das bedeutend positiver als das der Vorbeschleu- die Öffnung des Ionenstrahlenbündels. Eine noch nigungsplatte 32 ist. Sie übt daher auf die Ionen eine io engere andere Blende fängt einen seitlichen Abschnitt Abstoßungskraft aus. Zusammenfassend ist zu sagen, des Ionenstrahlenbündels auf, der das magnetische daß die Resultierende der leicht fokussierenden Kraft, Prisma verläßt. During the practical testing, the ion source 68 has already been described above on the basis of the test results obtained. The magnetic deflector for the ions 70 that the shape of the focusing electrode 34 preferably forms a magnetic prism with an opening manner should be ring-shaped. Its job is the angle of 60 °. It has an electromagnet 78. Solid angle of divergence of the ion beam to 5, which is provided with pole pieces 80, which reduce between them and encompass its precise acceleration at a small tube 76 which enables the ion beam to diverge. It is already mentioned by the source it is traversed. A diaphragm has been located so that this electrode 34 is at a potential at the entry opening of the prism and is limited , which is significantly more positive than that of the pre-accelerating opening of the ion beam. An even more inclination plate 32 is. It therefore exerts a smaller diaphragm on the ions and absorbs a lateral section of repulsive force. To sum up, the ion beam on which leaves the magnetic prism that is the resultant of the easily focusing force.

die auf die Ionen in Höhe der Vorbeschleunigungs- Die Ladungsmengen, die durch die Begrenzungsplatte 32 ausgeübt wird, und der Abstoßungskraft platte und durch letztere Blende aufgefangen werden, durch die Elektrode 34 eine Fokussierung der Ionen 15 werden gleichzeitig durch einen Zweistrahl-Oszillozur Achse bewirkt. graphen gemessen.the amount of charge exerted by the limiting plate 32 and the repulsive force plate and by the latter diaphragm are absorbed on the ions in the amount of the pre-acceleration, A focusing of the ions 15 through the electrode 34 is effected simultaneously to the axis by a two-beam oscilloscope. graph measured.

Die Begrenzungselektrode 36 schließlich, die ge- Die durch die letzte Blende durchgelassenen IonenFinally, the delimitation electrode 36, the ions that have passed through the last diaphragm

erdet ist und daher relativ zum Target die höchste werden von einer photographischen Platte 82 deris grounded and therefore the highest relative to the target of a photographic plate 82 of the

Potentialdifferenz aufweist, begrenzt die Form des Sammel- und Registriereinrichtung 72 aufgefangen.Has potential difference, the shape of the collecting and recording device 72 is limited. Strahlenbündels. Die öffnung der Vorbeschleunigungs- 20 Diese Platte verläuft tangential zur Brennebene desBundle of rays. The opening of the pre-acceleration 20 This plate runs tangential to the focal plane of the

platte hat eine Rechteckform, die in ihrer Höhe die Massenspektrographen. Der Einfall der Ionen auf dieplate has a rectangular shape, the height of the mass spectrograph. The incidence of the ions on the

nicht zu nutzenden Bereiche des Strahls unterdrückt empfindliche Schicht der photographischen PlatteAreas of the beam that are not to be used suppresses the sensitive layer of the photographic plate

und damit auch die Effekte der Raumladung ver- äußert sich nach der Entwicklung dieser Schicht inand thus also the effects of the space charge is expressed after the development of this layer in

ringert. Im Gegensatz dazu sind für die Absaugloch- einer Schwärzung, die proportional zu der auf daswrestles. In contrast, for the suction hole, a blackening proportional to that on the

platte und die Fokussierungselektrode rotations- as Target gefallenen Ionenmenge ist. Die erhaltene Formplate and the focusing electrode are rotationally as the target is the amount of ions that have fallen. The shape obtained

symmetrische öffnungen vorgesehen, um zu vermeiden, der Schwärzungsstreifen gibt die des Objektspaltssymmetrical openings are provided in order to avoid the blackening stripe giving that of the object gap

daß eine Fokussierung entlang einer Achse nicht die wieder. Jeder Streifen entspricht einem Verhältnisthat focussing along one axis doesn’t do that again. Each strip corresponds to a ratio

Fokussierung entlang einer dazu senkrechten Achse von m/e.Focusing along a perpendicular axis of m / e.

zur Folge hat. Ein derartiger Massenspektrograph ist praktischhas the consequence. Such a mass spectrograph is practical

Es soll jetzt die Schnittansicht von F i g. 2 entlang 3° erprobt worden. Der verwendete Laser lieferte in einer Ebene senkrecht zu der ersten Schnittebene einem Zeitintervall von 4 μβεϋ einige Lichtimpulse, beschrieben werden. In F i g. 2 sind zwei noch nicht deren Gesamtenergie 0,2 J erreichen konnte. Die in F i g. 1 abgebildete Teile des Gehäuses 6 abgebildet, Linse 46 fokussierte den Laserstrahl auf die Obernämlich die Rohre 9 und 11 mit zu den Achsen des fläche des Targets der Ionenquelle in einer Brennweite Gehäuses 6 und der Rohre 8 und 10 senkrechten 35 von 43 mm. Achsen. Die hauptsächlichen Bauteile der Ionenquelle hattenThe sectional view of FIG. 2 has been tested along 3 °. The laser used delivered in a plane perpendicular to the first cutting plane a time interval of 4 μβεϋ some light pulses, to be discribed. In Fig. 2 are two whose total energy has not yet reached 0.2 J. the in Fig. 1 depicted parts of the housing 6, lens 46 focused the laser beam on the upper namely the tubes 9 and 11 with the axes of the surface of the target of the ion source in a focal length Housing 6 and pipes 8 and 10 vertical 35 by 43 mm. Axles. The main components of the ion source had

Diese Gehäuseteile enthalten ein optisches System 38 folgende Abmessungen:These housing parts contain an optical system 38 with the following dimensions:

zur Einstrahlung des Laserstrahls und eine Einrich- Die Absauglochplatte 26 hatte eine Kreisöffnung,for irradiating the laser beam and a set-up The suction hole plate 26 had a circular opening,

tung 40 zur Justierung des Targets 15. die mit einem Gitter 28, das eine Transparenz vondevice 40 for adjusting the target 15 with a grid 28, which has a transparency of

Das optische System hat ein Fenster 42, das am 40 85 °/0 aufwies, und mit einer Blende 30 versehen war,The optical system has a window 42, which at 40 showed 85 ° / 0 , and was provided with a diaphragm 30, Ende des Rohres 9 befestigt ist, und eine Halterung 44 deren Innendurchmesser 2 bis 10 mm betrug,End of the tube 9 is attached, and a holder 44 whose inner diameter was 2 to 10 mm,

für eine Linse 46, die die Fokussierung eines Laser- Die Vorbeschleunigungsplatte 32 hatte einen Spaltfor a lens 46 which enables the focusing of a laser. The pre-acceleration plate 32 had a gap

Strahlenbündels 48 auf das Target 15 ermöglicht. Der mit den Abmessungen 8 · 15 mm2, während der Innen-Beam 48 on the target 15 allows. The one with the dimensions 8 15 mm 2 , while the inner

Einfall des Laserstrahlenbündels auf das Target wird durchmesser der Fokussierungselektrode ebenso wie Incidence of the laser beam on the target is the same as the diameter of the focusing electrode

durch einen versilberten Spiegel 50 und ein Gitter- 45 ihre Länge 5 bis 15 mm betrug. Der Begrenzungsspalithrough a silver-plated mirror 50 and a grille 45 their length was 5 to 15 mm. The delimitation gap

fenster 54 des Metallrohres 24 ermöglicht. der Begrenzungselektrode hatte ungefähr die Ab-window 54 of the metal tube 24 allows. the limiting electrode had roughly the

Das Target 15 ist an einem Probenhalter 56 mit messungen 1 · 10 mm2. The target 15 is on a sample holder 56 with dimensions 1 x 10 mm 2 .

einer Zahnstange 58 befestigt. Der Probenhalter 56 Die Spannungen, die an die verschiedenen Elek wird in einer Halterung 60 gehalten. Das Target kann troden des Strahlerzeugers angelegt werden, hatter von vorn nach hinten, und umgekehrt, zu der Ebene 50 etwa folgende Werte: von F i g. 2 durch Drehung eines Zahnrads 62 verschoben werden, das die Zahnstange 58 verschiebt. Target + 8,5 kVa rack 58 attached. The sample holder 56 The voltages applied to the various elecs is held in a holder 60. The target can be applied to the beam generator, from front to back, and vice versa, to plane 50 approximately as follows: from FIG. 2 can be moved by rotating a gear 62 which moves the rack 58. Target + 8.5 kV

wenn ein Steuerarm 64 für die Lage des Targets Absauglochplatte ~- 8,5 bis 8,3 k1»if a control arm 64 for the position of the target suction hole plate ~ - 8.5 to 8.3 k 1 »

gedreht wird. Vorbeschleunigungsplatte + 8,3 bis 7,5 kx is rotated. Pre-acceleration plate + 8.3 to 7.5 k x

Eine Hauptanwendung der Ionenquelle von F i g. 1 55 Fokussierungselektrode - 8,5 bis 7,5 k1 A major application of the ion source of FIG. 1 55 focus electrode - 8.5 to 7.5 k 1

und 2 ist ihr Einbau in"einen Massenspektrographen Begrenzungselektrode 0and FIG. 2 is its incorporation in "a mass spectrograph limiting electrode 0

wie den in F i g. 3 abgebildeten.like the one in Fig. 3 pictured.

Dieser Massenspektrograph hat einen Rubinlaser 66, Mit dieser Ionenquelle wurde ein Strahl beschielThis mass spectrograph has a ruby laser 66. A beam was irradiated with this ion source

eine Ionenquelle 68 mit einem durch einen Laserstrahl nigter und fokussierter Ionen mit einer mittlerean ion source 68 with an ion ned and focused by a laser beam with a central one

beaufschlagten Target, wobei die Ionenquelle gleich 60 Intensität von 200 μΑ erhalten. Die Ionenquelle wurdacted upon target, the ion source receiving equal 60 intensity of 200 μΑ. The ion source was

der in F i g. 1 und 2 beschriebenen Quelle ist, eine mit einem Massenspektrometer einfacher Fokussiithe in F i g. 1 and 2, one with a simple focus mass spectrometerii

magnetische Ablenkeinrichtung 70 für die Ionen, eine rung mit Registrierung durch photographische Plattemagnetic deflector 70 for the ions, a device with registration by photographic plate

Sammel- und photographische Registriereinrichtung72 verwendet.Collection and photographic registration device72 is used.

sowie eine Pumpeinrichtung 74. die an das Gehäuse Der Massenspektrograph zeigte folgende Betrieband a pumping device 74 attached to the housing. The mass spectrograph showed the following operation

der Ionenquelle angeschlossen ist. 65 werte: Der registrierte Massenbereich, definiert als d;connected to the ion source. 65 values: the registered mass range, defined as d;

Der Rubinlaser 66. der durch verdampfenden flüssi- Verhältnis der an den beiden Enden der Platte empfaThe ruby laser 66. which is received by evaporating liquid ratio of the at the two ends of the plate

gen Stickstoff gekühlt ist, arbeitet getriggert und weist genen Massen, betrug 1,6, während das Auflösungis cooled by nitrogen, works triggered and exhibits genen mass, was 1.6, while the dissolution

einen rotierenden Spiegel auf. vermögen 200 betrug.a rotating mirror. fortune was 200.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (8)

Patentansprüche- l2l4 437) bildet das Target eine V°" ZWei Elektroden H ' einer Funkenstrecke, wobei durch das Auftreffen einesPatent claims l2l4 437) the target forms a V ° "ZWei electrodes H 'of a spark gap 1. Ionenquelle mit einem Gehäuse und einem Laserstrahls auf die eine Elektrode thermische Elekdarin befindlichen metallischen Target, mit einer tronen emittiert werden, die zur anderen Elektrode Vorrichtung zum Erzeugen von Plasma aus dem 5 der Funkenstrecke beschleunigt werden, so daß eine Targetmaterial und mit einer eine Absauglochplatte Elektronenstoßionisation großer Stabilität im Raumtind eine Begrenzungselektrode enthaltenden Ionen- bereich entsteht, wo die Funken gezündet werden,
optik zur Absaugung eines Ionenstrahlenbündels Die Ionenoptik zur Absaugung der bei der Funkenaus dem Plasma, dadurch gekennzeich- entladung entstehenden Ionen erzeugt ein elektrisches η e t, daß das Target (15) am Boden eines Metall- io Feld mit Hilfe von zwei lochplattenartigen Elektroden, rohres (24) angeordnet ist, daß sich gleichachsig deren eine geerdet und deren andere potentialmäßig zu den. Target und dem Metallrohr eine Absaug- nich. näher bestimmt ist.1. Ion source with a housing and a laser beam on the one electrode thermal Elekdarin located metallic target, emitted with a tronen, which are accelerated to the other electrode device for generating plasma from the 5 of the spark gap, so that a target material and with a one Perforated suction plate electron impact ionization with great stability in space; an ion area containing a delimiting electrode is created where the sparks are ignited,
optics for the suction of an ion beam The ion optics for the suction of the ions resulting from the sparks from the plasma, thereby marked discharge, generate an electrical η et that the target (15) at the bottom of a metal io field with the help of two perforated plate-like electrodes, tubes ( 24) is arranged that one of them is grounded equiaxially and the other is potential-wise to the. Target and the metal tube a suction nich. is more precisely determined. lochplatte (26) befindet, deren kreisförmige öffnung Ferner ist es bekannt (vgl. britische PatentschriftPerforated plate (26) is located, the circular opening of which is also known (see British patent specification mit einem Gitter (28) versehen ist, daß sich an die 1 018 508, deutsche Patentschrift 1 198 465), zusätz-is provided with a grid (28) that is based on 1 018 508, German patent specification 1 198 465), additional Absauglochplatte in Vorwärtsrichtung des Ionen- 15 lieh zu der Einwirkung des Laserstrahls durch Elek-Suction hole plate in the forward direction of the ion 15 lent to the action of the laser beam by elec- strahlenbündels eine Vorbeschleunigungsplatte (32), tronenstoßionisation im Raum zwischen einer Ka-a pre-acceleration plate (32), electron impact ionization in the space between a ca- in deren Ionendurchtrittsöffnung ein Gitter ange- thode und einer Anode zu ionisieren. Die Ionenoptikto ionize a grid method and an anode in their ion passage opening. The ion optics ordnet ist, eine einen ringförmigen Stutzen bil- (vgl. britische Patentschrift 1 018 50Si) besteht ausis arranged, an annular nozzle bil- (see. British Patent 1 018 50Si) consists of dende Fokussierungselektrode (34) und die mit einem nicht näher erklärten System von Elektroden,the focussing electrode (34) and those with an unspecified system of electrodes, einem Spalt versehene Begrenzungselektrode (36) 20 die in Vorwärtsrichtung des Ior.snstrahls vor einema gap provided limiting electrode (36) 20 in the forward direction of the Ior.snstrahls in front of a anschließen, und daß an die Absauglochplatte, die Fenster des Gehäuses angeordnet sind.connect, and that the window of the housing are arranged on the suction hole plate. Vorbeschleunigungsplatte, die Fokussierungselek- Bei diesen bekannten Ionenquellen wird durch diePre-acceleration plate, the focusing elec- In these known ion sources, the trode und die Begrenzungselektrode jeweils zu- verwendete Ionenoptik zum Absaugen des Ionenstrahltrode and the limiting electrode each used ion optics for sucking off the ion beam nehmend höhere Spannungen in bezug auf das nicht die Anfangsvertedung des lonisationsgrades derincreasing tensions in relation to the not the initial vertedung of the degree of ionization of the Target angelegt sind. 25 das Target bildenden chemischen Elemente beibehalten.Target are created. 25 chemical elements constituting the target are retained. 2. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch ge- Es ist also nicht möglich, die Ionen aus diesem Plasma kennzeichnet, daf· das Metallrohr (24) Rechteck- unter Aufrechterhaltung der Anfangsverteilung des querschnitt hat. lonisationsgrades abzusaugen, da mit diesen bekann-2. Ion source according to claim 1, characterized in that it is not possible to extract the ions from this plasma indicates that the metal tube (24) is rectangular while maintaining the initial distribution of the has cross section. to suction off the degree of ionization, since with these 3. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch ge- ten Ionenoptiken die Ursache der differentiellen Ionikennzeichnet, daß das Metallrohr (24) Kreisquer- 30 sation der verschiedenen Elemente, z. B. verschiedene schnitt hat. parasitäre Effekte elektrischer Entladungen, nicht be-3. Ion source according to claim 1, characterized in that ion optics denote the cause of the differential ionics, that the metal tube (24) circular transverse 30 sation of the various elements, for. B. different cut has. parasitic effects of electrical discharges, not 4. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis seitigt werden kann. Die Beibehaltung der Anfangs-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr(24) verteilung des lonisationsgrades ist aber insbesondere in der Seitenwand ein vergittertes Fenster (54) von großer Wichtigkeit, wenn die Ionenquelle für aufweist. 35 einen Massenspektrographen benutzt wird, da sonst4. Ion source according to one of claims 1 to can be removed. Keeping the initial 3, characterized in that the metal tube (24) is distribution of the degree of ionization but in particular in the side wall a latticed window (54) of great importance if the ion source for having. 35 a mass spectrograph is used, otherwise 5. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis die Massenanalyse ungenau ist.5. Ion source according to one of claims 1 to the mass analysis is inaccurate. 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr(24) Es ist daher Aufgabe der Erfindvng, die Ionenquelle3, characterized in that the metal tube (24) It is therefore the task of the invention, the ion source vollkommen aus Gittermaterial besteht. der eingangs genannten Art so zu verbessern, daßconsists entirely of grid material. to improve the type mentioned so that 6. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis durch die Ionenoptik im abgesaugten Ionenstrahl die6. Ion source according to one of claims 1 to through the ion optics in the extracted ion beam 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugloch- 40 Anfangsverteilung des Tonisationsgrades der chemiplatte (26) eine verstellbare Blende hat. sehen Elemente in der vom Target ausgestoßenen5, characterized in that the suction hole 40 initial distribution of the degree of toning of the chemiplate (26) has an adjustable aperture. see elements in the ejected from the target 7. Ionenquelle nach einem der Ansprüc ,e 1 bis Plasmawolkc beibehalten wird.7. Ion source according to one of claims, e 1 to plasma cloud is retained. 6, mit einer Einrichtung zur Fokussierung eines Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Target Laserstrahls auf das Target, die eine am Gehäuse am Boden eines Metallrohres angeordnet ist, daß sich befestigte Linse hat, dadurch gekennzeichnet, daß 45 gleichachsig zu dem Target und dem Metallrohr eine die Einrichtung in Richtung des Laserstrahls vor Absauglochplatte befindet, deren kreisförmige OfF-der Linse (46) ein gegen das Gehäuse (4) abge- nung mit einem Gitter verschen ist, daß sich an die dichtctes Fenster (42) und hinter der Linse einen Absauglochplatte in Vorwärtsrichtung des Ionen-Planspiegel (50) aufweist. Strahlenbündels eine Vorbeschleunigungsplatte, in6, with a device for focusing a This object is achieved in that the target Laser beam on the target, one of which is arranged on the housing at the bottom of a metal tube, that is attached lens, characterized in that 45 coaxial with the target and the metal tube has a the device in the direction of the laser beam is located in front of the perforated suction plate, whose circular ofF-der Lens (46) has a recess against the housing (4) with a grating that attaches to the Dense window (42) and behind the lens a suction hole plate in the forward direction of the ion plane mirror (50). Ray bundle a pre-acceleration plate, in 8. Anwendung der Ionenquelle nach einem der 50 deren Ionendurchtrittsöffnung ein Gitter angeordnet Ansprüche 1 bis 7 in einem Massenspcktrograph ist. eine einen ringförmigen Stutzen bildende Fokusmit einem Pumpsystem (74), das an das Gehäuse sierungselcktrode und die mit einem Spalt versehene der Ionenquelle (68) angeschlossen ist, einem Begrenzungselektrode anschließen, und daß an die Magnetablenksystcm (78) für das von der Ionen- Absauglochplatte die Vorbcschleuniigungsplattc, die quelle abgegebene lonenstrahlcnbündel und einer 55 Fokussierungselektrode und die Begrenzungselektrode Einrichtung zur Registrierung der Ionen auf einer jeweils zunehmend höhere Spannungen in bezug auf photographischen Platte (72). das Target angelegt sind.8. Application of the ion source after one of the 50 whose ion passage opening a grid is arranged Claims 1 to 7 in a mass spectrometer. a focus forming an annular nozzle a pump system (74), the sierungselcktrode to the housing and provided with a gap the ion source (68) is connected, connect a limiting electrode, and that to the Magnet deflection system (78) for the pre-acceleration plate of the ion suction perforated plate, the source emitted ion beam and a focussing electrode and the limiting electrode Device for registering the ions on a respectively increasingly higher voltage with respect to photographic plate (72). the target are created. Da durch die erfindungsgemäß ausgebildete Ionenquelle im abgesaugten loncnstrahlenbündel die An-Since the ion source designed according to the invention in the extracted ion beam bundles the Die Erfindung betrifft eine Ionenquelle mit einem 60 fangsverteilung des lonisationsgrades der chemischen Gehäuse und einem darin befindlichen metallischen Elemente in der vom Target ausgestoßenen Plasma-Target, mit einer Vorrichtung zum Erzeugen von wolke beibehalten wird, zeigt sich der durch die Plasma aus dem Targetmatcrial und mit einer eine Erfindung erreichte technische Fortschritt darin, daß Absauglochplatte und eine Begren/.ungselektrocle ent- genauere Analysen des Targets als bisher möglich :.ind, haltenden loncnoptik zur Absaugung eines Ionen- 65 insbesondere bei Verwendung der Ionenquelle mit dem strahlenbündel* aus dem Plasma. Target zur Masscnanalysc in einem Masscnspektro-The invention relates to an ion source with a catch distribution of the degree of ionization of the chemical Housing and a metallic element located therein in the plasma target ejected from the target, is maintained with a device for generating cloud, shows by the Plasma from the target material and an invention achieved technical progress in that Perforated suction plate and a limiting / .ungselektrocle allow more precise analyzes of the target than previously possible: .ind, holding ion optics for suction of an ion 65 especially when using the ion source with the bundle of rays * from the plasma. Target for mass analysis in a mass spectrometer fM\ einer ähnlichen bekannten Ionenquelle (vgl. graphen.
hri,u he Patentschrift I 018 508. deutsche Patentschrift Die Erzeugung des Plasmas aus dem Target kann f M \ of a similar known ion source (cf. graphen.
hri, u he patent specification I 018 508. German patent specification The generation of the plasma from the target can
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