PL87292B1 - - Google Patents

Description

Opis patentowy opublikowano: 15.12.19762 87292 Znana jest równiez konstrukcja zródla jonów wedlug Niera, skladajaca sie z wyrzutni elektronów, zamknietego obszaru jonizacji oraz ukladu elektrod wysysajacych jony. Wiazka elektronów z wyrzutni przebiega¬ jac przez obszar jonizacji, wytwarza w nim jony, które sa wysysane w kierunku prostopadlym do wiazki elektronów. Wada tego rozwiazania jest zamkniety obszar jonizacji oraz niska wydajnosc zródla.

Najbardziej zblizona do rozwiazania wedlug wynalazku jest konstrukcja trójelektrodowego zródla jonów, które sklada sie z trzech ulozonych jeden na drugim cylindrów oraz z umieszczonej wewnatrz pierwszego cylindra zarzonej katody. Potencjaly elektryczne cylindrów sa tak dobrane, ze uklad tworzy immersyjna skupiajaca soczewke elektrostatyczna ogniskujaca powstajace w ukladzie jony. Jony powstaja wskutek zderzen elektronów wychodzacych z katody z czasteczkami gazu.

Wada przedstawionego rozwiazania jest zamkniety obszar jonizacji powodujacy niebezpieczenstwo analizy produktów desorpcji termicznej gazów ze scianek komory jonizacyjnej na skutek umieszczenia w niej zarzonej katody, utrudniona jest tez wymiana atmosfery gazowej z otoczeniem zródla. Istnieje równiez mozliwosc wystapienia efektu fotoelektrycznego z kolektora oswietlanego zarzona katoda, co powoduje powstanie tla pradu jonowego zaklócajacego prace przyrzadu w zakresie bardzo niskich cisnien (ponizej 10~10 Tr).

Natomiast najbardziej zblizona do odmiany zródla jonów wedlug wynalazku jest konstrukcja zródla jonów wedlug Khana i Schroeera — The Review of Scientific Instruments 42, 9 (1971) 1348, w której obszar jonizacji jest wykonanym z siatki zamknietym cylindrem posiadajacym w jednej z podstaw otwór dla wyjscia jonów. Katoda jest umieszczona w poblizu bocznej powierzchni tego cylindra. Obszar jonizacji i katoda sa zamkniete w pelnej metalowej oslonie zwartej elektrycznie z katoda i posiadajacej otwór dla wejscia podlegaja¬ cego jonizacji gazu. Naprzeciw otworów w dnie cylindra stanowiacego obszar jonizacji znajduje sie kolowa elektroda wysysajaca jony, *a za nia trójelektrodowa symetryczna soczewka elektrostatyczna formujaca wiazke jonów.

W rozwiazaniu tym .na skutek nieprzenikalnosci oslony dla gazu wymiana atmosfery gazowej miedzy otoczeniem a obszarem jonizacji jest utrudniona, a na skutek elektrycznego zwarcia oslony z katoda niemozliwa jest regulacja potencjalu elektrycznego oslony wzgledem katody. Brak tej regulacji uniemozliwia z kolei wybór takiego potencjalu oslony, przy którym wydajnosc zródla jonów jest maksymalna.

Jezeli idzie o znane dotychczas analizatory, to najbardziej zblizony do rozwiazania wedlug wynalazku sklada sie z elektrody górnej oraz katowej elektrody dolnej o kacie rozwarcia 90°. Elektroda górna jest polowa cienkosciennego cylindra lub pelnego walca rozcietego wzdluz tworzacej. Elektrody górna i dolna rozdzielone sa dystansownikami. Na górnej elektrodzie znajduje sie przekladka izolujaca, na której polozone jest metalowe plaskie jarzmo. Jarzmo to przykrecone jest za pomoca srub do dolnej elektrody katowej, tworzac zwarta konstrukcje ukladu elektrod wzajemnie od siebie izolowanych. Uklad analizatora zaopatrzony jest w diafragmy wlotowa i wylotowa. Te ostatnia stanowi plaska blaszka z otworem.

Wada przedstawionej konstrukcji jest koniecznosc wykonywania otworów i gwintów w nachylonych scianach elektrody katowej, zastosowanie duzej ilosci metalu, co stwarza niebezpieczenstwo degazacji, jak i znaczne trudnosci wystepujace przy montazu elektrod w zespól, zwlaszcza w zakresie zachowania stalej odleglosci i równoleglosci elektrod górnej i dolnej. Montaz tego rodzaju konstrukcji jest niemozliwy bez stosowania skomplikowanego szablonu.

Celem rozwiazania wedlug wynalazku jest wyeliminowanie wad i niedogodnosci charakteryzujacych wyzej podane konstrukcje zródel jonów i analizatora, przy jednoczesnym zapewnieniu latwosci i wysokiej dokladnosci montazu tych konstrukcji jak i poszczególnych ich elementów oraz przy zachowaniu wysokich parametrów technicznych, a wytyczonym do rozwiazania zagadnieniem technicznym jest opracowanie konstrukcji glowicy unipolarnego filtru mas spelniajacej ten cel.

Cel ten przy przyjeciu trójelektrodowego zródla jonów, czesci analizujacej skladajacej sie z elektrody górnej i katowej elektrody dolnej, w odniesieniu do zródla jonów zostal osiagniety poprzez zaopatrzenie , kazdego z trzech cylindrów w dwie kryzy z równomiernie rozmieszczonymi na ich obwodzie otworami, przez które przetkane sa utrzymujace wspólosiowosc cylindrów rurki ceramiczne, na których osadzone sa tulejki dystansowe, a sztywne polaczenie mechaniczne i elektryczne cylindrów zewnetrznych wykonane jest za pomoca metalowych laczników zgrzewanych punktowo do kryz cylindrów. Wyprowadzenie elektryczne elektrody srodkowej dokonane jest za pomoca drutu przechodzacego przez jedna z rurek ceramicznych i zgrzewanego do elektrody, zakonczenie ostatniej elektrody jest uformowane w diafragme wlotowa do obszaru analizatora. ._,.._.

W odniesieniu do czesci analizujacej cel wynalazku, przy zastosowaniu cylindrycznej elektrody cienkoscie¬ nnej rozcietej w polowie wzdluz tworzacej i dolnej elektrody katowej, zostal osiagniety przez umieszczenie na! koncach elektrody katowej dystansowników ceramicznych w ksztalcie scietego stozka prostokatnego pryzmatu z wybraniem o plaszczyznach równoleglych do tworzacej pryzmatu, w których to wybraniach umieszczona jest i i87 292 3 górna elektroda, a w niej-pólokragle ksztaltki izolujace dociskajace elektrode górna do elektrody dolnej za posrednictwem sprezynujacych opasek umocowanych koncami do krawedzi dolnej elektrody katowej, przy czym analizator zakonczony jest diafragma wyjsciowa z oslony kolektora. Do zewnetrznej powierzchni obu elektrod górnej i dolnej umocowane sa sprezynki centrujace oraz gniazda dla wsporników osadzonych trwale w szklanej obudowie glowicy. < W innym przykladzie wykonania glowicy, istota wynalazku polega na tym, ze obszar jonizacji i katoda zamkniete sa w wykonanej z siatki oslonie posiadajacej oddzielne wyprowadzenie elektryczne, a role elektrody wysysajacej jony z obszaru jonizacji spelnia pierwsza elektroda soczewki elektrostatycznej formujacej wiazke jonów i kierujacej ja do analizatora.

Zastosowana konstrukcja glowicy zapewnia uzyskanie prostymi srodkami samocentrowania ukladu, bez koniecznosci stosowania jakiegokolwiek oprzyrzadowania montazowego. Podobnie konstrukcja analizatora odznacza sie prostota i latwoscia montazu.

Zastosowane sprezyste opaski metalowe uniemozliwiaja ruch elektrod w kierunku prostopadlym do osi przyrzadu. Przesuwanie sie elektrod w kierunku równoleglym uniemozliwiaja dwie diafragmy wejsciowa i wyjsciowa przyzgrzewane do konców elektrody katowej. Poniewaz jednoczesnie diafragma wejsciowa jest czescia ostatniej elektrody zródla jonów, pozwala to na sztywne polaczenie zródla jonów z analizatorem poprzez zgrzewanie diafragmy do czola elektrody katowej. Diafragma wyjsciowa zaopatrzona jest w oslone w ksztalcie kubka zwróconego otworem ku kolektorowi jonów i obejmujacego ten kolektor. Zapewnia to poprawe ekranowania kolektora przed polami wielkiej czestotliwosci zwiazanymi z obecnoscia napiecia wielkiej czestotliwosci na elektrodzie kolowej. Ekranowanie to umozliwia zastosowanie do pomiaru pradu jonowego prostszych elektrometrów. - Zaleta konstrukcji zródla jonów ujawnionej w odmianie wynalazku jest uzyskanie bardzo dobrej wymiany atmosfery gazowej, kilkudziesieciokrotne — w stosjnku do innych zródel — powiekszenie wydajnosci zródla jonów poprzez mozliwosc doboru optymalnego potencjalu elektrycznej oslony, a takze wyeliminowanie mozliwosci fotoemisji elektronów z kolektora wywolanej swieceniem katody.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykladzie wykonania na zalaczonych rysunkach, na których fig. 1«przedstawia glowice pomiarowa unipolarnego filtru mas w przekroju podluznym, fig. 2 •—konstrukcje zródla jonów w widoku perspektywicznym, fig. 3 •— konstrukcje czesci analizujacej w widoku perspektywi¬ cznym, fig. 4 •- czesc analizujaca jak na fig. 3 w widoku z przodu od strony zródla jonów, fig. 5 — fragment jednego z konców czesci analizujacej w widoku perspektywicznym, fig. 6 — ksztaltke ceramiczna w postaci pryzmatu w widoku perspektywicznym, fig. 7 — pólokragla ksztaltke ceramiczna w widoku perspektywicznym i fig. 8«- schemat innej konstrukcji zródla jonów.

Zródlo jonów zawiera katode 1 umieszczona osiowo wewnatrz cylindra 2 polaczonego mechanicznie i elektrycznie z cylindrem 3. Pomiedzy cylindrami 2 i 3 umieszczony jest wspólosiowo izolowany od nich elektrycznie cylinder 4. Kazdy cylinder 2, 3, 4 posiada dwie kryzy 5, a w kazdej kryzie 5 wykonane sa równo rozmieszczone na jej obwodzie otwory 6. Przez otwory 6 przetkane sa dopasowane do ich srednicy rurki ceramiczne 7 podtrzymujace cylinder 4. Mechaniczne i elektryczne polaczenie cylindrów 2 i 3 wykonane jest za pomoca laczników 8. Zakonczenie cylindra 3 uformowane jest w diafragme wejsciowa 9 analizatora, przyzgrze- wana do czola elektrody katowej 10 analizatora. Wyprowadzenia elektryczne elektrod zródla jonów dolaczone sa elastycznie do przepustów 11. Zachowanie wlasciwej odleglosci miedzy cylindrami 2,4 i 3 zapewniaja tulejki dystansowe 12 nanizane na rurki 7.

Analizator zawiera elektrode katowa tO, na której obu koncach umieszczone sa dystansowniki ceramiczne 13 w ksztalcie scietego prostokatnego pryzmatu z wybraniem 14 o plaszczyznach równoleglych do tworzacej pryzmatu. W wybraniach 14 umieszczona jest cylindryczna cienkoscienna rozcieta w polowie wzdluz tworzacej elektroda górna 15, a w niej pólokragle ksztaltki izolujace 16. Elektroda 15 poprzez ksztaltki 16 i dystanso¬ wniki 13 przyciskana jest do elektrody katowej 10 za pomoca sprezynujacych opasek 17 zgrzewanych koncami do krawedzi elektrody katowej 10.

Analizator zakonczony jest diafragma wyjsciowa 18 z oslona 19 kolektora 20. Do zewnetrznych powierzchni elektrod 10 i 15 zgrzewane sa sprezynki centrujace 21 oraz gniazda 22 dla wsporników 23 osadzonych w obudowie szklanej 24. Tak zmontowana glowica unipolarnego filtru mas umieszczona jest w cylindrycznej obudowie szklanej 24, wycentrowana w niej sprezynkami centrujacymi 21 i zabezpieczona przed przesuwami wzdluznymi przy pomocy umieszczonych w gniazdach 22 wsporników szklanych 23 wtopionych w obudowe 24.

Kolektor 20 umocowany jest na przepuscie 25 wtapianym w obudowe 24 w ostatniej fazie montazu.

W innym wykonaniu zródla jonów wedlug wynalazku obszar jonizacji 26 ma ksztalt kubka wykonanego4 87 292 z siatki o wysokiej przezroczystosci i zamknietego plaska diafragma 27 z otworem- Zarzona katoda 28 ma ksztalt kola o srednicy nieco wiekszej niz srednica kubka 26 i opasuje kubek w polowie jego wysokosci. Obszar jonizacji 26 i,katoda 28 znajduja sie wewnatrz oslony 29 wykonanej z siatki. Naprzeciw diafragmy 27 zamykajacej obszar jonizacji 26 umieszczona jest zlozona z trzech elektrod 30, 31, 32 soczewka elektrostatyczna wysysajaca jony z obszaru jonizacji 26 i kierujaca je do analizatora. Elektroda 32 soczewki zgrzewana jest do diafragmy wejsciowej 9 analizatora.

Dzialanie glowicy pomiarowej jest nastepujace. Wiazka jonów wytworzona droga jonizacji zderzeniowej w obszarze objetym cylindrem 4 poprzez uklad ogniskujacy utworzony przez cylindry 4, 3 i diafragme wejsciowa 9 dostaje sie w obszar analizatora. Pod wplywem pola elektrycznego utworzonego przez superpozycje napiec stalego i zmiennego, jony wykonuja oscylacje w kierunku poprzecznym do osi analizatora. W zaleznosc) od amplitudy napiecia stalego i zmiennego zostaja stworzone warunki do przejscia przez analizator jonów o okreslonym ladunku wlasciwym. Jony o innych ladunkach wlasciwych wykonuja oscylacje o szybko rosnacej amplitudzie i zostaja wylapane przez górna elektrode 15 analizatora. Dla analizy widma mas jonów dodatnich biegun ujemny skladowej napiecia wytwarzajacego pole elektryczne analizatora powinien byc przylozony do cylindra elektrody 15. Jony, które przeszly przez analizator trafiaja na kolektor 20, a wytwarzany przez nie prad jonowy jest mierzony za pomoca nie uwidocznionego na rysunku miernika.

Zmieniajac amplitude przykladanych na uklad analizatora napiec stalego i zmiennego, mozna przepusz¬ czac przez niego kolejno jony o róznych ladunkach wlasciwych otrzymujac w ten sposób widmo mas badanej atmosfery gazowej.

Jezeli idzie o dzialanie zródla jonów wedlug innego wykonania, to elektrony wychodzace z katody 28 sa przyspieszane w kierunku obszaru jonizacji 26, a po jego przejsciu zawracane przez oslone 29 i na skutek tego wielokrotnie przechodza obszar jonizacji 26. Dla osiagniecia optymalnej wydajnosci takiego zródla niezbedny jest wybór odpowiedniego potencjalu elektrycznego oslony 29 wzgledem katody 28.

Claims (3)

Z a st r z e z e n i a p a te n t o we

1. Glowica pomiarowa unipolarnego filtru mas, skladajaca sie z trójelektrodowego zródla jonów, czesci analizujacej w postaci odizolowanych od siebie elektrody górnej i katowej elektrody dolnej oraz z kolektora . jonów, znamienna tym, ze kazdy z cylindrów (2, 3, 4) trójelektrodowego zródla jonów zaopatrzony jest w kryzy (5) z równo rozmieszczonymi na ich obwodzie otworami (6), przez które przetkane sa utrzymujace wspólosiowosc cylindrów (2, 3, 4) rurki ceramiczne (7), a sztywne polaczenie mechaniczne i elektryczne cylindrów (2) i (3) wykonane jest za pomoca laczników (8), zakonczenie zas cylindra (3) uformowane jest w diafragme wejsciowa (9) analizatora umocowana do elektrody katowe} (10), na koncach której umieszczone sa dystansowniki ceramiczne (13) w ksztalcie scietego prostokatnego pryzmatu z wybraniem (14) o plaszczyznach równoleglych do tworzacej pryzmatu, w których to wybraniach (14) umieszczona jest górna cylindryczna elektroda (15) rozcieta w polowie wzdluz tworzacej, a w niej pólokragle ksztaltki izolujace (16) dociskajace elektrode (15) do dolnej elektrody (10) za posrednictwem sprezynujacych opasek (17), zgrzewanych koncami do krawedzi elektrody katowej (10), przy czym analizator zakonczony jest diafragma wyjsciowa (18) z oslona (19) kolektora (20).

2. Glowica wedlug zastrz. 1; znamienna tym, ze do zewnetrznych powierzchni elektrod (10) i (15) umocowane sa sprezynki centrujace (21) oraz gniazda (22) dla wsporników (23) osadzonych trwale w obudowie szklanej (24). •

3. Glowica pomiarowa unipolarnego filtru mas, w odniesieniu do zródla jonów, znamienna tym, ze obszar jonizacji (26) i katoda (28) zamkniete sa w wykonanej z siatki oslonie (29) posiadajacej oddzielne wyprowadzenie elektryczne, a role elektrody wysysajacej jony z obszaru jonizacji (26),spelnia pierwsza elektroda (30) soczewki elektrostatycznej formujacej wiazke jonów i kierujacej ja do analizatora.87 292 2h 6 5 17 13 16 21 23 16 13 18 25 V l .W Rg.1 Fig. 287 292 21 13 ^ J5 J6 13 K) ~\ *\ Pi* Fig. 587 292 Fig. 6 Fig..7 26 27 30 31 32 Fig. 8