DE2100506C3 - Ion source especially for ion micro-analyzers - Google Patents

Ion source especially for ion micro-analyzers

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Hifumi Hachioji Tamura
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Description

4040

Die Erfindung betrifft eine Ionenquelle, insbesondere für Ionen-Mikroanalysatoren, mit einem Heizfaden zum Emittieren von Elektronen, mit einer Zwischenelektrode zum Beschleunigen der Elektronen, mit einer an den Heizfaden angeschlossenen Heiz-Spannungsquelle zur Zufuhr eines Heizfadenstroms zum Heizfaden, mit einer ersten an den Heizfaden und die Zwischenelektrode angeschlossenen Spannungsquelle, mit einer Einrichtung zur Zufuhr eines Gases in einen Raum angrenzend an die Zwischenelektrode, mit einer Anode zur Beschleunigung der in dem Raum erzeugten Ionen, mit einem zwischen der Zwischenelektrode und der Anode vorgesehenen Magneten zur gegenseifigen Isolierung der Elektroden und zur Bündelung der Ionen, mit einer Extraktorelektrode für die Ionen und mit einer an die Anode und die Extraktorelektrode angeschlossenen zweiten Spannungsquelle.The invention relates to an ion source, in particular for ion microanalyzers, with a heating filament to emit electrons, with an intermediate electrode to accelerate the electrons, with a heating voltage source connected to the filament for supplying a filament current to the filament, with a first voltage source connected to the filament and the intermediate electrode, with a device for supplying a gas into a space adjacent to the intermediate electrode, with an anode to accelerate the ions generated in the space, with one between the Between the electrode and the anode provided magnets for mutual isolation of the electrodes and for focusing the ions, with an extractor electrode for the ions and with one on the anode and the second voltage source connected to the extractor electrode.

Bekanntermaßen werden solche Ionenquellen als Duoplasmatron in Ionen-Mikroanalysatoren verwendet. It is known that such ion sources are used as duoplasmatron in ion micro-analyzers.

Bisher sind derartige Ionenquellen so aufgebaut, daß der darin auftretende minimale stationäre Heizfadenstrom zur Aufrechterhaltung der Entladung größer ist als der Anlauf-Heizfadenstrom, durch den die Entladung eingeleitet wird.Up to now, such ion sources have been constructed in such a way that the minimal steady-state filament current occurring therein to maintain the discharge is greater than the start-up filament current through which the Discharge is initiated.

Da jedoch in den Heizfaden dieser Ionenquelle ein Ionenstrom fließt, kann die Entladung auch dann aufrechterhalten werden, wenn der minimale stationäre Hetzfadenstrom geringer ist als der Anlauf-Heizfadensirnm. However, since an ion current flows in the filament of this ion source, the discharge can be maintained even then when the minimum steady-state filament flow is less than the start-up filament thread.

Bei den herkömmlichen Vorrichtungen tier eingangs genannten Art ist daher der stationäre Heizfadenstrom unnötig hoch, wodurch dw Lebensdauer des Heizfadens beträchtlich verkürzt wird. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den stationäre» Heizfadenstrom zu verringern.In the conventional devices tier initially mentioned type, the stationary filament current is unnecessarily high, which dw life of the Filament is shortened considerably. The present The invention is therefore based on the object of reducing the steady stream of filaments.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Ionenquelle erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen in Reihe zwischen dem Heizfaden (2) und der HeLz-Spannungsquelte (1) geschalteten Begrenzungswiderstand (13) zur Verringerung des Heiziadenstroms im stationären Zustand der Vorrichtung, und durch eine durch einen von der zweiten Spannungsquelle (3) zur Zwischenelektrode (4) fließenden Strom erregte Schalteinrichtung (17,18), durch die bei fließendem Strom eine Verbindung zwischen den beiden Klemmen (14, 14') des Begrenzungswiderstandes (13) aufgetrennt wird, und durch die die beiden Klemmen (14, 14') des Begrenzungswiderstandes (13) kurzgeschlossen werden, wenn der Strom nicht fließt.To achieve this object, the ion source is according to the invention characterized by a series between the filament (2) and the HeLz voltage source (1) switched limiting resistor (13) to reduce the Heiziadenstroms in the stationary State of the device, and through one through one of the second voltage source (3) to the intermediate electrode (4) flowing current energized switching device (17,18), through which when the current flows a connection between the two terminals (14, 14 ') of the limiting resistor (13) is separated and through which the two terminals (14, 14 ') of the limiting resistor (13) are short-circuited when the current is not flowing.

An Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigtUsing the exemplary embodiment shown in the drawing the invention is explained in more detail below. It shows

Fig. 1 ein schernatisches Schaltbild des Ausführungsbeispiels, undFig. 1 is a schematic circuit diagram of the embodiment, and

Fig. 2 die Abhängigkeit des Anodenstroms vom Heizfadenstrom der Ionenquelle.2 shows the dependence of the anode current on the filament current of the ion source.

Gemäß der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist ein Heizfaden 2 an eine Heizfaden-Gleichspannungsquelle 1 angeschlossen. Zwischen eine Zwischenelektrode 4 und den Heizfaden ist eine Beschleunigungs-Gleichspannungsquelle 3 geschaltet, um die vom Heizfaden 2 emittierten Elektronen zu beschleunigen.According to the circuit shown in FIG. 1, a filament 2 is connected to a filament direct voltage source 1 connected. An acceleration DC voltage source is located between an intermediate electrode 4 and the filament 3 switched to accelerate the electrons emitted by the filament 2.

Zur Isolierung Ger Elektroden und Konzentration bzw. Bündelung der Elektronen dient ein Ferritmagnet 6, der zwischen der Zwischenelektrode 4 und einer Anode 5 liegt. Mittels einer nicht gezeigten Einrichtung wird in den Raum angrenzend an die Zwischenelektrode 4 mit konstanter Menge ein Gas zugeführt, das infolge der Entladungserscheinungen beim Auftreffen der Elektronen ionisiert wird.A ferrite magnet is used to isolate the electrodes and to concentrate or bundle the electrons 6, which lies between the intermediate electrode 4 and an anode 5. By means of a device not shown a gas becomes a constant amount in the space adjacent to the intermediate electrode 4 supplied, which is ionized as a result of the discharge phenomena when the electrons strike.

Zwischen die Anode 5 und eine Extraktorelektrode 8 ist eine Ionenbeschleunigungs-Hochspannungsqüelle 7 geschaltet. Die Ionen werden durch die Extraktorelektrode 8 aus der Anode herausgeführt oder extrahiert und in einen nicht gezeigten lcnen-Mikroanalysator geführt, wo die Ionen in bekannter Weise durch eine Probe beeinflußt werden.An ion acceleration high voltage source is located between the anode 5 and an extractor electrode 8 7 switched. The ions are led out of the anode through the extractor electrode 8 or extracted and put into an indoor microanalyzer, not shown out, where the ions are influenced in a known manner by a sample.

In die Zwischenelektrodenschaltung ist ein Widerstand 9 geschaltet. Die beiden Sekundärwicklungen von Isolationstransformatoren 10 und 11 sind an die jeweiligen Eingänge der Spannungsquellen 1 und 3 geführt, die beiden Primärwicklungen derselben sind jeweils mit nicht gezeigten Wechselspannungsquellen verbunden,A resistor 9 is connected in the intermediate electrode circuit. The two secondary windings of isolation transformers 10 and 11 are connected to the respective inputs of the voltage sources 1 and 3 out, the two primary windings of the same are each connected to AC voltage sources, not shown connected,

Bei der beschriebenen Ionenquelle ist der Anodenstrom gemäß Fig. 2 vom Heizfadenstrom abhängig. Wie sich daraus ergibt, kann die einmal in Gang gebrachte Entladung auch dann aufrechterhalten werden, wenn der minimale Dauer-Heizfadenstrom /, kleiner ist ais der Anfangs-Heizfadenstrom /0.In the case of the ion source described, the anode current according to FIG. 2 is dependent on the filament current. As can be seen from this, the discharge, once started, can be maintained even if the minimum continuous filament current /, is smaller than the initial filament current / 0 .

Um den stationären oder Dauer-Heizfadenstrom zu verringern, sind ein Begrenzungswiderstand 13 und ein Relais 16 mit einer Erregerspule 17 und einem Kontakt 18 zusätzlich zu der oben beschriebenenTo reduce the steady-state or continuous filament current, a limiting resistor 13 and a relay 16 with an excitation coil 17 and a contact 18 in addition to that described above

100 506100 506

Schaltung vorgesehen.Circuit provided.

Der Begrcäuungswiderstand 13 liegt in einer Heizfade nschaltung 12. Die Erregerspule 17 ist in eine Zwischenelektroden-Schr.ltung IS geschaltet, und der Kontakt 18 ist mit den beiden Klemmen 14 und 14' des Regrenzungswiderstandes 13 verbunden, so daß der Widerstand 13 kurzgeschlossen oder durch öffnen des Kontaktes 18 in die Heizfadenschaltung 12 eingeschaltet werden kann.The greening resistor 13 lies in a filament circuit 12. The excitation coil 17 is in a Inter-electrode connection IS switched, and the Contact 18 is connected to the two terminals 14 and 14 'of the limiting resistor 13, so that the resistor 13 short-circuited or switched on by opening the contact 18 in the filament circuit 12 can be.

Das Relais 16 schließt die beiden Klemmen 14 und 14' des Begrenzungswiderstandes 13 kurz, wenn durch die Schaltung 15 kein Strom fließt. Der Kontakt 18 ist also ein sogenannter Ruhekontakt, der geschlossen bleibt, wenn das Relais 16 nicht erregt ist.The relay 16 shorts the two terminals 14 and 14 'of the limiting resistor 13 when through the circuit 15 no current flows. The contact 18 is therefore a so-called break contact, which is closed remains when relay 16 is not energized.

Wird dem Hei/faden 2 ein Heizfadenstrom zugeführt, der grüßer ist als der Anfangs-Heizfadenstrom, so beginnt die Entladung. Infolge der Entladung fließt ein Strom durch die Schaltung 15 und erreg, das Relais 16, su daß der Kontakt 18 geöffnet wird und der Heizfadenstrom durch den Begrenzungswiderstand 13 fließt Infolgedessen wird der Heizfadenstrom gennger als der Anfangs-Hcizfadenstrom. Während des Betriebs der Ionenquelle wird der Kontakt U orfenIf the filament 2 is supplied with a filament current that is greater than the initial filament current, then the discharge begins. As a result of the discharge, a current flows through the circuit 15 and energize the relay 16, so that the contact 18 is opened and the filament current flows through the limiting resistor 13. As a result, the filament current becomes less than the initial filament current. During operation of the ion source, the contact U is made

gCD?mittels dieser Schaltung der Dauer-Heizfadenstrom der Ionenquelle verringert werden kann ist es möglich, die Lebensdauer des Heizfadens, verglichen mit bekannten Ionenquelle!!, beträchtlich zu erhohen. If the continuous filament current of the ion source can be reduced by means of this circuit, it is possible to considerably increase the service life of the filament compared to known ion sources !!

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Ionenquelle, insbesondere für Ionen-Mikioanaly-..Btoren, mit einem Heizfaden zum Emittieren von Elektronen, mit einer Zwischenelektrode zum Beschleunigen der Elektronen, mit einer an den Heizfaden angeschlossenen Heiz-Spannungsquelle zur Zufuhr eines Heizfadenstroms zum Heizfaden, mit einer ersten an den Heizfaden und die Zwischenelektrode angeschlossenen Spannungsquelle, mit einer Einrichtung zur Zufuhr eines Gases in einen Raum angrenzend an die Zwischenelektrode, mit einer Anode zur Beschleunigung der in dem Raum erzeugten Ionen, mit einem *5 zwischen der Zwischenelektrode und der Anode vorgesehenen Magneten zur gegenseitigen Isolierung der Elektroden und zur Bündelung der Ionen, mit einer Extraktorelektrode für die Ionen und mit einer an die Anode und die Extraktorelektrode angeschlossenen zweiten Spannungsquelle, gekennzeichnet durch einen in Reihe zwischen dem Heizfaden (2) und der Heizfaden-Spannungsquelle (1) geschalteten Begrenzungswiderstand (13) zur Verringerung des Heizfadenstroms im stationären Zustand der Vorrichtung und durch eine durch einen von der zweiten Spannungsquelle (3) zur Zwischenelektrode (4) fließenden Strom erregte Schalteinrichtung (17, 18), dur~h die bei fließendem Strom eine Verbindung zwischen den beiden Klemmen (14, 14') des Begrenzungsv.'idersirndes (13) aufgetrennt wird, und durch die die beiden Klemmen (14,14') des Begrenzungswider»?andcs (13) kurzgeschlossen werden, wenn der Strom nicht fließt. Ion source, especially for ion microanalysis - .. Btoren, with a filament for emitting electrons, with an intermediate electrode to accelerate the electrons, with a heating voltage source connected to the filament for supplying a filament stream to the filament, with a first to the filament and the voltage source connected to the intermediate electrode, with a device for supplying a Gas in a space adjacent to the intermediate electrode, with an anode for acceleration of the ions generated in the space, with a * 5 between the intermediate electrode and the anode provided magnets to isolate the electrodes from each other and to bundle the ions, with one extractor electrode for the ions and with one on the anode and the extractor electrode connected second voltage source, characterized by a series between the filament (2) and the filament voltage source (1) switched limiting resistor (13) to reduce the filament current in the steady state of the device and through one through one from the second voltage source (3) to the intermediate electrode (4) flowing current energized switching device (17, 18), through the one when the current is flowing Connection between the two terminals (14, 14 ') of the limiting device (13) separated and through which the two terminals (14, 14 ') of the limiting resistor (13) are short-circuited when the current is not flowing.
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