RU136236U1

RU136236U1 - ENERGY-MASS-ANALYZER OF ION STREAMS

Info

Publication number: RU136236U1
Application number: RU2013134839/07U
Authority: RU
Inventors: Андрей Афанасьевич Трубицын; Дмитрий Владимирович Суворов
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2013-12-27

Abstract

Аксиально-симметричный изотраекторный масс-анализатор пакета ионов, содержащий коаксиально размещенные внутренний цилиндрический и внешний конусообразный электроды, экранирующий электрод коробчатого типа, электрически и механически связанный с внутренним цилиндрическим электродом; выполненную на боковой поверхности внутреннего цилиндрического электрода и затянутую мелкоструктурной металлической сеткой входную кольцевую прорезь (входное окно) для пролета пакета вторичных ионов, выходную кольцевую диафрагму, выполненную на боковой поверхности внутреннего цилиндрического электрода; приемник ионов, блок развертки потенциала по закону обратной пропорциональности квадрату времени движения пакета частиц, и обеспечивает угловую фокусировку пакета ионов четвертого порядка вблизи центрального угла 42° и дисперсию по массам, отличающийся тем, что между исследуемым образцом и входом изотраекторного масс-анализатора размещается аксиально-симметричный энергоанализатор типа цилиндрическое зеркало, содержащий коаксиально расположенные внешний и внутренний цилиндрические электроды, с выполненными во внутреннем цилиндрическом электроде и затянутыми мелкоструктурной металлической сеткой прорезями и для пролета электронов, систему защиты от краевых эффектов, состоящую из изготовленных с высокой точностью чередующихся керамических и металлических корректирующих колец, промежуточную дырочную диафрагму; экранирующий электрод, электрически и механически связанный с внутренним цилиндрическим электродом энергоанализатора и экранирующим электродом масс-анализатора, электрический прерыватель непре�An axially symmetric isotrajectory mass analyzer of an ion packet containing coaxially placed inner cylindrical and outer cone-shaped electrodes, a box-type shielding electrode, electrically and mechanically connected to the inner cylindrical electrode; made on the side surface of the inner cylindrical electrode and tightened by a fine-grained metal mesh inlet ring slot (inlet window) for the passage of a packet of secondary ions, the output ring diaphragm made on the side surface of the inner cylindrical electrode; an ion detector, a potential scanner according to the law of inversely proportional to the square of the time of motion of the packet of particles, and provides angular focusing of the fourth-order packet of ions near the central angle of 42 ° and mass dispersion, characterized in that between the test sample and the input of the isotrajectory mass analyzer is placed axially a symmetric energy analyzer of the cylindrical mirror type, containing coaxially located external and internal cylindrical electrodes, with those made in the inner cylinder a black electrode and slots tightened by a fine-structured metal grid and for the passage of electrons, a system of protection against edge effects, consisting of alternating ceramic and metal correction rings made with high accuracy, an intermediate hole diaphragm; a shielding electrode, electrically and mechanically connected to the internal cylindrical electrode of the energy analyzer and the shielding electrode of the mass analyzer, an electrical breaker

Description

Полезная модель относится к области анализа энергий и масс ионов, эмиттируемых с поверхности твердого тела под воздействием первичного излучения, и может быть использована в масс-спектрометрии вторичных ионов и лазерной масс-спектрометрии с разрешением ионных потоков по энергиям, или в спектроскопии обратно рассеянных ионов с разрешением по массам. Одновременная регистрация масс и энергий ионов позволяет проводить исследования фундаментальных характеристик вещества и поверхности твердого тела и является источником уникальной информации, недоступной аналитическим методам, использующим только масс-анализ или только энергоанализ.The utility model relates to the field of analysis of the energies and masses of ions emitted from a solid surface under the influence of primary radiation, and can be used in secondary ion mass spectrometry and laser mass spectrometry with energy resolution of ion fluxes, or in backscattered ion spectroscopy with mass resolution. Simultaneous registration of ion masses and energies allows researching the fundamental characteristics of matter and the surface of a solid and is a source of unique information inaccessible to analytical methods using only mass analysis or only energy analysis.

Для обнаружения ионов с характерными массами или энергиями необходимо пространственно разделить принадлежащие им спектральные линии (пики) на масс- или энергоспектрограммах. С этой точки зрения масс-анализатор может характеризоваться разрешающей способностью m/Δm, где m - масса настройки анализатора, Δm - полная ширина функции пропускания анализатора по массам на ее полувысоте. Для характеристики энергоанализатора используют понятие разрешения ΔЕ/Е, где Е - энергия настройки анализатора, ΔЕ - полная ширина функции пропускания анализатора по энергиям на ее полувысоте.To detect ions with characteristic masses or energies, it is necessary to spatially separate their spectral lines (peaks) in mass or energy spectrograms. From this point of view, the mass analyzer can be characterized by a resolution of m / Δm, where m is the analyzer tuning mass, Δm is the total width of the mass transmission function of the analyzer at its half height. To characterize the energy analyzer, the concept of resolution ΔE / E is used, where E is the analyzer tuning energy, ΔE is the total width of the analyzer's transmission function by energy at its half height.

Другой важной характеристикой приборов для энерго и масс-анализа вещества является чувствительность, которая определяется величиной, задающей количество вещества, которое нужно ввести в спектрометр для того, чтобы оно было надежно обнаружено, и, в конечном счете, зависит от количества частиц, достигших коллектора и им зарегистрированных. Чувствительность анализатора напрямую зависит от его светосилы, определяемой телесным углом сбора заряженных частиц с источника.Another important characteristic of devices for energy and mass analysis of a substance is sensitivity, which is determined by a quantity that determines the amount of substance that must be introduced into the spectrometer in order for it to be reliably detected, and ultimately depends on the number of particles reaching the collector and them registered. The sensitivity of the analyzer directly depends on its aperture, determined by the solid angle of collection of charged particles from the source.

В наиболее распространенных типах энерго- и масс-анализаторов при регистрации спектров используется разделение заряженных частиц по энергиям или массам при их движении в электромагнитном поле.In the most common types of energy and mass analyzers, when spectra are recorded, separation of charged particles by energies or masses when they move in an electromagnetic field is used.

Известен масс-анализатор с двойной фокусировкой на базе использования магнитного и электростатического полей. Ионы, имеющие одинаковую энергию, но различающиеся по массам, входят в магнитное поле перпендикулярно его направлению и пролетают через это поле по круговым траекториям под действием силы Лоренца, радиусы которых зависят от массы иона, что ведет к дисперсии по массам. Регистрация ионов с различными массами реализуется путем помещения щели (выходной диафрагмы) в точке фокуса, что приводит к четко определенным соответствиям масс и радиусов траекторий и возможности выбора специфической массы. Уменьшение ширины щели может быть использовано для увеличения масс-спектрального разрешения, но только в том случае, если ионы являются моноэнергетичными, поскольку любое распределение по энергиям будет ухудшать разрешение. Для этого, а также для возможности проведения не только анализа масс ионов, но их энергий перед магнитным спектрометром размещается секторный электростатический анализатор. Магнитный и электростатический анализаторы обладают свойством угловой фокусировки второго порядка и их комбинация фокусирует заряженные частицы и по углам и по энергиям. По этой причине масс-спектрометры с такими анализаторами называют приборами с двойной фокусировкой. Электростатический анализатор с сектором 90° в комбинации с магнитным с отклонением 60° известен как геометрия Нира-Джонсона [1].Known mass analyzer with double focusing based on the use of magnetic and electrostatic fields. Ions having the same energy but differing in mass enter the magnetic field perpendicular to its direction and fly through this field along circular paths under the action of the Lorentz force, the radii of which depend on the mass of the ion, which leads to dispersion in mass. Registration of ions with different masses is realized by placing a slit (exit diaphragm) at the focal point, which leads to well-defined correspondences of masses and radii of trajectories and the possibility of choosing a specific mass. Reducing the gap width can be used to increase the mass spectral resolution, but only if the ions are monoenergetic, since any energy distribution will degrade the resolution. For this, and also for the possibility of conducting not only an analysis of the masses of ions, but their energies, a sector electrostatic analyzer is placed in front of the magnetic spectrometer. Magnetic and electrostatic analyzers have the property of second-order angular focusing and their combination focuses charged particles in both angles and energies. For this reason, mass spectrometers with such analyzers are called dual focus instruments. An electrostatic analyzer with a 90 ° sector in combination with a magnetic one with a 60 ° deviation is known as Nir-Johnson geometry [1].

К недостаткам известного устройства относятся низкая чувствительность, обусловленная отсутствием аксиальной симметрии, и поэтому малым входном телесным углом (светосилой) системы в целом, и большие габариты магнитной ступени.The disadvantages of the known device include low sensitivity due to the lack of axial symmetry, and therefore the small input solid angle (aperture) of the system as a whole, and the large dimensions of the magnetic stage.

Наиболее близким к предлагаемому является аксиально-симметричный изотраекторный масс-анализатор пакетов ионов [2]. Масс-анализатор состоит их заземленного внутреннего цилиндрического электрода, с вырезанным в нем окном для пролета частиц и затянутым мелкоструктурной металлической сеткой, и внешнего конусообразного отклоняющего электрода. На внешний электрод подается переменный потенциал V(t)=с(m)/t², где t - время движения ионов, одновременно стартовавших из находящегося в бесполевом пространстве источника, c(m) - амплитуда напряжения, определяющая настройку анализатора на нужную массу m. Поле анализатора фокусирует частицы с определенной массой m в область кольцевой диафрагмы во внутреннем цилиндре, которая вырезает из всего пакета ионы в полосе масс Δm зависящей от ширины диафрагмы. Запись всего спектра масс осуществляется последовательным дискретным изменением амплитуды c(m) после регистрации коллектором нескольких (одного и более) пакетов ионов.Closest to the proposed one is an axially symmetric isotrajectory mass analyzer of ion packets [2]. The mass analyzer consists of a grounded internal cylindrical electrode, with a window cut out in it for the passage of particles and tightened by a fine-grained metal mesh, and an external cone-shaped deflecting electrode. An alternating potential V (t) = c (m) / t ² is applied to the external electrode, where t is the time of movement of ions simultaneously starting from a source located in a fieldless field, c (m) is the voltage amplitude determining the analyzer setting for the required mass m . The analyzer field focuses particles with a specific mass m into the region of the annular diaphragm in the inner cylinder, which cuts out ions in the mass band Δm depending on the diaphragm width from the entire packet. The entire mass spectrum is recorded by a sequential discrete change in the amplitude c (m) after the collector registers several (one or more) ion packets.

К недостатку прототипа относится невозможность проведения с его помощью анализа энергий ионов.The disadvantage of the prototype is the impossibility of using it to analyze ion energies.

При создании заявляемой полезной модели решается задача реализации энергоанализа и масс-анализа ионов с помощью светосильного устройства, обеспечивающего дисперсии ионов по энергиям и массам электрическими полями.When creating the inventive utility model, the problem of implementing energy analysis and mass analysis of ions is solved with the help of a fast-moving device that provides dispersions of ions over energies and masses by electric fields.

Сущность полезной модели заключается в том, что перед аксиально-симметричным изотраекторным масс-анализатором пакетов ионов, обладающим свойством угловой фокусировки, размещается аксиально-симметричный электростатический энергоанализатор непрерывных потоков с электрическим прерывателем ионных потоков, сфокусированных на выходе.The essence of the utility model lies in the fact that an axially symmetric electrostatic energy analyzer of continuous flows with an electric chopper of ion flows focused on the output is placed in front of the axially symmetric isotrajectory mass analyzer of ion packets with the angular focusing property.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого энерго- и масс-анализатора.Figure 1 shows a diagram of the proposed energy and mass analyzer.

Решение указанной задачи достигается тем, что аксиально-симметричный изотраекторный масс-анализатор пакета ионов содержит коаксиально размещенные внутренний цилиндрический 1 и внешний конусообразный 2 электроды, экранирующий электрод 3 коробчатого типа, электрически и механически связанный с внутренним цилиндрическим электродом 1; выполненную на боковой поверхности внутреннего цилиндрического электрода 1 и затянутую мелкоструктурной металлической сеткой входную кольцевую прорезь 4 (входное окно) для пролета пакета вторичных ионов 5, выходную кольцевую диафрагму 6, выполненную на боковой поверхности внутреннего цилиндрического электрода 1; приемник 7 ионов 5, блок развертки потенциала 8 по закону обратной пропорциональности квадрату времени движения пакета частиц, и обеспечивает угловую фокусировку пакета ионов 5 четвертого порядка вблизи центрального угла 42° и дисперсию по массам. При этом между исследуемым образцом 9 и входом изотраекторного масс-анализатора размещается аксиально-симметричный энергоанализатор типа цилиндрическое зеркало, содержащий коаксиально расположенные внешний 10 и внутренний 11 цилиндрические электроды, с выполненными во внутреннем цилиндрическом электроде 11 и затянутыми мелкоструктурной металлической сеткой прорезями 12 и 13 для пролета электронов, систему защиты от краевых эффектов, состоящую из изготовленных с высокой точностью чередующихся керамических и металлических корректирующих колец 14, промежуточную дырочную диафрагму 15; экранирующий электрод 16, электрически и механически связанный с внутренним цилиндрическим электродом 12 энергоанализатора и экранирующим электродом 3 масс-анализатора, электрический прерыватель 17 непрерывного ионного потока 18 отклоняющего или тормозящего действия за счет подаваемого с высоковольтного источника 19 импульса напряжения, блок 20 развертки потенциала, подключенный к цилиндрическим электродам 11 и 12 анализатора и через внешний делитель 21 напряжения к металлическим корректирующим кольцам 14 и обеспечивающий угловую фокусировку второго порядка вблизи центрального угла 42° и дисперсию по энергиям.The solution to this problem is achieved by the fact that the axially symmetric isotrajectory mass analyzer of the ion packet contains coaxially placed inner cylindrical 1 and outer cone-shaped 2 electrodes, a shield electrode 3 of the box type, electrically and mechanically connected to the inner cylindrical electrode 1; made on the side surface of the inner cylindrical electrode 1 and tightened by a fine-grained metal mesh input ring slot 4 (input window) for the passage of the package of secondary ions 5, the output ring diaphragm 6, made on the side surface of the inner cylindrical electrode 1; a receiver 5 of ions 5, a scan unit of potential 8 according to the law of inverse proportion to the square of the time of movement of the packet of particles, and provides angular focusing of the packet of ions of the fourth order near the central angle of 42 ° and dispersion by mass. In this case, between the test sample 9 and the input of the isotrajectory mass analyzer, an axially symmetric cylindrical mirror type energy analyzer is placed, containing cylindrical external 10 and internal 11 cylindrical electrodes, with cuts 12 and 13 for spans made in the inner cylindrical electrode 11 and tightened by a fine-grained metal mesh electrons, a system of protection against edge effects, consisting of alternating ceramic and metal correcting manufactured with high accuracy x rings 14, an intermediate aperture hole 15; a shielding electrode 16, electrically and mechanically connected to the inner cylindrical electrode 12 of the energy analyzer and the shielding electrode 3 of the mass analyzer, an electric chopper 17 of the continuous ion stream 18 of a deflecting or inhibitory effect due to a voltage pulse supplied from the high-voltage source 19, a potential sweep unit 20 connected to to the cylindrical electrodes 11 and 12 of the analyzer and through an external voltage divider 21 to the metal correction rings 14 and providing angular focuses second order near the central angle 42 ° and energy dispersion.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Исследуемый образец 9 облучается непрерывным потоком первичного излучения в результате чего образец 9 испускает непрерывный поток вторичных ионов 18, которые преодолев пространство свободного дрейфа за счет начальной энергии Е между образцом 9 и внутренним цилиндрическим электродом 11 цилиндрического зеркального энергоанализатора, через входное окно 12 во внутреннем цилиндрическом электроде 11, затянутое мелкоструктурной металлической сеткой, попадают в отклоняющее и фокусирующее электрическое поле, созданное положительными потенциалами на внешнем цилиндре 10 и корректирующих кольцах 14. Поток ионов 18, с энергией E, соответствующей энергии настройки энергоанализатора после выхода через окно 13 фокусируется в области промежуточной дырочной диафрагмы 15. С помощью электрического прерывателя 17 непрерывный поток 18 ионов преобразуется в последовательность пакетов 5 ионов, имеющих энергию E.The test sample 9 is irradiated with a continuous stream of primary radiation, as a result of which the sample 9 emits a continuous stream of secondary ions 18, which, having overcome the free drift space due to the initial energy E between the sample 9 and the inner cylindrical electrode 11 of the cylindrical mirror energy analyzer, through the input window 12 in the inner cylindrical electrode 11, drawn by a fine-grained metal mesh, fall into a deflecting and focusing electric field created by positive potential ami on the outer cylinder 10 and the correction rings 14. The ion flow 18, with an energy E corresponding to the energy setting of the energy analyzer after exit through the window 13 is focused in the region of the intermediate hole diaphragm 15. Using an electric chopper 17, the continuous stream of 18 ions is converted into a sequence of 5 ion packets having energy E.

Энергетический анализатор имеет полосовую функцию пропускания, т.е. на вход изотраекторного масс-аналиазтора попадают ионы, энергия которых лежит в определенной полосе ΔE. Изменением потенциала развертки V можно снять весь энергетический спектр ионов, испускаемых образцом 9.The energy analyzer has a band pass function, i.e. The input of the isotrajectory mass analyzer contains ions whose energy lies in a certain band ΔE. By changing the sweep potential V, one can take the entire energy spectrum of the ions emitted by sample 9.

Пакет 5 ионов, пройдя сквозь дырочную промежуточную диафрагму 17 и преодолев пространство свободного дрейфа за счет кинетической энергии Е между плоскостью промежуточной диафрагмы 15 и внутренним цилиндрическим электродом 1 масс-анализатора, через входное окно 4 во внутреннем цилиндрическом электроде 1, затянутое мелкоструктурной металлической сеткой, попадают в отклоняющее и фокусирующее электрическое поле, созданное положительным потенциалом V(t)=c(m)/t² внешнего конусообразного электрода 2, где t - время, отсчитываемое от момента окончания прерывания потока 18 вторичных ионов электрическим импульсом с блока питания 18 прерывателя 17, c(m)=c·m - амплитуда напряжения, определяющая настройку масс-анализатора на массу m, c - константа, зависящая от конкретного исполнения прибора. Сфокусированный пакет ионов 5 с массой m и энергией E, вследствие реализации в масс-анализаторе изотраекторного режима, проходит через выходную кольцевую диафрагму 6 и попадает на приемник 7 ионов.A packet of 5 ions, passing through a hole intermediate diaphragm 17 and breaking through the space of free drift due to kinetic energy E between the plane of the intermediate diaphragm 15 and the inner cylindrical electrode 1 of the mass analyzer, through the input window 4 in the inner cylindrical electrode 1, covered by a fine-grained metal mesh, a deflecting and focusing the electric field created by a positive potential V (t) = c (m ) / t ² the conical outer electrode 2, where t - time counted from the moment of completion 18 interrupts the flow of the secondary ions with electric pulse power supply 18, chopper 17, c (m) = c · m - amplitude of the voltage that determines the mass analyzer for mass setting m, c - constant depending on the particular device implementation. The focused ion packet 5 with mass m and energy E, due to the implementation of the isotrajectory mode in the mass analyzer, passes through the output annular diaphragm 6 and enters the ion receiver 7.

Изотраекторный масс-спектрометр имеет полосовую функцию пропускания, т.е. на вход приемника 7 попадают ионы, масса которых лежит в определенной полосе Δm. Дискретным изменением константы c(m), задающей в каждом акте регистрации отклоняющий потенциал V=c(m)/t², через интервал времени, превышающий время полета частиц от промежуточной диафрагмы 15 до приемника 7, можно снять весь массовый спектр ионов, испускаемых образцом 9.The isotrajectory mass spectrometer has a band pass function, i.e. at the input of the receiver 7 are ions whose mass lies in a certain band Δm. By a discrete change in the constant c (m), which sets the deflecting potential V = c (m) / t ² in each recording act, after a time interval exceeding the flight time of the particles from the intermediate diaphragm 15 to the receiver 7, the whole mass spectrum of ions emitted by the sample can be taken 9.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет провести исследование масс потоков вторичных и ионов и соответствующей каждой массе иона функцию распределения по энергиям; либо, наоборот, для каждой энергии иона построить функцию распределения по массам.Thus, the proposed utility model makes it possible to study the masses of secondary and ion flows and the energy distribution function corresponding to each ion mass; or, conversely, for each ion energy to construct a mass distribution function.

Внутренние цилиндрические электроды 1 и 11 системы и экранирующие электроды 3 и 16, а также образец 9 заземлены. Экранирующие электроды 3 и 16 выполняют роль электростатического экрана.The inner cylindrical electrodes 1 and 11 of the system and the shielding electrodes 3 and 16, as well as the sample 9 are grounded. The shielding electrodes 3 and 16 act as an electrostatic screen.

Энерго- и масс-анализатор обеспечивает разрешение по энергиям около 1% и разрешающую способность по массам порядка 500 при светосиле 10% от 2π.The energy and mass analyzer provides an energy resolution of about 1% and a mass resolution of about 500 at a speed of 10% of 2π.

Возможность осуществления полезной модели подтверждается следующим. При внешнем радиусе экранирующих электродов 3 и 16 равном 72.5 мм длина всего устройства составляет примерно 219 мм, радиус внутреннего цилиндрического электрода 11 энергонализатора составляет 25 мм, радиус внутреннего цилиндрического электрода 1 масс-анализатора составляет примерно 14 мм, радиус внешнего цилиндрического электрода 10 энергоанализатора составляет 62.5 мм, внешний радиус конусообразного электрода 2 масс-анализатора составляет около 70 мм, протяженность конусообразного электрода 2 вдоль оси симметрии 0z примерно равна 34 мм, угол наклона образующей сечения конуса электрода 2 к оси 0z приблизительно равен 45°, расстояние от ближней к образцу 9 кромки входного окна 12 энергоанализатора до образца 9 составляет примерно 22.5 мм, ширина входного окна 12 приблизительно равняется 13 мм, расстояние от ближней к образцу 9 кромки выходного окна 13 энергоанализатора до образца 9 составляет примерно 123 мм, ширина выходного окна 13 приблизительно равняется 13 мм, расстояние между образцом 9 и промежуточной диафрагмой 15 с радиусом отверстия не более 0.5 мм приблизительно равно 133 мм; внутренние радиусы трех пар корректирующих колец 14 составляют приблизительно 30 мм, 37 мм и 46 мм, их соответствующие протяженности в радиальном направлении примерно равны 5 мм, 7 мм и 9 мм, подаваемые на них потенциалы составляют приблизительно 0.25, 0.5 и 0.75 от потенциала V внешнего цилиндра, угол наклона образующей конуса ближних к входному окну 12 колец 14 примерно равен 55° по отношению к оси симметрии 0z, зазоры между смежными электродами энергоанализатора приблизительно равны 2.5 мм; протяженность внешнего цилиндра 10 вдоль оси симметрии 0z составляет около 99 мм, расстояние между образцом 9 и корректирующими кольцами 14 с перпендикулярным сечением к оси симметрии 0z примерно равно 142 мм, размеры и положение входного окна 4 масс-анализатора определяются углом зрения 36°-48° из осевой точки, расположенной в плоскости промежуточной диафрагмы 15; расстояние между ближним к образцу 9 краем выходной диафрагмы 6 масс-анализатора и плоскостью промежуточной диафрагмы 15 примерно равно 50 мм, ширина выходной диафрагмы 6 не превышает 0.5 мм, расстояние между плоскостью промежуточной диафрагмы 15 и ближней к образцу 9 вершиной конического сечения электрода 2 примерно составляет 37 мм, расстояние между ближайшими внутренними поверхностями экранирующих электродов 3 масс-анализатора и 16 энергоанализатора примерно равно 10 мм. Отношение энергии E настройки энергоанализатора к потенциалу V внешнего цилиндра 10 равно 1.429, задающая отклоняющий потенциал V(t)=c(m)/t² конического электрода 2 масс-анализатора функция c(m)=12.4m.The possibility of implementing a utility model is confirmed by the following. When the outer radius of the shielding electrodes 3 and 16 is 72.5 mm, the length of the entire device is about 219 mm, the radius of the inner cylindrical electrode 11 of the energy analyzer is 25 mm, the radius of the inner cylindrical electrode 1 of the mass analyzer is about 14 mm, the radius of the outer cylindrical electrode 10 of the energy analyzer is 62.5 mm, the outer radius of the cone-shaped electrode 2 of the mass analyzer is about 70 mm, the length of the cone-shaped electrode 2 along the axis of symmetry 0z is approximately 34 mm, the angle of inclination it forms a cross section of the cone of the electrode 2 to the axis 0z approximately equal to 45 °, the distance from the edge nearest to the sample 9 of the input window 12 of the energy analyzer to sample 9 is approximately 22.5 mm, the width of the input window 12 is approximately 13 mm, the distance from the edge adjacent to the sample 9 of the output the energy analyzer window 13 to sample 9 is approximately 123 mm, the width of the output window 13 is approximately 13 mm, the distance between the sample 9 and the intermediate diaphragm 15 with an opening radius of not more than 0.5 mm is approximately equal to 133 mm; the inner radii of the three pairs of adjustment rings 14 are approximately 30 mm, 37 mm and 46 mm, their respective radial lengths are approximately 5 mm, 7 mm and 9 mm, the potentials supplied to them are approximately 0.25, 0.5 and 0.75 of the potential V of the outer cylinder, the angle of inclination of the generatrix of the cone adjacent to the input window 12 of the rings 14 is approximately 55 ° with respect to the axis of symmetry 0z, the gaps between adjacent electrodes of the energy analyzer are approximately 2.5 mm; the length of the outer cylinder 10 along the axis of symmetry 0z is about 99 mm, the distance between the sample 9 and the correcting rings 14 with a perpendicular section to the axis of symmetry 0z is approximately 142 mm, the dimensions and position of the input window 4 of the mass analyzer are determined by the angle of view 36 ° -48 ° from an axial point located in the plane of the intermediate diaphragm 15; the distance between the edge of the exit diaphragm 6 of the mass analyzer closest to sample 9 and the plane of the intermediate diaphragm 15 is approximately 50 mm, the width of the exit diaphragm 6 does not exceed 0.5 mm, the distance between the plane of the intermediate diaphragm 15 and the vertex of the conical section of electrode 2 closest to sample 9 is approximately 37 mm, the distance between the nearest inner surfaces of the shielding electrodes 3 of the mass analyzer and 16 of the energy analyzer is approximately 10 mm. The ratio of the energy E of the energy analyzer setting to the potential V of the outer cylinder 10 is 1.429, which defines the deflecting potential V (t) = c (m) / t ^{2 of the} conical electrode 2 of the mass analyzer, the function c (m) = 12.4m.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Edgar G. Johnson and Alfred O. Nier. Angular Abrrations in Sector Shaped Electromagnetic Lenses for Focusing Beams of Charged Particles // Phys. Rev. - 1953. - V. 91. - Р. 10.1. Edgar G. Johnson and Alfred O. Nier. Angular Abrrations in Sector Shaped Electromagnetic Lenses for Focusing Beams of Charged Particles // Phys. Rev. - 1953. - V. 91. - R. 10.

2. Скунцев А.А., Трубицын А.А. Изотраекторный масс-спектрометр // Решение о выдаче патента на изобретение от 22.01.2013 г. с приоритетом от 26.12.2011 г. Заявка №2011152794/07(079509).2. Skuntsev A.A., Trubitsyn A.A. Isotrajectory mass spectrometer // Decision on the grant of a patent for an invention dated 01/22/2013 with priority dated 12/26/2011. Application No. 2011152794/07 (079509).

Claims

An axially symmetric isotrajectory mass analyzer of an ion packet containing coaxially placed inner cylindrical and outer cone-shaped electrodes, a box-type shielding electrode, electrically and mechanically connected to the inner cylindrical electrode; made on the side surface of the inner cylindrical electrode and tightened by a fine-grained metal mesh inlet ring slot (inlet window) for the passage of a packet of secondary ions, the output ring diaphragm made on the side surface of the inner cylindrical electrode; an ion detector, a potential scanner according to the law of inversely proportional to the square of the time of motion of the packet of particles, and provides angular focusing of the fourth-order packet of ions near the central angle of 42 ° and mass dispersion, characterized in that between the test sample and the input of the isotrajectory mass analyzer is placed axially a symmetric energy analyzer of the cylindrical mirror type, containing coaxially located external and internal cylindrical electrodes, with those made in the inner cylinder a black electrode and slots tightened by a fine-structured metal grid and for the passage of electrons, a system of protection against edge effects, consisting of alternating ceramic and metal correction rings made with high accuracy, an intermediate hole diaphragm; a shielding electrode, electrically and mechanically connected to the internal cylindrical electrode of the energy analyzer and the shielding electrode of the mass analyzer, an electric interrupter of the continuous ion flow of a deflecting or inhibitory effect due to a voltage pulse supplied from a high-voltage source, a potential scanner connected to the analyzer cylindrical electrodes and through an external divider voltage to the metal correction rings and providing second-order angular focusing near the central angle of 42 ° and energy dispersion.