RU2314594C1 - Transit-time method for metering charge and mass composition of plasma ions - Google Patents

Transit-time method for metering charge and mass composition of plasma ions Download PDF

Info

Publication number
RU2314594C1
RU2314594C1 RU2006128656/28A RU2006128656A RU2314594C1 RU 2314594 C1 RU2314594 C1 RU 2314594C1 RU 2006128656/28 A RU2006128656/28 A RU 2006128656/28A RU 2006128656 A RU2006128656 A RU 2006128656A RU 2314594 C1 RU2314594 C1 RU 2314594C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plasma
drift tube
ions
charge
mass
Prior art date
Application number
RU2006128656/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
бчиков Александр Ильич Р (RU)
Александр Ильич Рябчиков
бчиков Игорь Александрович Р (RU)
Игорь Александрович Рябчиков
Игорь Борисович Степанов (RU)
Игорь Борисович Степанов
Станислав Евгеньевич Еремин (RU)
Станислав Евгеньевич Еремин
Original Assignee
Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт ядерной физики"
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 Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт ядерной физики" filed Critical Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт ядерной физики"
Priority to RU2006128656/28A priority Critical patent/RU2314594C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2314594C1 publication Critical patent/RU2314594C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

FIELD: charged-particle spectrometry; metering plasma charge and mass composition.
SUBSTANCE: proposed method involves immersion of drift tube into plasma followed by acceleration of ions by applying negative-polarity voltage pulse across drift tube, pulse length being shorter than its transit time within drift tube carrying analyzed plasma accelerated ions at highest Z/Mi ratio, where Z is degree of ion charge in plasma; Mi is ion mass; this is followed by separating ions with respect to their mass, charge, and energy as they are conveyed through equipotential space of drift tube, as well as measurement of ion current pulse at drift tube outlet; then second measurement similar to first one is made but for different length of negative-polarity voltage pulse supplied to drift tube; charge and mass composition of plasma ions is evaluated by subtracting results of measuring ion current pulses at outlet of drift tube obtained at different lengths of negative-polarity voltage pulses.
EFFECT: enhanced resolving power and precision of evaluating charge and mass composition of plasma ions.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области спектрометрии заряженных частиц и может быть использовано для измерения зарядового и массового состава плазмы, в частности многокомпонентной, полученной различными способами.The invention relates to the field of spectrometry of charged particles and can be used to measure the charge and mass composition of the plasma, in particular multicomponent obtained in various ways.

Известен Времяпролетный способ измерения спектра ионов [1] путем экстракции из плазмы и ускорения ионов в ускоряющем промежутке, последующей транспортировки ионного пучка в трубе дрейфа для разделения его на отдельные сгустки в соответствии с зарядовым, массовым и энергетическим составом ионов и детектирования разделенных сгустков. Ускорение ионов осуществляют приложением импульса положительной полярности к узлу ввода плазменного потока в спектрометр и заземлением трубы дрейфа. В результате ускоряющий промежуток образован узлом ввода плазмы и входным торцом трубы дрейфа.Known time-of-flight method for measuring the spectrum of ions [1] by extraction from plasma and accelerating ions in the accelerating gap, subsequent transportation of the ion beam in the drift tube to separate it into individual bunches in accordance with the charge, mass and energy composition of ions and detecting separated bunches. The acceleration of ions is carried out by applying a pulse of positive polarity to the input site of the plasma flow into the spectrometer and grounding the drift pipe. As a result, the accelerating gap is formed by the plasma input unit and the input end of the drift tube.

Недостаток способа заключается в технической сложности его реализации. Длительность ионного пучка должна быть малой, обеспечивающей при полном ускоряющем напряжении разделение ионов по массе и зарядности в трубе дрейфа разумной длины (например, несколько метров). Таким образом, область применения способа ограничивается только ускорителями и источниками ионов наносекундной длительности. Способ не применяется для анализа спектра плазмы.The disadvantage of this method lies in the technical complexity of its implementation. The duration of the ion beam should be short, ensuring at full accelerating voltage the separation of ions by mass and charge in a drift tube of a reasonable length (for example, several meters). Thus, the scope of the method is limited only by accelerators and ion sources of nanosecond duration. The method is not used for plasma spectrum analysis.

Известен также времяпролетный способ измерения спектра ионов плазмы [2] путем ускорения ионов, их транспортировки в трубе дрейфа для разделения по массе, заряду и энергии с последующей регистрацией разделенных сгустков детектором ионов. Анализируемая свободная плазма или направленно движущийся поток плазмы непосредственно контактирует с входом трубы дрейфа. Ускорение ионов производится путем подачи на трубу дрейфа импульса напряжения отрицательной полярности длительностью, меньшей времени пролета в трубе дрейфа ускоренных ионов анализируемой плазмы с наибольшим соотношением Z/Mi, где Z - зарядность ионов в плазме, Mi - масса ионов. Импульсы ионного тока регистрируют детектором и определяют массовый и зарядовый состав ионов плазмы.There is also a known time-of-flight method for measuring the spectrum of plasma ions [2] by accelerating ions, transporting them in a drift tube for separation by mass, charge and energy, followed by registration of separated bunches by an ion detector. The analyzed free plasma or directionally moving plasma stream is in direct contact with the entrance of the drift tube. Ion acceleration is carried out by applying a negative voltage pulse to the drift tube with a duration shorter than the time of flight in the drift tube of accelerated ions of the analyzed plasma with the highest ratio Z / M i , where Z is the charge of ions in the plasma, M i is the mass of ions. Pulses of ion current are detected by a detector and the mass and charge composition of plasma ions is determined.

Данный способ выбран за прототип.This method is selected for the prototype.

Способ измерения спектра ионов зарядового и массового состава ионов плазмы, выбранный за прототип, имеет недостатки. При использовании данного способа для анализа многокомпонентной или многозарядной плазмы недостатком является то, что при прохождении ускоряющего зазора ионы приобретают различные энергии, при этом импульсы ионного тока, регистрируемые детектором, имеют сильно затянутый задний фронт и за счет этого полуширина импульсов ионного тока, соответствующих различным зарядностям и массам ионов, оказывается существенно больше длительности ускоряющего напряжения отрицательного смещения. Это объясняется тем, что при подаче на трубу дрейфа импульса отрицательной полярности происходит динамическое расширение ускоряющего промежутка, за счет этого ионы, проходя ускоряющий промежуток, приобретают не полную энергию. Поскольку расширение ускоряющего зазора процесс динамический, то скорость, приобретаемая ионами за время формирования ускоряющего промежутка, будет различной, и импульсы тока ионов с различным массовым и зарядовым состоянием, регистрируемые детектором, могут накладываться друг на друга. Полуширина отдельного импульса тока ионов с определенной зарядностью и массой может достигать нескольких микросекунд.The method of measuring the spectrum of ions of the charge and mass composition of plasma ions, selected for the prototype, has disadvantages. When using this method for the analysis of multicomponent or multiply charged plasma, the disadvantage is that when the accelerating gap passes, the ions acquire different energies, while the ion current pulses detected by the detector have a strongly extended trailing edge and, due to this, the half width of the ion current pulses corresponding to different charges and masses of ions, it turns out to be significantly longer than the duration of the accelerating voltage of negative bias. This is explained by the fact that when a negative polarity pulse is applied to the drift tube, the accelerating gap is dynamically expanded, due to this, the ions passing through the accelerating gap do not acquire full energy. Since the expansion of the accelerating gap is a dynamic process, the speed acquired by the ions during the formation of the accelerating gap will be different, and the current pulses of ions with different mass and charge states recorded by the detector can overlap each other. The half-width of an individual ion current pulse with a certain charge and mass can reach several microseconds.

Задачей предложенного изобретения является разработка способа, позволяющего повысить разрешающую способность и точность определения зарядового, массового состава ионов плазмы, создаваемой различными источниками, в частности плазмы непрерывной вакуумной дуги, обеспечить получение достоверной информации об элементном составе многокомпонентной плазмы.The objective of the proposed invention is to develop a method that allows to increase the resolution and accuracy of determining the charge, mass composition of plasma ions generated by various sources, in particular plasma continuous vacuum arc, to provide reliable information about the elemental composition of a multicomponent plasma.

Поставленная задача решается тем, что времяпролетный способ измерения зарядового и массового состава ионов плазмы, как и прототип, предусматривает погружение трубы дрейфа в плазму, последующее ускорение ионов за счет подачи на трубу дрейфа импульса напряжения отрицательной полярности длительностью, меньшей времени пролета в трубе дрейфа ускоренных ионов анализируемой плазмы с наибольшим соотношением Z/Mi, где Z - зарядность ионов в плазме, Mi - масса ионов, последующее разделение их по массе, заряду и энергии в процессе транспортировки в эквипотенциальном пространстве трубы дрейфа и измерение импульсов ионного тока на выходе трубы дрейфа. В отличие от прототипа в предлагаемом способе осуществляют второе измерение, аналогичное первому измерению, но при иной длительности импульса напряжения отрицательной полярности, подаваемого на трубу дрейфа, а зарядовый и массовый состав ионов плазмы определяют путем вычитания результатов измерения импульсов ионного тока на выходе трубы дрейфа, полученных при первом и втором измерениях.The problem is solved in that the time-of-flight method for measuring the charge and mass composition of plasma ions, like the prototype, involves immersing the drift tube in the plasma, subsequent ion acceleration by applying a negative voltage pulse to the drift tube of a duration shorter than the time of flight of the accelerated ions in the drift tube test plasma with the highest ratio of Z / M i, where Z - the charge of the ions in the plasma, M i - is the ion mass, subsequent separation of mass, charge and energy during transport in kvipotentsialnom drift tube space and measuring the ion current pulses at the output of the drift tube. Unlike the prototype, in the proposed method, a second measurement is carried out, similar to the first measurement, but with a different pulse duration of a voltage of negative polarity applied to the drift pipe, and the charge and mass composition of plasma ions is determined by subtracting the results of measurements of the ion current pulses at the output of the drift pipe in the first and second measurements.

Эффект повышения разрешающей способности и точности определения зарядового и массового состава способа измерения спектра ионов за счет вычитания ионных токов, полученных при первом и втором измерениях, основан на том, что при изменении длительности ускоряющего напряжения отрицательной полярности и сохранении других параметров системы низкоэнергетическая часть регистрируемых импульсов тока ионов повторяется. Это объясняется тем, что процесс формирования ускоряющего зазора при первом и втором измерениях протекает одинаково, при условии, что концентрация плазмы и амплитуда напряжения отрицательной полярности, подаваемые на трубу дрейфа, в первом и втором случаях остаются неизменными. Отличие результатов измерений для первого и второго случаев заключается в том, что при большей длительности импульса напряжения отрицательного смещения количество ионов, получивших более полную энергию, будет больше, чем для меньшей длительности импульса. Результат вычитания ионных токов при первом и втором измерениях дает импульсы, меньшие по длительности для различных компонент детектируемой плазмы, что повышает разрешающую способность данного способа.The effect of increasing the resolution and accuracy of determining the charge and mass composition of the method of measuring the ion spectrum by subtracting the ion currents obtained in the first and second measurements is based on the fact that when the duration of the accelerating voltage of negative polarity changes and other parameters of the system are retained, the low-energy part of the recorded current pulses ions repeated. This is because the process of forming an accelerating gap in the first and second measurements proceeds identically, provided that the plasma concentration and the amplitude of the negative polarity voltage supplied to the drift tube remain unchanged in the first and second cases. The difference between the measurement results for the first and second cases is that for a longer pulse duration of negative bias voltage, the number of ions that receive a more complete energy will be greater than for a shorter pulse duration. The result of subtracting ion currents in the first and second measurements gives pulses of shorter duration for various components of the detected plasma, which increases the resolution of this method.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых представлены осциллограммы импульсов тока ионов титана на выходе трубы дрейфа длиной 89 см, полученные при длительностях импульса (100÷1100 нс) напряжения отрицательной полярности амплитудой -0.5 кВ - Фиг.1; осциллограммы, полученные для титановой плазмы при использовании импульса напряжения отрицательной полярности амплитудой -2 кВ с длительностями 300 нс (1) и 325 нс (2) - Фиг.2; результат вычитания осциллограммы, полученной для импульса длительностью 300 нс, из осциллограммы, полученной для импульса длительностью 325 нс - Фиг.3.The invention is illustrated by drawings, which show the waveforms of the current pulses of titanium ions at the output of a drift pipe 89 cm long, obtained at pulse durations (100 ÷ 1100 ns) of negative polarity voltage with an amplitude of -0.5 kV - Figure 1; oscillograms obtained for a titanium plasma using a voltage pulse of negative polarity with an amplitude of -2 kV with a duration of 300 ns (1) and 325 ns (2) - Figure 2; the result of subtracting the waveform obtained for a pulse with a duration of 300 ns, from the waveform obtained for a pulse with a duration of 325 ns - Fig.3.

Измерение зарядового, массового состава плазмы осуществляют с помощью времяпролетного спектрометра [2] следующим образом. Анализируемая плазма контактирует с входом трубы дрейфа. Импульс напряжения отрицательной полярности подают на трубу дрейфа и между электродом, закрывающим вход трубы дрейфа, и заземленным электродом (или свободной плазмой), расположенным перед ним, формируется ускоряющий промежуток. Пересекая электрод на входе в трубу дрейфа, ускоренные ионы попадают в эквипотенциальное пространство трубы дрейфа, где движутся со скоростями, соответствующими их энергиям и равными сумме начальной и приобретенной при ускорении энергий. В процессе движения ионы группируются по скоростям. Длительность импульса напряжения отрицательной полярности выбирают таким образом, чтобы ионы, имеющие наибольшую скорость, пересекали зазор между электродом на выходе трубы дрейфа и детектором после окончания импульса потенциала смещения. Это обусловлено необходимостью исключить торможение ионов между трубой дрейфа и детектором, выполненным, например, в виде цилиндра Фарадея. Отображение и запись импульсов ионного тока, регистрируемых на выходе трубы дрейфа детектором, производят, например, осциллографом.Measurement of the charge, mass plasma composition is carried out using a time-of-flight spectrometer [2] as follows. The analyzed plasma is in contact with the inlet of the drift tube. A voltage pulse of negative polarity is supplied to the drift tube and an accelerating gap is formed between the electrode that closes the input of the drift tube and the grounded electrode (or free plasma) located in front of it. Crossing the electrode at the entrance to the drift tube, accelerated ions enter the equipotential space of the drift tube, where they move with velocities corresponding to their energies and equal to the sum of the initial and acquired energies. In the process of motion, ions are grouped by speed. The pulse width of the voltage of negative polarity is chosen so that the ions having the highest speed cross the gap between the electrode at the output of the drift tube and the detector after the end of the bias potential pulse. This is due to the need to exclude ion braking between the drift tube and the detector, made, for example, in the form of a Faraday cup. The display and recording of ion current pulses recorded at the output of the drift tube by the detector is performed, for example, by an oscilloscope.

Если спектрометр применяется для измерения зарядового и массового состава вакуумно-дуговой плазмы, отличающейся временной нестабильностью параметров, то для получения надежных результатов осуществляют статистический набор импульсов и количественные оценки делают по усредненным значениям амплитуды тока ионов.If the spectrometer is used to measure the charge and mass composition of a vacuum-arc plasma, which is characterized by temporary instability of the parameters, then to obtain reliable results, a statistical set of pulses is carried out and quantitative estimates are made from the average values of the amplitude of the ion current.

Затем производят аналогичное измерение, но при другой длительности импульса напряжения отрицательной полярности. При этом выбор длительности импульса отрицательного смещения для первого и второго измерений определяется опытным путем, поскольку формирование ускоряющего зазора зависит как от концентрации, амплитуды напряжения отрицательной полярности, так и от состава анализируемой плазмы.Then a similar measurement is made, but with a different pulse duration of a voltage of negative polarity. In this case, the choice of the negative bias pulse duration for the first and second measurements is determined empirically, since the formation of the accelerating gap depends on both the concentration, the amplitude of the negative polarity voltage, and the composition of the analyzed plasma.

На фиг.1 представлены осциллограммы импульсов тока ионов титана на выходе трубы дрейфа длиной 89 см, полученные при различных длительностях импульса (100÷1100 нс) напряжения отрицательной полярности амплитудой -0.5 кВ.Figure 1 shows the waveforms of the pulses of the current of titanium ions at the output of the drift pipe 89 cm long, obtained at various pulse durations (100 ÷ 1100 ns) of negative polarity voltage with an amplitude of -0.5 kV.

Исследование влияния длительности импульса на форму измеряемых на детекторе импульсов тока и соответственно на энергетический спектр ионов проводилось с использованием амплитуды потенциала смещения амплитудой - (0.5÷2) кВ и неизменности прочих параметров системы.The effect of the pulse duration on the shape of the current pulses measured at the detector and, accordingly, on the ion energy spectrum was studied using the amplitude of the displacement potential with an amplitude of (0.5–2) kV and the invariability of other system parameters.

Анализ данных показывает следующее: при коротких длительностях импульса (100÷200 нс) амплитуда пиков измеряемого ионного тока сравнительно невелика и максимумы пиков, соответствующие времени пересечения ионами пролетной базы, существенно сдвинуты вправо. Это означает, что ионы, проходя ускоряющий зазор, приобретают энергию, существенно меньшую, чем максимальная, определяемая произведением амплитуды ускоряющего напряжения и зарядности иона.An analysis of the data shows the following: for short pulse durations (100–200 ns), the peak amplitudes of the measured ion current are relatively small and the peak maxima corresponding to the time the ions cross the span base are substantially shifted to the right. This means that the ions, passing the accelerating gap, acquire energy that is significantly less than the maximum, determined by the product of the amplitude of the accelerating voltage and the charge of the ion.

Дальнейшее увеличение длительности импульса от 200 до 400 нс приводит к постепенному увеличению амплитуды сигнала всех пиков и существенно замедленному смещению максимума пика влево. С точки зрения физики процессов, происходящих в ускоряющем зазоре, это означает, что расширение зазора приближается к области насыщения. Данные, соответствующие длительности импульса 400 и 450 нс, говорят о том, что формирование зазора практически закончено и положение максимума пика не меняется. При дальнейшем увеличении длительности импульса наблюдается заметное уширение импульсов и даже смещение максимумов вправо. Это объясняется тем, что ионы, получившие в зазоре полное приращение энергии, равное произведению амплитуды ускоряющего напряжения на зарядность, попадают в трубу дрейфа на протяжении всего времени с момента стабилизации зазора и до окончания импульса. Соответственно, те из них, что попадают в зазор позже, попадают позже и на детектор, поскольку все они движутся с одинаковой (максимальной для данного ускоряющего напряжения) скоростью.A further increase in the pulse duration from 200 to 400 ns leads to a gradual increase in the signal amplitude of all peaks and a significantly slowed shift of the peak maximum to the left. From the point of view of the physics of the processes occurring in the accelerating gap, this means that the expansion of the gap approaches the saturation region. The data corresponding to the pulse durations of 400 and 450 ns indicate that the formation of the gap is almost complete and the position of the peak maximum does not change. With a further increase in the pulse duration, a noticeable broadening of the pulses and even a shift of the maxima to the right are observed. This is explained by the fact that ions that receive a complete increase in energy in the gap equal to the product of the amplitude of the accelerating voltage and the charge fall into the drift tube throughout the entire time from the moment of stabilization of the gap to the end of the pulse. Accordingly, those that fall into the gap later fall onto the detector later, since they all move at the same (maximum for a given accelerating voltage) speed.

Анализ представленных данных позволяет сделать вывод о нецелесообразности увеличения длительности импульса потенциала смещения сверх величины, определяющей момент пространственной стабилизации границы слоя разделения зарядов для данной плазмы. Для приведенных экспериментальных данных эта величина составляла 300÷500 нс.An analysis of the data presented allows us to conclude that it is inexpedient to increase the pulse duration of the bias potential beyond the value that determines the moment of spatial stabilization of the boundary of the charge separation layer for a given plasma. For the given experimental data, this value was 300–500 ns.

Определив опытным путем диапазон длительности импульса напряжения отрицательной полярности подаваемого на трубу дрейфа, при котором происходит пространственная стабилизация ускоряющего зазора (когда максимум пиков импульсов тока ионов уже не сдвигается во времени влево, а лишь возрастает по амплитуде), производят два измерения. Длительности импульсов для первого и второго измерений выбирают из полученного диапазона, при этом длительность импульса отрицательной полярности для второго измерения должна отличаться от длительности импульса первого измерения. Измеренные импульсы ионного тока на выходе трубы дрейфа для первого и второго случаев будут отличаться тем, что при большей длительности ускоряющего напряжения измеренные амплитуды импульсов ионного тока различных компонент будут больше, чем для меньшей длительности ускоряющего напряжения отрицательного смещения.Having experimentally determined the range of the pulse width of the voltage of negative polarity of the drift supplied to the pipe, at which the accelerating gap is spatially stabilized (when the maximum of the peak current pulses of the ions no longer moves to the left, but only increases in amplitude), two measurements are performed. The pulse durations for the first and second measurements are selected from the obtained range, while the pulse width of negative polarity for the second measurement should be different from the pulse width of the first measurement. The measured ion current pulses at the output of the drift tube for the first and second cases will differ in that for a longer duration of the accelerating voltage, the measured amplitudes of the ion current pulses of the various components will be greater than for a shorter duration of the accelerating voltage of negative bias.

Имея импульсы тока ионов, полученные при первом и втором измерениях, проводимых при разной длительности импульса напряжения отрицательной полярности, подаваемой на трубу дрейфа, производят их вычитание. При этом из полученных импульсов тока ионов, измеренных с большей длительностью импульса напряжения отрицательной полярности, вычитают импульсы ионного тока, измеренного при меньшей длительности импульса напряжения отрицательной полярности. И по полученным в результате вычитания импульсам ионного тока определяют массовый, зарядовый и элементный состав плазмы.Having pulses of ion current obtained during the first and second measurements carried out at different pulse durations of voltage of negative polarity applied to the drift tube, they are subtracted. In this case, the ion current pulses measured at a shorter duration of the negative polarity voltage pulse are subtracted from the obtained ion current pulses measured with a longer pulse duration of a voltage of negative polarity. And the ion mass current pulses obtained by subtraction determine the mass, charge and elemental composition of the plasma.

Выполнение данного способа иллюстрируется следующим примером.The implementation of this method is illustrated by the following example.

На фиг.2 представлены осциллограммы, полученные для титановой плазмы при использовании импульса напряжения отрицательной полярности амплитудой -2 кВ с длительностями 300 нс (1) и 325 нс (2).Figure 2 presents the waveforms obtained for titanium plasma using a voltage pulse of negative polarity with an amplitude of -2 kV with durations of 300 ns (1) and 325 ns (2).

Как следует из данных фиг.2, низкоэнергетичная часть спектра совпадает для осциллограмм, полученных с использованием импульсов различной длительности. Это означает, что динамический процесс расширения слоя разделения зарядов и формирования ускоряющего зазора для импульсов различной длительности протекает одинаково. Это позволяет выделить часть спектра, относящуюся к определенному интервалу времени в течение импульса напряжения отрицательной полярности, находя разность осциллограмм, полученных при длительностях импульса, соответствующих верхней и нижней границам исследуемого временного интервала.As follows from the data of figure 2, the low-energy part of the spectrum coincides for the oscillograms obtained using pulses of different durations. This means that the dynamic process of expansion of the charge separation layer and the formation of an accelerating gap for pulses of different durations proceeds identically. This makes it possible to isolate the part of the spectrum related to a certain time interval during a voltage pulse of negative polarity, finding the difference of the waveforms obtained at pulse durations corresponding to the upper and lower boundaries of the studied time interval.

На фиг.3 представлен результат вычитания импульсов ионного тока, полученных при подаче напряжения отрицательной полярности длительностью 300 нс, из импульсов ионного тока, полученных при подаче на трубу дрейфа напряжения отрицательной полярности длительностью 325 нс. Как видно из представленных данных, ширина пиков измеренного тока существенно уменьшается и соответственно повышается разрешающая способность способа измерения.Figure 3 shows the result of subtracting the ion current pulses obtained by applying a negative polarity voltage of 300 ns duration from the ion current pulses obtained by applying a negative polarity voltage of 325 ns to the drift tube. As can be seen from the data presented, the peak width of the measured current is significantly reduced and, accordingly, the resolution of the measurement method increases.

Таким образом, применение данного способа позволяет существенно улучшить разрешение при измерениях зарядового и массового состояния ионов в плазме чистых металлов, газов, а также в плазме сложных по составу сплавов, смесей различных газов и др.Thus, the use of this method can significantly improve the resolution when measuring the charge and mass state of ions in the plasma of pure metals, gases, as well as in plasma of complex alloys, mixtures of various gases, etc.

Источники информацииInformation sources

1. S.P.Gorbunov, V.P.Krasov, I.A.Krinberg, V.L.Paperny. Source of metal ions with a variable velocity./6th, International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. 23-28 September 2002, Tomsk, Russia, p 67-70.1. SP Gorbunov, VPKrasov, IAKrinberg, VLPaperny. Source of metal ions with a variable velocity ./6 th , International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. 23-28 September 2002, Tomsk, Russia, p 67-70.

2. Патент RU №2266587, МПК H01J 49/40.2. Patent RU No. 2266587, IPC H01J 49/40.

Claims (1)

Времяпролетный способ измерения зарядового и массового составов ионов плазмы путем погружения трубы дрейфа в плазму, последующего ускорения ионов за счет подачи на трубу дрейфа импульса напряжения отрицательной полярности длительностью, меньшей времени пролета в трубе дрейфа ускоренных ионов анализируемой плазмы, с наибольшим соотношением Z/Mi, где Z - зарядность ионов в плазме, Мi - масса ионов, последующего разделения их по массе, заряду и энергии в процессе транспортировки в эквипотенциальном пространстве трубы дрейфа и измерения импульсов ионного тока на выходе трубы дрейфа, отличающийся тем, что осуществляют второе измерение, аналогичное первому измерению, но при иной длительности импульса напряжения отрицательной полярности, подаваемого на трубу дрейфа, а зарядовый и массовый составы ионов плазмы определяют путем вычитания результатов измерения импульсов ионного тока на выходе трубы дрейфа, полученных при разных длительностях импульса напряжения отрицательной полярности.A time-of-flight method for measuring the charge and mass compositions of plasma ions by immersing the drift tube in the plasma, subsequent ion acceleration by applying a negative voltage pulse to the drift tube for a duration shorter than the time of flight of the accelerated ions of the analyzed plasma in the drift tube, with the highest Z / M i ratio, where Z is the charge of ions in the plasma, M i is the mass of ions, their subsequent separation by mass, charge and energy during transportation in the equipotential space of the drift tube and measuring imp of ion current pulses at the output of the drift tube, characterized in that a second measurement is carried out similar to the first measurement, but with a different pulse duration of a voltage of negative polarity supplied to the drift tube, and the charge and mass compositions of plasma ions are determined by subtracting the results of the measurement of ion current pulses on the output of the drift pipe obtained at different pulse durations of voltage of negative polarity.
RU2006128656/28A 2006-08-07 2006-08-07 Transit-time method for metering charge and mass composition of plasma ions RU2314594C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006128656/28A RU2314594C1 (en) 2006-08-07 2006-08-07 Transit-time method for metering charge and mass composition of plasma ions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006128656/28A RU2314594C1 (en) 2006-08-07 2006-08-07 Transit-time method for metering charge and mass composition of plasma ions

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2314594C1 true RU2314594C1 (en) 2008-01-10

Family

ID=39020282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006128656/28A RU2314594C1 (en) 2006-08-07 2006-08-07 Transit-time method for metering charge and mass composition of plasma ions

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2314594C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2497132C1 (en) * 2012-05-04 2013-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет приборостроения и информатики" Method to measure expansion velocity and element composition of gas plasma flow
RU2551119C1 (en) * 2013-11-29 2015-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Time-of-flight ion spectrometer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2497132C1 (en) * 2012-05-04 2013-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет приборостроения и информатики" Method to measure expansion velocity and element composition of gas plasma flow
RU2551119C1 (en) * 2013-11-29 2015-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Time-of-flight ion spectrometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Davis et al. Time-resolved photoelectron imaging of the photodissociation of I 2−
JP6489240B2 (en) Orthogonal acceleration time-of-flight mass spectrometer
EP0919067B1 (en) Charged particle velocity analyser
US4912327A (en) Pulsed microfocused ion beams
JP2007509356A (en) Time-of-flight mass spectrometer with improved mass resolution and method of operation thereof
EP0452767B1 (en) Laser ionization sputtered neutral mass spectrometer
RU2314594C1 (en) Transit-time method for metering charge and mass composition of plasma ions
JPH076730A (en) Mass spectorometer for separating mass from others dependently on flight time thereof
JP4578613B2 (en) Q-pole mass spectrometer
RU2658293C1 (en) Time-of-flight plasma ion spectrometer
JP6608585B2 (en) Particle measuring method and apparatus
JP6006322B2 (en) Mass spectrometer and mass separator
JP6120389B2 (en) Dual rotating electric field mass spectrometer
US7388193B2 (en) Time-of-flight spectrometer with orthogonal pulsed ion detection
US7385188B2 (en) Linear electric field time-of-flight ion mass spectrometer
Nandi et al. Absolute cross sections for dissociative electron attachment to NF3
RU2551119C1 (en) Time-of-flight ion spectrometer
Toburen et al. Time‐of‐flight measurements of low‐energy electron energy distributions from ion–atom collisions
RU2266587C1 (en) Ion spectrum measurement process and transit-time ion spectrometer
JPS6355846A (en) Secondary neutral particle mass spectrometer
JP5553308B2 (en) Light element analyzer and analysis method
US20090194678A1 (en) Methods and devices for the mass-selective transport of ions
JP2942815B2 (en) Particle selection method and time-of-flight type selection type particle analyzer
Zajfman et al. Dynamics of stored ions in an electrostatic ion beam trap
Wood et al. Time‐of‐flight energy spectrometer for positive ions

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20110610

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160808