Nouveau spectrographe de masse magnétique
La présente invention a pour but d'améliorer les performances des spectrographes de masse magnétiques (sensibilité, résolution, encombrement) .New magnetic mass spectrograph
The present invention aims to improve the performance of magnetic mass spectrographs (sensitivity, resolution, size).
Dans les appareils classiques les plus simples, la source d'ions et le séparateur baignent dans un même champ d'induction magnétique uniforme
Les ions. accélérés par une tension électrostatique V décrivent dans le séparateur des cercles de rayon
où mt e sont la masse et la charge de l'ion.In the simplest conventional devices, the ion source and the separator bathe in the same field of uniform magnetic induction
The ions. accelerated by an electrostatic voltage V describe in the separator circles of radius
where mt e are the mass and the charge of the ion.
La sélection se fait généralement après un parcours angulaire de 1800, qui assure une focalisation satisfaisante des ions émis par la source à travers une fente d'extraction étroite. The selection is generally after an angular path of 1800, which ensures a satisfactory focus of the ions emitted by the source through a narrow extraction slot.
Les inconvénients de ce type de système, très largement utilisé en raison de sa simplicité, sont dus essentiellement à la source ionique. Pour permettre l'extraction des ions, le volume intérieur ne peut être équipotentiel; d'autre part, la nappe d'électrons ionisants émis par un filament chauffée et injectée dans la source, a nécessairement une épaisseur finie. II en résulte une dispersion de l'énergie initiale des ions qui limite la résolution. Enfin, I'extraction des ions à travers une fente
mince limite la sensibilité.The disadvantages of this type of system, very widely used because of its simplicity, are mainly due to the ion source. To allow the extraction of ions, the internal volume can not be equipotential; on the other hand, the ionizing electron sheet emitted by a heated filament and injected into the source, necessarily has a finite thickness. This results in a dispersion of the initial energy of the ions which limits the resolution. Finally, the extraction of ions through a slit
Thin limits the sensitivity.
Dans la nouvelle invention (Fig. 1), les ions extraits de la source S sont
accélérés par une faible chute de tension g et subissent une première
sélection par une fente 4, , après un parcours angulaire de 90" avec un rayon R4 de faible valeur. Si la fente d'extraction au niveau de la source est étroite, on obtient ainsi au niveau de fe ur faisceau ionique collimaté de petite section et de faible énergie.In the new invention (Fig. 1), the ions extracted from the source S are
accelerated by a small drop in voltage g and undergo a first
selected by a slot 4, after a 90 "angular path with a low value radius R. If the extraction slot at the source is narrow, this results in a collimated ion beam of small section and low energy.
Ce faisceau subit alors l'action d'une chute de potentiel V2. beaucoup plus
o importante et décrit un nouvel arc de 90 avec un rayon R beaucoup plus grand. Cette deuxième accélération améliore encore la collimation du faisceau et permet une focalisation précise sur une fente étroite fL masquant le collecteur c.This beam then undergoes the action of a potential drop V2. much more
o Important and describes a new arc of 90 with a much larger radius R. This second acceleration further improves beam collimation and allows precise focusing on a narrow slot fL masking the collector c.
La première partie du système (source, fente f1 ) constitue une source sélective fournissant un faisceau ionique de faible section, collimaté et de faible énergie eV1 . La deuxième partie f1, f2 constitue alors un sélecteur très efficace : un secteur à 90 permet une focalisation d'un faisceau collimaté. Les aberrations sont dues essentiellement à la dispersion initiale d'énergie qui est proportionnelle à la première chute de potentiel M . Ce potentiel étant faible par rapport à la chute de potentiel totale Va t , la dispersion est très réduite.The first part of the system (source, slot f1) is a selective source providing a small section, collimated and low energy ion beam eV1. The second part f1, f2 is then a very efficient selector: a sector 90 allows a focusing of a collimated beam. The aberrations are due essentially to the initial dispersion of energy which is proportional to the first drop of potential M. This potential being low compared to the total potential drop Va t, the dispersion is very small.
Une variante intéressante consiste à collimater le faisceau ionique à la sortie de la source par une électrode auxiliaire E munie d'une fente f'1 d.e profil concave (fig II) portée au potentiel V'4+V2( V'1 < V1 ). Au niveau de f1 le faisceau n'est plus collimaté rigoureusement mais focalisé : f1 peut donc être très étroite ; on recollimate le faisceau en donnant également à la fente f1 un profil concave (fig II). Un faisceau ionique, de section beaucoup plus faible que dans le 1er cas décrit, peut alors être focalisé sur la fente fi . Cette variante plus complexe permet grâce à l'étroitesse de f d'obtenir une première sélection plus rigoureuse et d'améliorer le rapport | signal-bruit.An interesting variant consists in collimating the ion beam at the output of the source by an auxiliary electrode E provided with a slot f'1 concave profile (Fig. II) taken to the potential V'4 + V2 (V'1 <V1) . At f1 the beam is not rigorously collimated but focused: f1 can be very narrow; the beam is recollimated by also giving the slot f1 a concave profile (FIG. II). An ion beam, of much smaller section than in the first case described, can then be focused on the slot fi. This more complex variant makes it possible, thanks to the narrowness of f, to obtain a more rigorous first selection and to improve the ratio | Signal to Noise.
On peut alors améliorer les performances des deux types en utilisant des secteurs magnétiques séparés. Si par exemple, le trajet f1, f2 se fait dans une induction B2 double de B1 , V2 est encore multiplié par un facteur 4, ce qui rend l'aberration chromatique négligeable.The performances of both types can then be improved by using separate magnetic sectors. If, for example, the path f1, f2 is in a double B2 induction of B1, V2 is multiplied by a factor of 4, which makes the chromatic aberration negligible.
Enfin remarquons que dans tous les cas, l'élimination dans le 1er secteur, c'est à dire en début de parcours, des ions non sélectionnés améliore considérablement le rapport signal-bruit. Ce type d'appareil très sensible, simple, et de faible encombrement est destiné à l'analyse des gaz et au contrôle des processsus industriels sous vide. Finally, note that in all cases, the elimination in the 1st sector, ie at the beginning of the course, unselected ions significantly improves the signal-to-noise ratio. This type of very sensitive, simple, and compact device is intended for gas analysis and control of industrial processes under vacuum.
