ES2348502T3 - Filtro de masa para plasma de banda prohibida. - Google Patents

Filtro de masa para plasma de banda prohibida. Download PDF

Info

Publication number
ES2348502T3
ES2348502T3 ES03075734T ES03075734T ES2348502T3 ES 2348502 T3 ES2348502 T3 ES 2348502T3 ES 03075734 T ES03075734 T ES 03075734T ES 03075734 T ES03075734 T ES 03075734T ES 2348502 T3 ES2348502 T3 ES 2348502T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
ions
voltage component
mass
chamber
geometric axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES03075734T
Other languages
English (en)
Inventor
Ohkawa Tihiro
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Atomics Corp
Original Assignee
General Atomics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Atomics Corp filed Critical General Atomics Corp
Application granted granted Critical
Publication of ES2348502T3 publication Critical patent/ES2348502T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34—Dynamic spectrometers
    • H01J49/42—Stability-of-path spectrometers, e.g. monopole, quadrupole, multipole, farvitrons
    • H01J49/4205—Device types
    • H01J49/421—Mass filters, i.e. deviating unwanted ions without trapping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/28—Static spectrometers
    • H01J49/32—Static spectrometers using double focusing
    • H01J49/328—Static spectrometers using double focusing with a cycloidal trajectory by using crossed electric and magnetic fields, e.g. trochoidal type

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Filtro (10) para plasma de banda prohibida que permite el paso selectivo de unos iones (28) de una primera relación de masa / carga (m1) a través de aquél, en el que m1 es inferior a una masa límite, Mc, comprendiendo dicho filtro: un medio para introducir un plasma, que incluye dichos iones m1, dentro de una cámara hueca, de forma sustancialmente cilíndrica (14), definiendo dicha cámara un eje geométrico (16) y que está rodeada por una pared (12); un medio magnético (18) para establecer un campo magnético sustancialmente uniforme (B) estando orientado dicho campo magnético a lo largo de dicho eje geométrico dentro de dicha cámara; un medio (20) para crear un campo eléctrico (E), en el que dicho campo eléctrico está orientado en una dirección sustancialmente radial con respecto a dicho eje geométrico para cruzar dicho campo magnético (E x B), y en el que dicho campo eléctrico presenta un componente de voltaje de c.c. (VΦ0) ; y un medio para fijar (22) dicho componente de voltaje de c.c. (VΦ0) para combinar dichos iones m1 para su paso a través de dicha cámara y posterior salida de ella; caracterizado porque dicho campo eléctrico presenta, así mismo, un componente de voltaje de a.c. (VΦ1) (E = V (Φ0 + Φ1)); porque el medio para fijar dicho componente de voltaje de c.c. confina con dichos iones para su paso a través de la cámara y su posterior salida de ella cuando dicho componente de voltaje de a.c. (VΦ1) es sustancialmente cero; y porque el filtro de plasma comprende así mismo: un medio para sintonizar (22) dicho componente de voltaje de c.a. (VΦ1) para expulsar dichos iones m1 de dicha cámara y para hacerlos entrar en colisión con dicha pared de aquélla para impedir el paso de dichos iones m1 a través de dicha cámara, en el que dicho medio de sintonización selecciona una radiofrecuencia ω, para dicho componente de voltaje de corriente (VΦ1), de acuerdo con los valores de α y ß en el que: α = [Ω 2 / 4 - λo] / ω 2 ß = λ1 / [4ω2 ] y λ = 2eV (t) / ma 2 con λ= λ0 + λ1cosωt, en la que "e" es la carga elemental, V(t) es el voltaje aplicado, Φ0 + Φ1, como función de tiempo, "a" es la distancia entre el eje geométrico y la pared de la cámara y Ω es la frecuencia de cilotrón de los iones m1.

Description

CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere, en general, al campo de los dispositivos y procedimientos para procesar plasmas multiespecie. Más en concreto, la presente invención se refiere al campo de los dispositivos y procedimientos para el control de las órbitas de los iones concretos existentes en un plasma mediante la manipulación de los campos eléctricos y magnéticos cruzados (E x B). La presente invención tiene especialmente, aunque no de manera exclusiva, utilidad para sintonizar un componente de tensión de c.a. del campo eléctrico en unos campos eléctricos y magnéticos cruzados; controlar las órbitas de los iones que presentan una relación masa / carga concreta; y, de esta forma, separar estos iones de un plasma multiespecie de una forma predecible.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Un filtro de masa para plasma para separar iones de un plasma multiespecie ha sido divulgado y reivindicado en la Patente estadounidense No. 6,096,220, concedida a Ohkawa (en lo sucesivo la patente Ohkawa), y que está transferida al mismo cesionario de la presente invención. En resumen, la Patente Ohkawa divulga un filtro de masa para plasma el cual incluye una cámara cilíndrica que está configurada con unos campos eléctricos y magnéticos cruzados (E x B), orientados en sentido axial. Más concretamente, el campo eléctrico, E, tiene un valor positivo siendo el voltaje en el centro (Vctr) es positivo y disminuye hasta cero e la pared de la cámara. Así mismo, el campo eléctrico (E) tiene una distribución de voltaje parabólica en sentido radial y el campo magnético (B) es axialmente constante. De esta manera, E y B se establecen para fijar una masa de corte, Mc, la cual se define como:
Mc = zea 2 (B)2 / 8Vctr
donde “a” es la distancia entre el eje geométrico de la pared de la cámara y “e” es la carga elemental y “z” es el número de cargas del ión.
En el funcionamiento del filtro de masa para plasma divulgado en la Patente Ohkawa, los campos eléctricos y magnéticos cruzados (E x B) sitúan los iones en órbitas o bien “no confinadas” o bien “confinadas”, dependiendo de los valores relativos de la relación masa / carga del ión “m” y la masa de corte Mc, tal como se establece para el filtro. Concretamente, cuando “m” es mayor que “Mc”, el ión estará situado sobre una órbita no confinada. El resultado entonces es que el ión pesado (esto es, m > Mc), es expulsado del eje geométrico sobre su órbita no confinada y en colisión con la pared de la cámara. Por otro lado, en estos campos eléctricos y magnéticos cruzados, cuando un ión presenta una relación de masa / carga “m” inferior a Mc, el filtro de masa para plasma provoca que el ión ligero (esto es m < Mc) tenga una órbita confinada. En este último caso, el resultado es que el ión ligero saldrá de la cámara sobre su órbita confinada. La situación cambia, sin embargo, si el campo eléctrico tiene un componente de voltaje de c.a.
Considérense unos campos eléctricos y magnéticos cruzados (E x B) en los que el campo eléctrico tenga tanto un voltaje de c.c. (VΦo) y un componente de voltaje de c.a. (VΦ1). Una partícula cargada con una relación de carga / masa “m” (esto es, un ión) tendrá una frecuencia de cilotrón en estos campos eléctricos y magnéticos cruzados la cual se expresará como � = zeB / m, en la que “e” es la carga elemental de un electrón y “z” es el número de cargas. Así mismo, una derivación de las ecuaciones del movimiento de los iones en un campo eléctrico y magnético cruzado, sin colisiones, proporciona una expresión bajo la forma de la ecuación de Hill; a saber
D2 /dt2 s+[� /4-λ] s = 0.
En este caso:
λ = 2eV (t) / ma2
en la que V(t) es el voltaje aplicado, como una función del tiempo, y “a” es la distancia existente entre el eje geométrico y la pared de la cámara. Si λ es sinusoidal, con una frecuencia ω a saber
λ = λ0+ λ1 cosωt
la ecuación de Hill mostrada anteriormente se transforma en la ecuación de Mathieu, a saber
[1/4] dt 2 s=[α -4βcos2τ]s=0
en la que
τ = ωt/2
α =[�2/4-λ0] / ω2
β = λt /[4ω2].
Para pequeños valores de β las siguientes expresiones definirán los límites diferenciadores entre los regímenes operativos para las órbitas combinadas y no combinadas. Estas expresiones son:
4α0= -25 β2+ 257β4
4α1=1±8β -8β2
4α2 =4+ 80/3 β2.
La consecuencia de lo expuesto es que, cuando el campo eléctrico, E, de los campos eléctricos y magnéticos cruzados, está provisto de un componente de voltaje de c.a. (VΦ1) el componente de voltaje de c.a. puede sintonizarse para situar los iones seleccionados sobre una órbita no confinada. Esto será así, aun cuando los iones hubieran pasado de cualquier manera a través de la cámara sobre las órbitas confinadas en ausencia de un componente de voltaje de c.a. Así mismo, debido a la dependencia de la masa de las ecuaciones referidas, los iones de una relación de masa / carga determinada “m” pueden ser elegidos como objetivos de manera selectiva para el cambio de órbitas confinadas a órbitas no confinadas.
Un ejemplo de una secuencia deseable que puede derivarse del fenómeno anteriormente divulgado se proporciona mediante el elemento Estroncio (Sr). Sucede que la especie de iones doblemente ionizados de este elemento, Sr++90 , tiene un número de masa equivalente a 45 (esto es, m = 45). Teniendo esto presente, considérese un filtro de masa para plasma que haya sido configurado con unos campos magnéticos y eléctricos cruzados (E x B) que tengan una masa de corte establecida, Mc = 75, pero sin un componente de voltaje de c.a. (VΦ1) para el campo eléctrico. En estas circunstancias (esto es, m < Mc), el Sr++90 (con m = 45) será colocado sobre órbitas confinadas y podrá salir del filtro. Esto, sin embargo, puede ser un resultado no deseable. De esta manera, de acuerdo con los cálculos matemáticos analizados anteriormente, un componente de voltaje de c.a. (VΦ1) que se produzca en el campo eléctrico puede ser sintonizado para extraer el Sr++90 mediante la colocación de estos iones con órbitas no confinadas. En este ejemplo concreto, puede matemáticamente mostrarse que el Sr++ 90 será extraído del plasma (esto es, será expulsado hacia el interior de la pared de la cámara de plasma). Si el voltaje de c.a. (VΦ1) está sintonizado con una frecuencia de r.f. ω = 0,63. �.
A la luz de lo expuesto, constituye un objetivo de la presente invención proporcionar un filtro para plasma de banda prohibida que pueda modificar de manera eficaz la órbita característica de los iones seleccionados y proporcionar un filtro para plasma de banda prohibida con unos campos eléctricos y magnéticos cruzados que sitúen los iones seleccionados de un plasma multiespecie en órbitas no confinadas, mientras que los iones con relaciones de masa / carga más altos o más bajos puedan ser situados en órbitas confinadas. Otro objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un filtro para plasma de banda prohibida que sea fácil de fabricar, sencillo de utilizar y rentable.
SUMARIO DE LAS FORMAS DE REALIZACIÓN PREFERENTES
La presente invención se refiere a un filtro para plasma de banda prohibida y a un procedimiento para establecer de manera selectiva las órbitas predeterminadas de acuerdo con lo definido en las reivindicaciones adjuntas.
Un filtro para plasma de banda prohibida para controlar de manera selectiva los iones de un plasma multiespecie que ofrezca una relación masa / carga predeterminada incluye una cámara para el plasma y un medio para generar unos campos eléctricos y magnéticos cruzados (E x B) en la cámara. Más concretamente, la cámara misma es hueca y tiene una forma sustancialmente cilíndrica. La cámara propiamente dicha delimita un eje geométrico y está rodeada por una pared.
Con el fin de generar los campos eléctricos y magnéticos cruzados (E x B) en la cámara, unas bobinas magnéticas están montadas sobre la pared de la cámara, y unos electrodos están situados en el (los) extremo(s) de la cámara. Concretamente, las bobinas magnéticas establecen un campo magnético sustancialmente uniforme (B) que está orientado a lo largo del eje geométrico de la cámara. Los electrodos, sin embargo, crean un campo eléctrico (E) con una orientación en una dirección sustancialmente radial con respecto al eje geométrico. A destacar resulta que, tal como se contempla en la presente invención, el campo eléctrico tiene la capacidad de presentar tanto un componente de voltaje de c.c. (VΦ0) y un componente de voltaje de c.a. (VΦ1) (esto es, E = V (Φ0+ Φ1). Concretamente, el componente de c.c. del voltaje (VΦ0) se caracteriza por un voltaje positivo constante, Vctr a lo largo del eje geométrico de la cámara, y tiene una dependencia parabólica sobre el radio con un voltaje sustancialmente de cero en la pared de la cámara. Por otro lado, el componente de c.a. del voltaje (VΦ1) será sinusoidal y es sintonizable con una frecuencia de r.f., ω.
En el funcionamiento del filtro de banda prohibida de la presente invención, el componente de voltaje de c.a. (VΦ0) del campo eléctrico, E, puede ser fijado dea cuerdo con lo expuesto con anterioridad para establecer una masa de corte, Mc = zea2 (B)2 / 8Vctr. Cuando m1 < Mc, y el componente de voltaje de c.a. (VΦ1) del campo eléctrico, E, sea sustancialmente cero, el componente de voltaje de c.a. (VΦ0) situará los iones m1 sobre las órbitas confinadas dentro de la cámara. En este caso, el filtro de banda prohibida de la presente invención opera sustancialmente de la misma forma que el Filtro de Masa para Plasma divulgado y reivindicado en la Patente Ohkawa. De acuerdo con ello los iones m1 pasarán a través de la cámara sobre sus órbitas confinadas. La introducción de un componente de voltaje de c.a. predeterminado (VΦ1) dentro del campo eléctrico, E, sin embargo, cambiará esto.
Además de los componentes que generan los campos eléctricos y magnéticos cruzados (E x B), el filtro de banda prohibida de la presente invención incluye un sintonizador para sintonizar la amplitud y la frecuencia, ω, del componente de c.a. (VΦ1) del voltaje. Concretamente, para el ejemplo analizado anteriormente en el que m1 < Mc, el componente de voltaje c.a. (VΦ1) puede ser sintonizado para que los iones m1 sean situados sobre órbitas no confinadas dentro de la cámara y no queden situados sobre órbitas confinadas que en otro caso seguirían cuando no existiera un componente de voltaje de c.a. (VΦ1). Más concretamente, esto es posible mediante la sintonización selectiva del componente de voltaje de c.a. (VΦ1) por una radiofrecuencia, ω, de acuerdo con los valores de α y β, donde
α =[�2/4-λ0] / ω2
Β = λ1 / [4ω2]
La consecuencia de lo anterior es que, cuando se sitúan en órbitas no confinadas, los iones m1 se alejarán del eje geométrico de la cámara y serán expulsados hasta colisionar con la pared, de esta manera, más que pasar a través de la cámara sobre órbitas confinadas puede impedirse, de manera selectiva, que los iones m1 pasen a través de la cámara. Para un plasma multiespecie que incluya tanto los iones m1 como los iones de una segunda relación de masa / carga (m2), el filtro de banda prohibida de la presente invención puede impedir, de manera selectiva, que estos iones (o bien los m1, o los m2, o ambos) pasen a través de la cámara.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Las características novedosas de la presente invención, así como la invención misma tanto en cuanto a su estructura como a su funcionamiento, se comprenderán perfectamente a partir de los dibujos que se acompañan, tomados en combinación con la descripción que también se acompaña, en la cual los números de referencia similares se refieren a partes similares, y en los cuales:
La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un filtro de banda prohibida de acuerdo con la presente invención; y la Fig. 2 es un diagrama que muestra las relaciones entre los regímenes (regiones) α y β donde el componente de voltaje de c.a. (VΦ1), de un campo eléctrico, E, sitúa los iones seleccionados en órbitas ya sea confinadas o no confinadas mientras están en la cámara de filtro de banda prohibida.
DESCRIPCIÓN DE LA FORMA DE REALIZACIÓN PREFERENTE
Con referencia inicial a la Fig. 1, en ella se muestra un filtro de masa para plasma de banda prohibida de acuerdo con la presente invención, y se designa genéricamente con la referencia numeral 10. Tal y como se muestra, el filtro 10 incluye una pared cilíndrica 12 la cual rodea una cámara 14, y la cual define un eje geométrico 16. Así mismo, el filtro 10 incluye una pluralidad de bobinas magnéticas 18, de las cuales constituyen ejemplares las bobinas 18a y 18b. En particular, las bobinas magnéticas 18 se utilizan para generar un campo magnético sustancialmente uniforme, Bz, que está orientado sustancialmente en paralelo con el eje geométrico 16. Además del campo magnético, B, el filtro 10 incluye así mismo un (os) electrodo(s) 20 para generar un campo eléctrico, E. Como las bobinas 18a y 18b, los electrodos anulares 20a y 20b son, así mismo, únicamente ejemplares. A destacar resulta que el campo eléctrico, E, está orientado en una dirección sustancialmente radial con respecto al eje geométrico 16 y, por consiguiente, se cruza con el campo magnético.
Un componente importante del filtro 10 de la presente invención es un sintonizador 22. Como se muestra en la Fig. 1, este sintonizador 22 está electrónicamente conectado a los electrodos 20a y 20b por medio de una conexión 24. De acuerdo con la presente invención, el sintonizador 22 se utiliza para establecer el campo eléctrico radial E (Φ), tanto con el componente de voltaje de c.c. (VΦ1), como con un componente de voltaje de c.a. (VΦ1) (esto es, E(Φ) = V(Φ0+ Φ1)). Concretamente, el componente de c.c. del voltaje (VΦ0) se caracteriza por un voltaje positivo constante, Vctr, a lo largo del eje geométrico 16 de la cámara 14, y tiene un voltaje sustancialmente de cero en la pared 12 de la cámara 14. Por otro lado, el componente de voltaje de c.a. (VΦ1) será sinusoidal y podrá ser sintonizado en una frecuencia de r.f., ω.
En general, la funcionalidad del filtro 10 se ilustra y analiza quizás de forma óptima a la Fig. 1. En ella, se apreciará que un plasma multiespecie 26, el cual incluye unos iones 28 de una relación masa / carga (m1) relativamente baja, así como unos iones 30 de una relación de masa / carga (m2) relativamente alta, es introducido en la cámara 14 del filtro 10. Esta introducción del plasma 26 puede llevarse a cabo de cualquier manera sobradamente conocida en la técnica pertinente, como por ejemplo mediante el uso de un soplete de plasma (no mostrado). Una vez dentro de la cámara 14, dependiendo del valor del componente de voltaje de c.c. (VΦ1) para el campo eléctrico (E (Φ)=V(Φ0+ Φ1)), los iones, m1 y m2 seguirán, o bien una órbita confinada 32, o bien una órbita no confinada 34. Con el fin de determinar qué órbita debe seguirse (32 o 34), el valor del componente de voltaje de c.a. (VΦ1) del campo eléctrico puede ser sintonizado de manera selectiva con la relación de la masa / carga específica del ión(es) que debe(n) ser afectado(s) (m1 o m2).
La sintonización del componente de voltaje de c.a. (VΦ1) para el campo eléctrico (E(Φ)) se apreciará perfectamente con referencia a la Fig. 2. Recuérdese, en base al análisis anterior, que en el entorno de un filtro de masa para plasma (incluyendo el entorno del filtro de masa para plasma de banda prohibida 10, de la presente invención) puede mostrarse una ecuación del movimiento de ión de forma matemática bajo la forma de la ecuación de Mathieu, a saber
[1/4] d2/ dt2 s=[α -4βcos2τ]s=0
en la que
τ = ωt/2
α =[�2/4-λ0] / ω2
β = λ2 /[4ω2].
De acuerdo con lo expuesto con anterioridad, para valores pequeños de β, las siguientes expresiones definen los límites diferenciadores entre los regímenes operativos para las órbitas confinadas 32 y para las órbitas no confinadas 34. Concretamente, estas expresiones son:
4α0 = -25 β2+ 257β4
4α1=1±8β -8β2
4α2 =4+ 80/3 β2.
En la Fig. 2, las expresiones anteriores han sido trazadas como límites de un gráfico que muestra las relaciones entre α y β. Concretamente, estos límites definen las regiones 36 en las que un ión (m1 o m2) será situado en una órbita confinada 32. El diagrama de la Fig. 2 muestra, así mismo, unas regiones 38 en las que un ión (m1 o m2) será situado en una órbita no confinada 34. A los fines de la presente invención, es importante que los valores tanto para α como para β, en ambas regiones 36 y 38, se determinen mediante una relación particular de masa / carga “m” del ión seleccionado, y la frecuencia de r.f., ω, del componente de voltaje de
c.a. (VVΦ1) del campo eléctrico. Concretamente, el término “α” incluye λ0 que se toma a partir de λ = λ0 λ1cosωt = 2eV(t) / ma2, e incluye la frecuencia de cilotrón � del ión de la relación masa / carga “m” (por definición: � = eB / m) donde V(t) = Φ0+ Φ1 (t). Así mismo, el término “β” incluye λ1 la cual se toma, así mismo, a partir de λ = λ0+ λ1cosωt = 2eV(t) / ma2.
En funcionamiento, se fija el componente de voltaje de c.c. del campo eléctrico (VΦ0). En general, esto puede llevarse a cabo para establecer una masa de corte, Mc.. De acuerdo con lo definido con anterioridad, esta masa de corte se expresa como:
Mc = zea 2 (B)2 / 8Vcir~
El valor de Mc conduce luego directamente al valor del componente de voltaje de c.c. del campo eléctrico (VΦ0). Sin más, los iones de la relación de masa / carga “m” mayores que Mc (m > Mc) serán situados en las órbitas no confinadas 34 lo cual provocará que colisionen con la pared 12 de la cámara 14 para su posterior recogida. Por otro lado, los iones de la relación masa / carga “m” inferiores a Mc (m < Mc) serán situados en las órbitas confinadas 32 lo que provocará que trasiten a través de la cámara 14.
De acuerdo con lo apuntado anteriormente, en algunos casos puede ser deseable colocar iones que tengan una relación de masa / carga “m” inferior a Mc (m < Mc) en las órbitas no confinadas 34. De acuerdo con la presente invención, esto puede llevarse a cabo mediante la sintonización del componente de voltaje de c.a. (VΦ1) del campo eléctrico. Una vez que el ión que va a ser afectado por el componente de voltaje de c.a. (VΦ1) del campo eléctrico ha sido identificado, su frecuencia de cilotrón puede ser determinada: � = eB / m. Así mismo, con las expresiones λ = 2eV(t) / ma2 y λ = λ0+ λ1cosωt, pueden establecerse valores para las variables λ0, λ1y ω. Concretamente, las variables λ0, λ1y ω se establecen para proporcionar los términos “α”y“β” que situarán operativamente el ión particular en una región 38 de la Fig.
2. La consecuencia aquí es que el ión será situado en una órbita no confinada 34 y, en lugar de transitar por la cámara 14, será expulsado hacia el interior de la pared 12 de la cámara 14. Debe destacarse que cuando el plasma es introducido en la cámara 14 es un plasma multiespecie 26 que incluye tanto los iones ligeros 28 que presentan una primera relación de masa / carga (m1) como los iones pesados 30 que presentan una segunda relación de masa / carga (m2), los iones 28 o 30 pueden ser aislados de manera selectiva mediante el componente de voltaje de c.a. (VΦ1). Ello será así con independencia de si la primera relación de masa / carga m1 es mayor que la segunda relación de masa / carga m2 o es menor que la segunda relación de masa / carga (m2).
Aunque el concreto Filtro de Masa para Plasma de Banda Prohibida, tal y como se muestra y divulga en la presente memoria de forma detallada, es plenamente capaz de obtener los objetivos y de proporcionar las ventajas relacionadas con anterioridad en la presente memoria, debe entenderse que es meramente ilustrativo de las formas de realización actualmente preferentes de la invención y que no pretende quedar limitado a los detalles de estructura o diseño mostrados en la presente memoria distintos de los descritos en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Filtro (10) para plasma de banda prohibida que permite el paso selectivo de unos iones (28) de una primera relación de masa / carga (m1) a través de aquél, en el que m1 es inferior a una masa límite, Mc, comprendiendo dicho filtro:
    un medio para introducir un plasma, que incluye dichos iones m1, dentro de una cámara hueca, de forma sustancialmente cilíndrica (14), definiendo dicha cámara un eje geométrico (16) y que está rodeada por una pared (12); un medio magnético (18) para establecer un campo magnético sustancialmente uniforme (B) estando orientado dicho campo magnético a lo largo de dicho eje geométrico dentro de dicha cámara; un medio (20) para crear un campo eléctrico (E), en el que dicho campo eléctrico está orientado en una dirección sustancialmente radial con respecto a dicho eje geométrico para cruzar dicho campo magnético (E x B), y en el que dicho campo eléctrico presenta un componente de voltaje de c.c. (VΦ0) ; y un medio para fijar (22) dicho componente de voltaje de c.c. (VΦ0) para combinar dichos iones m1 para su paso a través de dicha cámara y posterior salida de ella;
    caracterizado porque dicho campo eléctrico presenta, así mismo, un componente de voltaje de a.c. (VΦ1) (E =V (Φ0+ Φ1)); porque el medio para fijar dicho componente de voltaje de c.c. confina con dichos iones para su paso a través de la cámara y su posterior salida de ella cuando dicho componente de voltaje de a.c. (VΦ1) es sustancialmente cero; y porque el filtro de plasma comprende así mismo:
    un medio para sintonizar (22) dicho componente de voltaje de c.a. (VΦ1) para expulsar dichos iones m1 de dicha cámara y para hacerlos entrar en colisión con dicha pared de aquélla para impedir el paso de dichos iones m1 a través de dicha cámara, en el que dicho medio de sintonización selecciona una radiofrecuencia ω, para dicho componente de voltaje de corriente (VΦ1), de acuerdo con los valores de α y β en el que:
    α =[�2/4-λo] / ω2
    β = λ1 /[4ω2]
    y
    λ = 2eV (t) / ma2
    con λ= λ0+ λ1cosωt, en la que “e” es la carga elemental, V(t) es el voltaje aplicado, Φ0+ Φ1, como función de tiempo, “a” es la distancia entre el eje geométrico y la pared de la cámara y � es la frecuencia de cilotrón de los iones m1.
  2. 2.
    Un filtro de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 1, en el que dicho plasma es un plasma multiespecie (26) e incluye unos iones (30) de una segunda relación de masa / carga (m2).
  3. 3.
    Un filtro de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 2, en el que dicha primera relación de masa / carga (m1) es mayor que dicha segunda relación de masa / carga (m2).
  4. 4.
    Un filtro de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 2, en el que dicha primera relación de masa / carga (m1) es menor que dicha segunda relación de masa /carga (m2).
  5. 5.
    Un filtro de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 1, en el que dicha masa límite, Mc, se determina por la expresión:
    Mc = zea 2 (B)2 / 8Vctr
    En la que “e” es la carga elemental, “z” es el número de cargas, “a” es la distancia entre el eje geométrico y la pared de la cámara, y el voltaje tiene un valor positivo (Vctr) a lo largo del eje geométrico, el cual decrece de manera parabólica a cero en la pared de la cámara.
  6. 6. Un procedimiento para establecer de manera selectiva unas órbitas predeterminadas (32, 34) para unos iones (28) de una primera relación de masa / carga (m1) con respecto a un eje geométrico (16), en el que m1 es menor que una masa límite predeterminada, Mc, el cual comprende las etapas de:
    el cruce de un campo eléctrico (E) con un campo magnético sustancialmente uniforme (B), en el que dicho campo magnético está orientado a lo largo del eje geométrico (16) y su campo eléctrico está orientado en una dirección sustancialmente radial con respecto a dicho eje geométrico, y en el que, así mismo, dicho campo eléctrico presenta un componente de voltaje de c.c. (VΦ0); la introducción de los iones (28) m1 dentro de dichos campos magnéticos y eléctricos cruzados; la fijación de dicho componente de voltaje de c.c. (VΦ0) para situar dichos iones m1 en órbitas confinadas (32) alrededor del eje geométrico;
    caracterizado porque dicho campo eléctrico presenta, así mismo, un componente de voltaje de a.c. (VΦ1) (E = V(Φ0+ Φ1)); porque la etapa de fijación del componente de voltaje de c.c. comprende la fijación de dicho componente de voltaje de c.c. (VΦ0) para situar dichos iones m1 en órbitas confinadas (32) alrededor de dicho eje geométrico, cuando dicho componente de voltaje a.c. (VΦ1) es sustancialmente cero; y así mismo, caracterizado por:
    la sintonización selectiva de dicho componente de voltaje de a.c. (VΦ1) para establecer órbitas no confinadas (34) para la eyección de los iones m1 lejos de dicho eje geométrico cuando dicho componente de voltaje de a.c. (VΦ1) tiene un valor predeterminado, en el que dicha etapa de sintonización incluye las etapas de:
    la determinación de una frecuencia de de cilotrón para los iones m1; y la selección de una radiofrecuencia, ω, para dicho componente de voltaje
    c.a. (VΦ1) de acuerdo con los valores de α y β, en el que:
    α =[�2/4-λ0] / ω2
    β = λ1 /[4ω2]
    y
    λ = 2eV (t) / ma2
    con λ = λ0+ λ1 cosωt, en la que “e” es la carga elemental, V(t) es el voltaje aplicado, Φ0+ Φ1 en función del tiempo, “a” es la distancia entre el eje geométrico y la pared de la cámara y � es la frecuencia de de cilotrón de los iones m1.
  7. 7.
    Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 6, en el que los iones (m1) están incluidos en un plasma multiespecie (26) con iones de una segunda relación de masa / carga (m2), en el que la primera relación de masa / carga (m1) es mayor que la segunda relación de masa / carga (m2), y en el que dicho componente de voltaje de c.c. (VΦ0) sitúa las iones en m1 y los iones m2 en unas órbitas confinadas (32) alrededor de dicho eje geométrico cuando dicho componente de voltaje c.c. (VΦ1) es sustancialmente cero y mantiene dichos iones m2 en órbitas confinadas (32) cuando dicho componente de voltaje de c.c. (VΦ1) está sintonizado con dicho valor predeterminado.
  8. 8.
    Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 6, en el que los iones m1 están incluidos en un plasma multiespecie con iones de una segunda relación de masa / carga (m2), en el que la primera relación de masa / carga (m1) es menor que la segunda relación de masa / carga (m2), y en el que dicho componente de voltaje de c.c. (VΦ0) sitúa los iones m1 y los iones m2 en unas órbitas confinadas alrededor de dicho eje geométrico cuando dicho componente de voltaje de c.c. (VΦ1) es sustancialmente cero y mantiene dichos iones m2 en órbitas confinadas cuando dicho componente de voltaje c.c. (VΦ1) está sintonizado con dicho valor predeterminado.
  9. 9.
    Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 6, en el que dichos campos eléctricos y magnéticos cruzados se establecen dentro de una cámara sustancialmente cilíndrica de forma hueca (14), definiendo dicha cámara dicho eje geométrico y estando rodeada por una pared.
  10. 10.
    Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 9, en el que los iones m1 pasan a través de dicha cámara cuando están sobre órbitas confinadas (32), y son expulsados al interior de dicha pared de dicha cámara cuando están sobre órbitas no confinadas (34).
ES03075734T 2002-04-02 2003-03-12 Filtro de masa para plasma de banda prohibida. Expired - Lifetime ES2348502T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US114900 1987-10-29
US10/114,900 US6719909B2 (en) 2002-04-02 2002-04-02 Band gap plasma mass filter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2348502T3 true ES2348502T3 (es) 2010-12-07

Family

ID=28041063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES03075734T Expired - Lifetime ES2348502T3 (es) 2002-04-02 2003-03-12 Filtro de masa para plasma de banda prohibida.

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6719909B2 (es)
EP (1) EP1351273B1 (es)
JP (2) JP2003297281A (es)
AT (1) ATE469435T1 (es)
DE (1) DE60332685D1 (es)
ES (1) ES2348502T3 (es)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6939469B2 (en) * 2002-12-16 2005-09-06 Archimedes Operating, Llc Band gap mass filter with induced azimuthal electric field
US20060272993A1 (en) * 2005-06-03 2006-12-07 BAGLEY David Water preconditioning system
US20060273020A1 (en) * 2005-06-03 2006-12-07 BAGLEY David Method for tuning water
US20060275200A1 (en) * 2005-06-03 2006-12-07 BAGLEY David Method for structuring oxygen
US20060272991A1 (en) * 2005-06-03 2006-12-07 BAGLEY David System for tuning water to target certain pathologies in mammals
US20070095726A1 (en) * 2005-10-28 2007-05-03 Tihiro Ohkawa Chafftron
US7621985B1 (en) * 2008-05-24 2009-11-24 Adventix Technologies Inc. Plasma torch implemented air purifier
CN104520453A (zh) * 2011-11-10 2015-04-15 先进磁工艺股份有限公司 用于分离的磁电-等离子体分离器及方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3334225A (en) * 1964-04-24 1967-08-01 California Inst Res Found Quadrupole mass filter with means to generate a noise spectrum exclusive of the resonant frequency of the desired ions to deflect stable ions
SE338962B (es) 1970-06-04 1971-09-27 B Lehnert
JPS6274441A (ja) * 1985-09-27 1987-04-06 Tokai Univ シ−トプラズマを利用した気体の同位体分離法
DE4324233C1 (de) * 1993-07-20 1995-01-19 Bruker Franzen Analytik Gmbh Verfahren zur Auswahl der Reaktionspfade in Ionenfallen
US5525084A (en) 1994-03-25 1996-06-11 Hewlett Packard Company Universal quadrupole and method of manufacture
JP3523358B2 (ja) * 1995-02-28 2004-04-26 日本原子力研究所 同位体の分離方法及び分離装置
US5598001A (en) * 1996-01-30 1997-01-28 Hewlett-Packard Company Mass selective multinotch filter with orthogonal excision fields
CA2287499C (en) * 1997-05-12 2006-11-07 Mds Inc. Rf-only mass spectrometer with auxiliary excitation
US6258216B1 (en) 1997-11-14 2001-07-10 Archimedes Technology Group, Inc. Charged particle separator with drift compensation
US6096220A (en) * 1998-11-16 2000-08-01 Archimedes Technology Group, Inc. Plasma mass filter
US6251282B1 (en) 1998-11-16 2001-06-26 Archimedes Technology Group, Inc. Plasma filter with helical magnetic field
US6251281B1 (en) 1998-11-16 2001-06-26 Archimedes Technology Group, Inc. Negative ion filter
US6248240B1 (en) * 1998-11-16 2001-06-19 Archimedes Technology Group, Inc. Plasma mass filter
US6204510B1 (en) 1998-12-18 2001-03-20 Archimedes Technology Group, Inc. Device and method for ion acceleration
US6515281B1 (en) * 2000-06-23 2003-02-04 Archimedes Technology Group, Inc. Stochastic cyclotron ion filter (SCIF)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007258191A (ja) 2007-10-04
JP2003297281A (ja) 2003-10-17
US6719909B2 (en) 2004-04-13
EP1351273A1 (en) 2003-10-08
EP1351273B1 (en) 2010-05-26
US20030183567A1 (en) 2003-10-02
ATE469435T1 (de) 2010-06-15
DE60332685D1 (de) 2010-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11742192B2 (en) Electrostatic trap mass spectrometer with improved ion injection
US6949738B2 (en) Mass spectrometer and method of determining mass-to-charge ratio of ion
US7285773B2 (en) Quadrupole ion trap device and methods of operating a quadrupole ion trap device
US9373487B2 (en) Mass spectrometer
ES2348502T3 (es) Filtro de masa para plasma de banda prohibida.
US20070040111A1 (en) Dual mode ion mobility spectrometer and method for ion mobility spectrometry
US7858930B2 (en) Ion-trapping devices providing shaped radial electric field
EP0687381A1 (en) Ion gun and mass spectrometer employing the same
JP2012502433A (ja) ４極質量フィルタとして動作可能な二次元半径方向放出イオントラップ
AU2019281255A1 (en) Ion trap array for high throughput charge detection mass spectrometry
CA3156003A1 (en) APPARATUS AND METHOD FOR PERFORMING CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY IN PULSE MODE
JP2000243345A (ja) 飛行時間型質量分析計のイオン光学系
EP3493241A1 (en) Mass spectrometer
US8093555B2 (en) Mass spectrometer
US20020005480A1 (en) Quadrupole mass spectrometer
JP2005259616A (ja) 四重極質量分析装置
JP2004281350A (ja) 飛行時間型質量分析計
US20190035618A1 (en) Quadrupole mass filter and quadrupole type mass spectrometry device
US6939469B2 (en) Band gap mass filter with induced azimuthal electric field
US6995365B2 (en) Mass analyzer having improved ion selection unit
GB2448413A (en) A mass spectrometer comprising an electrostatic ion trap
US11728155B2 (en) Ion guide with reduced noding effect
WO2019157596A1 (en) Ion mobility spectrometer and method of analyzing ions
JP2005116340A (ja) 質量分析装置
CN112103169B (zh) 一种针对离子阱的调整方法和离子阱