EP2406811B1 - Cellule d'ionisation pour spectrometre de masse et detecteur de fuites correspondant - Google Patents

Cellule d'ionisation pour spectrometre de masse et detecteur de fuites correspondant Download PDF

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EP2406811B1
EP2406811B1 EP10714937.9A EP10714937A EP2406811B1 EP 2406811 B1 EP2406811 B1 EP 2406811B1 EP 10714937 A EP10714937 A EP 10714937A EP 2406811 B1 EP2406811 B1 EP 2406811B1
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EP
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filament
ionization
entrance
cage
ionization cell
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EP10714937.9A
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EP2406811A1 (fr
Inventor
Laurent Ducimetiere
Cyrille Nomine
Jean-Eric Larcher
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Pfeiffer Vacuum SAS
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum SAS
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01J49/14—Ion sources; Ion guns using particle bombardment, e.g. ionisation chambers
    • H01J49/147—Ion sources; Ion guns using particle bombardment, e.g. ionisation chambers with electrons, e.g. electron impact ionisation, electron attachment

Definitions

  • the present invention relates to an ionization cell for a mass spectrometer.
  • the invention applies to mass spectrometers in which an electric heating filament emits electrons.
  • the invention also relates to a leak detector comprising the ionization cell.
  • a gas sample is analyzed by bombarding the sample with a stream of electrons and then moving the ionized particles thus obtained to differentiate them, for example, according to their trajectory.
  • the mass spectrometers of the leak detectors measure and quantify a tracer gas, such as helium.
  • Mass spectrometers comprise, for example, an ionization cell comprising an ionization cage and a heating electric filament emitting electrons.
  • the molecules of the gas to be analyzed are bombarded by the electron beam and a large part of the molecules of the gas to be analyzed is converted into ionized particles. These ionized particles are then accelerated by an electric field. They then arrive in an area subject to a magnetic field, which has the property of deflecting the trajectories of the ionized particles according to their mass.
  • the stream of ionized particles of the tracer gas is proportional to the partial pressure of the gas in the installation, and its measurement makes it possible to know the value of the flow rate of the leak detected.
  • certain ionization cells comprise two filaments.
  • a first working filament is powered to produce the electron beam and a second backup filament is to be powered in case of failure of the first working filament.
  • the waiting time after which the second emergency filament is made operational so as to allow a stable and reproducible measurement, representative of the amount of tracer gas, can prove to be excessively long (up to two hours wait may be necessary).
  • the object of the invention is therefore to reduce the waiting time required for the ionization cell to be operational again during the passage of the first faulty working filament to the second emergency filament.
  • the inventors have found with surprise that with this arrangement of the ionisation cell, the second emergency filament is not altered by the first working filament in operation.
  • the invention also relates to a mass spectrometer leak detector comprising an ionization cell as described above.
  • the figure 1 represents a leak detector 1 with mass spectrometer 2, tracer gas, such as helium (He 3 or He 4 ) or hydrogen (H 2 ).
  • tracer gas such as helium (He 3 or He 4 ) or hydrogen (H 2 ).
  • the mass spectrometer 2 is connected to the suction of a secondary pump 3 whose discharge is connected to the suction of a primary pump 4, via a first isolation valve 5.
  • the gases to be analyzed 6 possibly containing the tracer gas revealing a leak, are sucked into the intake of the secondary pump 3, via a second isolation valve 7.
  • Part of the gases to be analyzed 6 is then sampled by the mass spectrometer 2
  • the detector 1 may also comprise a pressure sensor 8 for determining the gas pressure at the connection pipe with the secondary pump 3, upstream of the second isolation valve 7.
  • the magnetic deflection mass spectrometer 2 comprises an ionization cell 9 and means for deflecting and selecting the ionized particles 14a, 14b, 14c.
  • the ionization cell 9 comprises an ionisation cage 10, in the form of a parallelepiped box, having a first entrance slot 11 for the passage of the electron beam 12.
  • the ionization cell 9 also comprises a first filament of 13 to form the electron beam 12 when powered.
  • the first working filament 13 is arranged facing the first electron entry slot 11 of the ionization cage 10, so that a maximum of electrons enter the ionization cage 10.
  • the ionization cell 9 thus makes it possible to ionize the gases to be analyzed 6 by bombarding them with the electron beam 12, obtaining a beam of ionized particles 14.
  • the ionization cage 10 also has an outlet slot 15 on one side 16, for the passage of the ionized particles 14a, 14b, 14c formed in the cage Ionization 10.
  • the side 16 containing the exit slot 15 corresponds to the upper face of the ionization cage 10.
  • the deflection and selection means comprise, for example, means for generating an electric field (not shown) for accelerating the ionized particles 14a, 14b, 14c and means for generating a magnetic field (not shown) oriented substantially according to the arrow B , such as permanent magnets, to deflect the trajectory of the ionized particles 14a, 14b, 14c, according to radii of curvature Ra, Rb, Rc, depending on the mass of the ionized particles.
  • the beam of ionized particles 14, which contained ionized particles of different masses, is divided into several beams 14a, 14b, 14c, each beam containing only ionized particles of the same ratio m / e (ratio of the atomic mass of the particle on the number of electrons lost at the moment of ionization).
  • the ionized particles of helium 14c are separated from the lighter ionized particles of hydrogen 14b whose radius of curvature Rb is smaller or ionized particles heavier with nitrogen or oxygen 14c whose radius of curvature Rc is bigger.
  • the total pressure in the chamber of the mass spectrometer 2 must be kept below 10 -1 Pascal so that the trajectories of the electrons and the ionized particles are not disturbed by the residual molecules.
  • the deflection and selection means may also comprise a triode electrode 17 for collecting the ionized particles 14a whose mass is higher than that of the tracer gas, as well as a diaphragm 18, for selecting the ionized particles of tracer gas 14c, and a braking electrode 19 for removing noise from other ionized species.
  • the leak detector 2 also has an acquisition chain comprising in particular a DC amplifier 20 downstream of a target 21 receiving the stream of incident ionized particles of tracer gas 14c originating from the braking electrode 19, to transform it in electronic current.
  • the ionization cell 9 further comprises a second emergency filament 22, intended to be powered in the event of failure of the first working filament 13 to produce an electron beam instead of the first working filament 13.
  • the filament 22 is arranged facing a second electron entry slot disposed on one face of the ionization cage 10 (not visible on the figure 2 ).
  • the ionisation cell includes means for switching the supply, enabling selectively supplying one of the two filaments to ensure continuity of work by allowing switching of the supply of the first working filament 13 to the second filament emergency 22 if the working filament 13 has a failure.
  • the first working filament 13 is fed and produces the electron beam 12, directed by the magnetic field B to the corresponding first input slot 11 of the ionization cage 10.
  • the power supply the first working filament 13 is cut off and the second emergency beam 22, which produces a beam to the second corresponding input slot of the ionization cage 10, is powered alone.
  • the supply of the filaments 13, 22 is carried on the one hand by an electric current to carry the filament filament.
  • the filaments 13, 22 are connected to a power supply 23a with a power of 14W at 3A.
  • the filaments 13, 22 are supplied with voltage by a voltage supply 23b between 100V and 300V, connected to the filaments 13, 22 so that the potential of the ionization cage 10 is greater by at least 100V at the potential of each filament 13, 22 (see figure 2 ).
  • the filaments 13, 22 may be in iridium wire covered with an oxide deposit.
  • the oxide deposit is for example a layer of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) or thorium oxide (ThO 2 ).
  • tungsten filaments 13, 22 are provided.
  • the tungsten filaments have a very low service life at low pressure of the order of 10 -1 Pascal, compared to yttriated iridium filaments.
  • yttria iridium filaments have better resistance to air entrances.
  • the filaments 13, 22 are for example fixed at their ends 24 in a respective support 25 ceramic.
  • Each ceramic support 25 is mounted in the ionisation cell 9 of the spectrometer 2, so that the filaments 13, 22 are arranged opposite their respective inlet slot of the ionization cage. 10.
  • the second inlet slot 26 is disposed on one face of the ionization cage, outside a frontal region F of the ionization cage 10 situated opposite the first inlet slot 11.
  • frontal region F corresponds to the projection on the opposite face of the surface of the entrance slot 11 along the normal to the plane containing it.
  • the second emergency filament 22 is arranged facing the second entrance slot 26, and therefore in a peripheral region distinct from the frontal region F situated opposite the first entrance slot 11.
  • the second entrance slot 26 is for example disposed in a peripheral region defined by a perimeter P away from a distance of at least one millimeter around the perimeter of the frontal region F located opposite the the first input slot 11 (see for example the figure 3 ).
  • the emergency filament 22 is not altered by the first working filament 13.
  • the time required for the tilting of filament is thus significantly reduced because the interactions between the first working filament and the second emergency filament are reduced.
  • each entrance slot 11, 26 are designed according to the disposition of the deflection and selection means. Taking the example of realization of the mass spectrometer of the figure 2 the longitudinal axes L and L 'of the first and second inlet slots 11, 26 are substantially parallel to each other and parallel to an edge of the ionization cage 10.
  • the horizontal plane (X, Y) is defined by the plane containing the exit slot 15.
  • the first and second input slots 11, 26 are for example arranged on opposite faces 27, 28 of the ionization cage 10. There is then sufficient space on either side of the ionization cage For arranging the filaments 13, 22 and their respective supports 25.
  • FIGS. 2 to 4 illustrate a first embodiment in which the first and second ends of the first and second entrance slots 11, 26 are contained in two planes respectively parallel to each other and parallel to a lateral face 28 of the ionization cage 10.
  • the second emergency filament 22 is disposed in a peripheral region situated below a frontal region F situated opposite the first entrance slot 11.
  • This example is better visible on the figure 3 where one distinguishes the second entry slot 26 in dashed lines on an opposite face 28 of the ionization cage 10, shifted below the frontal region F , located opposite the first entry slot 11 .
  • the figure 5 illustrates a second embodiment of the ionization cage 10.
  • the longitudinal axes L and L 'of the first and second input slots 11, 26 are substantially parallel to each other, and parallel at a horizontal edge of the ionization cage 10.
  • the first and second inlet slots 11, 26 are disposed on opposite side faces 27, 28 of the ionization cage 10.
  • the first and second entry slots 11, 26 define a plane substantially parallel to the plane defined by the side 16 of the ionization cage 10, containing the exit slot 15 for the passage of the particles. ionized.
  • the figure 6 illustrates a third embodiment similar to the two previous examples, for which the peripheral region containing the second input slot 26 is shifted from the front region F , both along an axis Y parallel to the longitudinal axis L of the first inlet slot 11 and along an axis Z perpendicular to the longitudinal axis L of the first inlet slot 11.
  • the second inlet slit 26 is disposed on the opposite face 28 and is offset both horizontally along the horizontal axis Y and vertically along the vertical axis Z , of the frontal region F located opposite the the first entrance slot 11.
  • the first and second inlet slits 11, 26 are arranged on the same face 27 of the ionization cage 10.
  • the figure 8 thus illustrates a fifth embodiment for which the longitudinal axes L and L ' of the input slots 11, 26 are respectively parallel to the vertical axis Z.
  • the inlet slots 11, 26 may be arranged on opposite faces 27, 28 of the ionization cage 10.
  • the first and second ends of the first and the second inlet slots 11, 26 are for example contained in two plans respectively parallel to each other.
  • the ionisation cell 9 thus makes it possible to shift the second emergency filament 22 from the frontal region F in which interactions can take place, so that the waiting time required for the tilting of the first working filament 13 to fail at the second emergency filament 22 is reduced.

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Description

  • La présente invention concerne une cellule d'ionisation pour spectromètre de masse. En particulier, l'invention s'applique aux spectromètres de masse dans lesquels un filament électrique chauffant émet des électrons. L'invention concerne aussi un détecteur de fuites comportant la cellule d'ionisation.
  • Dans un spectromètre de masse, on analyse un échantillon gazeux en bombardant l'échantillon par un flux d'électrons, puis en mettant en mouvement les particules ionisées ainsi obtenues pour les différencier ensuite par exemple en fonction de leur trajectoire. Les spectromètres de masse des détecteurs de fuites, mesurent et quantifient ainsi un gaz traceur, tel que l'hélium.
  • Les spectromètres de masse comportent par exemple une cellule d'ionisation comprenant une cage d'ionisation et un filament électrique chauffant émettant des électrons. Les molécules du gaz à analyser sont bombardées par le faisceau d'électrons et une partie importante des molécules du gaz à analyser est transformée en particules ionisées. Ces particules ionisées sont ensuite accélérées par un champ électrique. Elles arrivent ensuite dans une zone soumise à un champ magnétique, qui a la propriété de dévier les trajectoires des particules ionisées en fonction de leur masse. Le courant de particules ionisées du gaz traceur est proportionnel à la pression partielle du gaz dans l'installation, et sa mesure permet de connaître la valeur du débit de la fuite détectée.
  • Afin de fiabiliser le fonctionnement du spectromètre de masse, certaines cellules d'ionisation comportent deux filaments. Un premier filament de travail est alimenté pour produire le faisceau d'électrons et un deuxième filament de secours est destiné à être alimenté en cas de défaillance du premier filament de travail.
  • Cependant, on constate que le temps d'attente au bout duquel le deuxième filament de secours est rendu opérationnel de manière à permettre de réaliser une mesure stable et reproductible, représentative de la quantité de gaz traceur, peut s'avérer excessivement long (jusqu'à deux heures d'attente peuvent être nécessaires).
  • L'objectif de l'invention est donc de réduire le temps d'attente nécessaire à la cellule d'ionisation pour être de nouveau opérationnelle lors du passage du premier filament de travail défaillant au deuxième filament de secours.
  • A cet effet, l'invention a pour objet une cellule d'ionisation pour spectromètre de masse comportant :
    • une cage d'ionisation comprenant une première et une deuxième fentes d'entrée d'électrons et dont un côté présente une fente de sortie pour le passage de particules ionisées,
    • un premier filament de travail disposé en regard de ladite première fente d'entrée d'électrons, destiné à être alimenté pour produire un faisceau d'électrons, et
    • un deuxième filament de secours disposé en regard de ladite deuxième fente d'entrée d'électrons et destiné à être alimenté en cas de défaillance du premier filament de travail pour produire le faisceau d'électrons,
    • ladite deuxième fente d'entrée étant disposée hors d'une région frontale située en vis-à-vis de ladite première fente d'entrée.
  • En effet, les inventeurs ont constaté avec surprise qu'avec cet agencement de la cellule d'ionisation, le deuxième filament de secours n'est pas altéré par le premier filament de travail en fonctionnement.
  • Lors du basculement du premier filament de travail défaillant au deuxième filament de secours, une mesure stable, précise et reproductible peut alors être rapidement obtenue par le spectromètre de masse, immédiatement après que le deuxième filament de secours ait été suffisamment chauffé, c'est-à-dire environ après quinze minutes de mise sous alimentation. Le temps nécessaire au basculement de filament est ainsi nettement réduit. En effet, le deuxième filament de secours est opérationnel très rapidement.
  • Selon une ou plusieurs caractéristiques de la cellule d'ionisation, prise seule ou en combinaison,
    • les axes longitudinaux de ladite première et de ladite deuxième fentes d'entrée sont sensiblement parallèles entre eux, et parallèles à une arête de ladite cage d'ionisation,
    • ladite première et ladite deuxième fentes d'entrée sont disposées sur des faces opposées de ladite cage d'ionisation,
    • ladite première et ladite deuxième fentes d'entrée définissent un plan sensiblement parallèle au plan défini par le côté contenant la fente de sortie pour le passage des particules ionisées,
    • les premières et deuxièmes extrémités de ladite première et ladite deuxième fentes d'entrée sont contenues dans deux plans respectivement parallèles entre eux et parallèles à une face latérale de la cage d'ionisation,
    • ladite deuxième fente d'entrée est décalée de la région frontale, à la fois selon un axe parallèle à l'axe longitudinal de ladite première fente d'entrée et selon un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal de ladite première fente d'entrée,
    • ladite deuxième fente d'entrée est disposée à l'écart d'une distance d'au moins un millimètre du périmètre de la région frontale située en vis-à-vis de ladite première fente d'entrée,
    • le premier filament de travail et le deuxième filament de secours comportent un fil d'iridium recouvert d'un dépôt d'oxyde,
    • le dépôt d'oxyde est une couche d'oxyde d'yttrium ou d'oxyde de thorium.
  • L'invention a aussi pour objet un détecteur de fuites à spectromètre de masse comportant une cellule d'ionisation telle que décrite précédemment.
  • D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue schématique d'un détecteur de fuites,
    • la figure 2 est une vue schématique d'éléments d'un spectromètre de masse selon un premier mode de réalisation,
    • la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une cage d'ionisation,
    • la figure 4 est une vue schématique de côté d'une cellule d'ionisation,
    • la figure 5 est une vue schématique en perspective d'une cellule d'ionisation selon un deuxième mode de réalisation,
    • la figure 6 est une vue schématique en perspective d'une cellule d'ionisation selon un troisième mode de réalisation,
    • la figure 7 est une vue schématique en perspective d'une cellule d'ionisation selon un quatrième mode de réalisation, et
    • la figure 8 est une vue schématique en perspective d'une cellule d'ionisation selon un cinquième mode de réalisation.
  • Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
  • La figure 1 représente un détecteur de fuites 1 à spectromètre de masse 2, par gaz traceur, tel que l'hélium (He3 ou He4) ou l'hydrogène (H2).
  • Le spectromètre de masse 2 est raccordé à l'aspiration d'une pompe secondaire 3 dont le refoulement est raccordé à l'aspiration d'une pompe primaire 4, via une première vanne d'isolation 5. Dans cet exemple, les gaz à analyser 6, contenant éventuellement le gaz traceur révélateur d'une fuite, sont aspirés à l'admission de la pompe secondaire 3, via une deuxième vanne d'isolation 7. Une partie des gaz à analyser 6 est alors échantillonnée par le spectromètre de masse 2. Le détecteur 1 peut également comporter un capteur de pression 8 pour déterminer la pression des gaz au niveau de la canalisation de raccordement avec la pompe secondaire 3, en amont de la deuxième vanne d'isolation 7.
  • Mieux visible sur la figure 2, le spectromètre de masse 2 à déflexion magnétique comporte une cellule d'ionisation 9 et des moyens de déviation et de sélection des particules ionisées 14a, 14b, 14c.
  • La cellule d'ionisation 9 comporte une cage d'ionisation 10, en forme de boîte parallélépipédique, présentant une première fente d'entrée 11 pour le passage du faisceau d'électrons 12. La cellule d'ionisation 9 comporte également un premier filament de travail 13 pour former le faisceau d'électrons 12 lorsqu'il est alimenté. Le premier filament de travail 13 est disposé en regard de la première fente d'entrée d'électrons 11 de la cage d'ionisation 10, de manière qu'un maximum d'électrons entre dans la cage d'ionisation 10.
  • La cellule d'ionisation 9 permet ainsi d'ioniser les gaz à analyser 6 en les bombardant par le faisceau d'électron 12, obtenant un faisceau de particules ionisées 14.
  • La cage d'ionisation 10 présente également une fente de sortie 15 sur un côté 16, pour le passage des particules ionisées 14a, 14b, 14c formées dans la cage d'ionisation 10. Sur la figure 2, le côté 16 contenant la fente de sortie 15 correspond à la face supérieure de la cage d'ionisation 10.
  • Les moyens de déviation et de sélection comportent par exemple un moyen de génération d'un champ électrique (non représenté) pour accélérer les particules ionisées 14a, 14b, 14c et un moyen de génération d'un champ magnétique (non représenté), orienté sensiblement selon la flèche B, tel que des aimants permanents, pour dévier la trajectoire des particules ionisées 14a, 14b, 14c, suivant des rayons de courbure Ra, Rb, Rc, fonction de la masse des particules ionisées.
  • Ainsi, le faisceau de particules ionisées 14, qui contenait des particules ionisées de masses différentes, se divise en plusieurs faisceaux 14a, 14b, 14c, chaque faisceau contenant seulement des particules ionisées de même rapport m/e (rapport de la masse atomique de la particule sur le nombre d'électrons perdus au moment de l'ionisation). Par exemple, les particules ionisées d'hélium 14c sont séparées des particules ionisées plus légères d'hydrogène 14b dont le rayon de courbure Rb est plus petit ou des particules ionisées plus lourdes d'azote ou d'oxygène 14c dont le rayon de courbure Rc est plus grand.
  • La pression totale dans l'enceinte du spectromètre de masse 2 doit être maintenue inférieure à 10-1 Pascal pour que les trajectoires des électrons et des particules ionisées ne soient pas perturbées par les molécules résiduelles.
  • Les moyens de déviation et de sélection peuvent également comporter une électrode triode 17 pour collecter les particules ionisées 14a dont la masse est plus élevée que celle du gaz traceur, ainsi qu'un diaphragme 18, pour sélectionner les particules ionisées de gaz traceur 14c, et une électrode de freinage 19 pour éliminer le bruit provenant d'autres espèces ionisées.
  • Le détecteur de fuites 2 possède également une chaîne d'acquisition comportant notamment un amplificateur à courant continu 20 en aval d'une cible 21 recevant le flux de particules ionisées incidentes de gaz traceur 14c issues de l'électrode de freinage 19, pour le transformer en courant électronique.
  • La cellule d'ionisation 9 comporte en outre un deuxième filament de secours 22, destiné à être alimenté en cas de défaillance du premier filament de travail 13 pour produire un faisceau d'électrons à la place du premier filament de travail 13. Le filament de secours 22 est disposé en regard d'une deuxième fente d'entrée d'électrons disposée sur une face de la cage d'ionisation 10 (non visible sur la figure 2).
  • La cellule d'ionisation comporte des moyens de basculement de l'alimentation, permettant d'alimenter sélectivement l'un des deux filaments afin d'assurer la continuité du travail en permettant de basculer l'alimentation du premier filament de travail 13 au second filament de secours 22 si le filament de travail 13 présente une défaillance.
  • Sur la figure 2, seul le premier filament de travail 13 est alimenté et produit le faisceau d'électron 12, dirigé par le champ magnétique B vers la première fente d'entrée correspondante 11 de la cage d'ionisation 10. En cas de défaillance, l'alimentation du premier filament de travail 13 est coupée et on alimente seul le deuxième faisceau de secours 22 qui produit un faisceau vers la deuxième fente d'entrée correspondante de la cage d'ionisation 10.
  • L'alimentation des filaments 13, 22 est réalisée d'une part, par un courant électrique permettant de porter le filament à incandescence. Par exemple, les filaments 13, 22 sont reliés à une alimentation en courant 23a d'une puissance de 14W sous 3A. D'autre part, les filaments 13, 22 sont alimentés en tension par une alimentation en tension 23b comprise entre 100V et 300V, reliée aux filaments 13, 22 de manière que le potentiel de la cage d'ionisation 10 soit supérieur d'au moins 100V au potentiel de chaque filament 13, 22 (voir figure 2).
  • Les filaments 13, 22 peuvent être en fil d'iridium recouvert d'un dépôt d'oxyde. Le dépôt d'oxyde est par exemple une couche d'oxyde d'yttrium (Y2O3) ou d'oxyde de thorium (ThO2).
  • Alternativement, on prévoit des filaments 13, 22 en tungstène. Toutefois, les filaments en tungstène possèdent une durée de vie très faible en fonctionnement à basse pression de l'ordre de 10-1 Pascal, comparé aux filaments en iridium yttrié. De plus, les filaments en iridium yttrié présentent une meilleure résistance aux entrées d'air.
  • Comme visible sur la figure 4, les filaments 13, 22 sont par exemple fixés à leurs extrémités 24 dans un support 25 respectif en céramique. Chaque support en céramique 25 est monté dans la cellule d'ionisation 9 du spectromètre 2, de manière à ce que les filaments 13, 22, soient disposés en vis-à-vis de leur fente d'entrée respective de la cage d'ionisation 10.
  • La deuxième fente d'entrée 26 est disposée sur une face de la cage d'ionisation, hors d'une région frontale F de la cage d'ionisation 10 située en vis-à-vis de la première fente d'entrée 11. La région frontale F correspond à la projection sur la face opposée de la surface de la fente d'entrée 11 le long de la normale au plan la contenant. De même, le deuxième filament de secours 22 est disposé en regard de la deuxième fente d'entrée 26, et donc dans une région périphérique distincte de la région frontale F située en vis-à-vis de la première fente d'entrée 11.
  • La deuxième fente d'entrée 26 est par exemple disposée dans une région périphérique définie par un périmètre P à l'écart d'une distance d'au moins un millimètre autour du périmètre de la région frontale F située en vis-à-vis de la première fente d'entrée 11 (voir par exemple la figure 3).
  • Ainsi, en fonctionnement avec le premier filament de travail 13 alimenté, le filament de secours 22 n'est pas altéré par le premier filament de travail 13.
  • En cas de défaillance du premier filament de travail 13, il suffit de couper l'alimentation du premier filament 13 et alternativement, d'alimenter le deuxième filament de secours 22. Le spectromètre de masse 2 est alors opérationnel dès que le deuxième filament de secours 22 a été suffisamment chauffé, soit environ après quinze minutes.
  • Lors du basculement du premier filament de travail 13 défaillant au deuxième filament de secours 22, une mesure stable et précise peut alors être rapidement obtenue par le spectromètre de masse 2.
  • Le temps nécessaire au basculement de filament est ainsi nettement réduit car les interactions entre le premier filament de travail et le deuxième filament de secours sont réduites.
  • La disposition et la forme de chaque fente d'entrée 11, 26 sont conçues en fonction de la disposition des moyens de déviation et de sélection. En prenant l'exemple de réalisation du spectromètre de masse de la figure 2, les axes longitudinaux L et L' de la première et de la deuxième fentes d'entrée 11, 26 sont sensiblement parallèles entre eux, et parallèles à une arête de la cage d'ionisation 10.
  • Dans les exemples représentés sur les figures 2 à 8, le plan horizontal (X,Y) est défini par le plan contenant la fente de sortie 15.
  • La première et la deuxième fentes d'entrée 11, 26 sont par exemple disposées sur des faces opposées 27, 28 de la cage d'ionisation 10. On dispose alors de suffisamment de place de part et d'autre de la cage d'ionisation 10 pour agencer les filaments 13, 22 et leurs supports respectifs 25.
  • Les figures 2 à 4 illustrent un premier mode de réalisation dans lequel les premières et deuxièmes extrémités de la première et la deuxième fentes d'entrée 11, 26 sont contenues dans deux plans respectivement parallèles entre eux et parallèles à une face latérale 28 de la cage d'ionisation 10.
  • Ainsi sur la figure 2, le deuxième filament de secours 22 est disposé dans une région périphérique située en-dessous d'une région frontale F située en vis-à-vis de la première fente d'entrée 11. Cet exemple est mieux visible sur la figure 3 où on distingue la deuxième fente d'entrée 26 en pointillés sur une face opposée 28 de la cage d'ionisation 10, décalée au-dessous de la région frontale F, située en vis-à-vis de la première fente d'entrée 11.
  • A l'inverse sur la figure 4, on distingue en pointillés, le deuxième filament de secours 22 en regard d'une deuxième fente d'entrée 26, décalés en-dessus d'une région frontale située en vis-à-vis de la première fente d'entrée 11 sur une face opposée de la cage d'ionisation 10.
  • La figure 5 illustre un deuxième mode de réalisation de la cage d'ionisation 10. Comme dans l'exemple précédent, les axes longitudinaux L et L' de la première et de la deuxième fentes d'entrée 11, 26 sont sensiblement parallèles entre eux, et parallèles à une arête horizontale de la cage d'ionisation 10. La première et la deuxième fentes d'entrée 11, 26 sont disposées sur des faces latérales opposées 27, 28 de la cage d'ionisation 10.
  • Dans ce deuxième mode de réalisation, la première et la deuxième fentes d'entrée 11, 26 définissent un plan sensiblement parallèle au plan défini par le côté 16 de la cage d'ionisation 10, contenant la fente de sortie 15 pour le passage des particules ionisées.
  • La figure 6 illustre un troisième mode de réalisation similaire aux deux exemples précédents, pour lequel la région périphérique contenant la deuxième fente d'entrée 26 est décalée de la région frontale F, à la fois selon un axe Y parallèle à l'axe longitudinal L de la première fente d'entrée 11 et selon un axe Z perpendiculaire à l'axe longitudinal L de la première fente d'entrée 11. Ainsi sur la figure 6, la deuxième fente d'entrée 26 est disposée sur la face opposée 28 et est décalée à la fois horizontalement selon l'axe horizontal Y et verticalement selon l'axe vertical Z, de la région frontale F située en vis-à-vis de la première fente d'entrée 11.
  • Selon un quatrième mode de réalisation représenté par la figure 7, la première et la deuxième fente d'entrée 11, 26 sont disposées sur une même face 27 de la cage d'ionisation 10.
  • Par ailleurs, en fonction de la disposition des moyens de déviation et de sélection, il est possible d'imaginer d'autres formes de réalisation des fentes d'entrée 11, 26.
  • La figure 8 illustre ainsi un cinquième mode de réalisation pour lequel les axes longitudinaux L et L' des fentes d'entrée 11, 26 sont respectivement parallèles à l'axe vertical Z. Les fentes d'entrée 11, 26 peuvent être disposées sur des faces opposées 27, 28 de la cage d'ionisation 10. Les premières et deuxièmes extrémités de la première et la deuxième fente d'entrée 11, 26 sont par exemple contenues dans deux plans respectivement parallèles entre eux.
  • La cellule d'ionisation 9 permet ainsi de décaler le deuxième filament de secours 22 de la région frontale F dans laquelle des interactions peuvent avoir lieu, de sorte que le temps d'attente nécessaire pour le basculement du premier filament de travail 13 défaillant au deuxième filament de secours 22 est réduit.

Claims (11)

  1. Cellule d'ionisation pour spectromètre de masse (2) comportant :
    - une cage d'ionisation (10) comprenant une première et une deuxième fentes d'entrée d'électrons (11, 26) et dont un côté (16) présente une fente de sortie (15) pour le passage de particules ionisées (14a, 14b, 14c),
    - un premier filament de travail (13) disposé en regard de ladite première fente d'entrée d'électrons (11), destiné à être alimenté pour produire un faisceau d'électrons (12), et
    - un deuxième filament de secours (22) disposé en regard de ladite deuxième fente d'entrée d'électrons (26) et configuré pour être alimenté en cas de défaillance du premier filament de travail (13) pour produire le faisceau d'électrons,
    - ladite deuxième fente d'entrée (26) étant disposée hors d'une région frontale F située en vis-à-vis de ladite première fente d'entrée (11), ladite région frontale (F) correspondant à la projection de la surface de la fente d'entrée sur la face opposée de la cage d'ionisation le long de la normale au plan la contenant.
  2. Cellule d'ionisation selon la revendication 1, dans laquelle les axes longitudinaux L et L' de ladite première et de ladite deuxième fentes d'entrée (11, 26) sont sensiblement parallèles entre eux, et parallèles à une arête de ladite cage d'ionisation (10).
  3. Cellule d'ionisation selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle ladite première et ladite deuxième fentes d'entrée (11, 26) sont disposées sur des faces opposées (27, 28) de ladite cage d'ionisation (10).
  4. Cellule d'ionisation selon la revendication 3, prise ensemble avec la revendication 2, dans laquelle ladite première et ladite deuxième fentes d'entrée (11, 26) définissent un plan sensiblement parallèle au plan défini par le côté (16) contenant la fente de sortie (15) pour le passage des particules ionisées (14a, 14b, 14c).
  5. Cellule d'ionisation selon l'une des revendications 2 et 3, dans laquelle les premières et deuxièmes extrémités de ladite première et ladite deuxième fentes d'entrée (11, 16) sont contenues dans deux plans respectivement parallèles entre eux et parallèles à une face latérale (28) de la cage d'ionisation (10).
  6. Cellule d'ionisation selon la revendication 3, dans laquelle ladite deuxième fente d'entrée (26) est décalée de la région frontale F, à la fois selon un axe parallèle à l'axe longitudinal L de ladite première fente d'entrée (11) et selon un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal L de ladite première fente d'entrée (11).
  7. Cellule d'ionisation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite deuxième fente d'entrée (26) est disposée à l'écart d'une distance d d'au moins un millimètre du périmètre de la région frontale F située en vis-à-vis de ladite première fente d'entrée.
  8. Cellule d'ionisation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le premier filament de travail (13) et le deuxième filament de secours (22) comportent un fil d'iridium recouvert d'un dépôt d'oxyde.
  9. Cellule d'ionisation selon la revendication 8, dans laquelle le dépôt d'oxyde est une couche d'oxyde d'yttrium ou d'oxyde de thorium.
  10. Détecteur de fuites à spectromètre de masse comportant une cellule d'ionisation (9) selon l'une des revendications précédentes.
  11. Méthode de détection de fuites dans un détecteur de fuites à spectromètre de masse selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'en cas de défaillance du premier filament de travail (13), on coupe l'alimentation du premier filament de travail (13) et on alimente le deuxième filament de secours (22).
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