RU2459310C2 - Method of analysing charged particles based on energy mass and apparatus for realising said method - Google Patents
Method of analysing charged particles based on energy mass and apparatus for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2459310C2 RU2459310C2 RU2010132785/07A RU2010132785A RU2459310C2 RU 2459310 C2 RU2459310 C2 RU 2459310C2 RU 2010132785/07 A RU2010132785/07 A RU 2010132785/07A RU 2010132785 A RU2010132785 A RU 2010132785A RU 2459310 C2 RU2459310 C2 RU 2459310C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- energy
- rozhansky
- mass
- wien filter
- yuz
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к способам и устройствам для анализа ионов по энергиям и массам с использованием электрических и магнитных полей и может быть использовано для определения элементного или изотопного состава, например, плазмы рабочего вещества и при изучении поверхностей твердых тел.The invention relates to methods and devices for analyzing ions by energy and mass using electric and magnetic fields and can be used to determine the elemental or isotopic composition, for example, the plasma of the working substance and in the study of the surfaces of solids.
Изобретение относится к перспективному направлению развития науки и технологий «Нанотехнологии и наноматериалы».The invention relates to a promising direction in the development of science and technology "Nanotechnology and nanomaterials".
Основными областями применения анализаторов заряженных частиц по энергиям и массам - энерго-масс-анализаторов - являются: изучение поверхности твердых тел, исследование структуры вещества и процессов взаимодействия при столкновениях частиц в газах и плазме, плазменные задачи геофизики и физики космического пространства.The main fields of application for energy and mass analyzers of charged particles — energy-mass analyzers — are the study of the surface of solids, the study of the structure of matter and interaction processes in particle collisions in gases and plasmas, and plasma problems in geophysics and space physics.
Известны способ анализа заряженных частиц по массам и устройство для его осуществления [Guenter F. Voss. Mass spectrometer and related ionizer and methods // Патент US 6815674. - МПК H01J 49/28. - Опубл. 09.11.2004].A known method of analysis of charged particles by mass and a device for its implementation [Guenter F. Voss. Mass spectrometer and related ionizer and methods // Patent US 6815674. - IPC H01J 49/28. - Publ. 11/09/2004].
Известный способ включает:The known method includes:
1) создание в рабочей области взаимно перпендикулярных электрического и магнитного полей, причем электрическое поле не обязательно является однородным;1) the creation in the work area of mutually perpendicular electric and magnetic fields, and the electric field is not necessarily homogeneous;
2) ионизацию рабочей (анализируемой) газовой пробы электронным ударом;2) ionization of the working (analyzed) gas sample by electron impact;
3) разделение ионизованных частиц в соответствии с отношением массы к заряду, благодаря движению в электрическом и магнитном полях, перпендикулярных друг другу;3) the separation of ionized particles in accordance with the ratio of mass to charge, due to movement in electric and magnetic fields perpendicular to each other;
4) регистрацию ионов на детекторе.4) registration of ions at the detector.
Признаками известного способа, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются:The signs of the known method, coinciding with the essential features of the proposed method are:
1) создание в рабочей области взаимно перпендикулярных электрического и магнитного полей;1) the creation in the work area of mutually perpendicular electric and magnetic fields;
2) разделение ионизованных частиц в соответствии с отношением массы к заряду, благодаря движению в электрическом и магнитном полях;2) the separation of ionized particles in accordance with the ratio of mass to charge, due to movement in electric and magnetic fields;
3) регистрацию ионов на детекторе.3) registration of ions at the detector.
Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:
1) невозможность анализа пучков заряженных частиц, имеющих начальный разброс по энергиям - в процессе анализа по массе (при заданной величине заряда иона) не предусмотрено выделение моноэнергетичного пучка частиц;1) the impossibility of analyzing beams of charged particles having an initial energy spread - during the analysis by mass (for a given value of the ion charge), a monoenergetic particle beam is not provided;
2) невозможность анализа пучков заряженных частиц, имеющих начальный разброс по углам, - отсутствие фокусировки.2) the impossibility of analyzing beams of charged particles having an initial spread in the corners - the lack of focusing.
Известно устройство масс-анализа [Guenter F. Voss. Mass spectrometer and related ionizer and methods // Патент US 6815674. - МПК H01J 49/28. - Опубл. 09.11.2004].A mass analysis device is known [Guenter F. Voss. Mass spectrometer and related ionizer and methods // Patent US 6815674. - IPC H01J 49/28. - Publ. 11/09/2004].
Устройство содержит:The device contains:
1) ионизатор;1) an ionizer;
2) плоские параллельные электроды для создания анализирующего электрического поля;2) flat parallel electrodes to create an analyzing electric field;
3) систему создания анализирующего магнитного поля, направление которого перпендикулярно направлению анализирующего электрического поля;3) a system for creating an analyzing magnetic field whose direction is perpendicular to the direction of the analyzing electric field;
4) детектор.4) detector.
Признаками известного устройства, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются:Signs of a known device that matches the essential features of the claimed device are:
1) параллельные электроды для создания анализирующего электрического поля;1) parallel electrodes to create an analyzing electric field;
2) система создания анализирующего магнитного поля, направление которого перпендикулярно направлению анализирующего электрического поля;2) a system for creating an analyzing magnetic field whose direction is perpendicular to the direction of the analyzing electric field;
3) детектор.3) detector.
Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:
1) устройство не обеспечивает возможность анализа пучков заряженных частиц, имеющих начальный разброс по энергиям;1) the device does not provide the ability to analyze beams of charged particles having an initial energy spread;
2) устройство не обеспечивает анализ пучков заряженных частиц, имеющих начальный разброс по углам, - в нем отсутствует пространственная фокусировка частиц;2) the device does not provide analysis of beams of charged particles having an initial spread in the corners - it does not have spatial focusing of particles;
3) в связи с отсутствием фокусировки устройство обладает низкой светосилой (чувствительностью).3) due to the lack of focusing, the device has a low aperture (sensitivity).
Известен способ и устройство для масс-анализа [Александров М.Л., Галль Л.Н., Савченко В.Д. Способ энергомасс-спектрального анализа состава веществ и устройство для его осуществления // Патент SU №1178257. - МПК Н01J 49/30. - Опубл. 27.01.1996].A known method and device for mass analysis [Aleksandrov M. L., Gall L.N., Savchenko V.D. The method of energy-mass spectral analysis of the composition of substances and a device for its implementation // Patent SU No. 1178257. - IPC H01J 49/30. - Publ. 01/27/1996].
Известный способ реализуется следующим образом:The known method is implemented as follows:
1) ионный пучок разлагают в спектр по энергии в поперечном относительно направления движения частиц электрическом поле электростатического анализатора;1) the ion beam is decomposed into the spectrum by energy in the transverse relative to the direction of motion of the particles electric field of the electrostatic analyzer;
2) на разложенный в спектр по энергиям ионный пучок воздействуют однородным поперечным относительно направления движения частиц магнитным полем магнитного анализатора;2) the ion beam expanded in the energy spectrum is affected by a uniform magnetic field of the magnetic analyzer that is transverse relative to the direction of motion of the particles;
3) детектирование пучка осуществляют пространственно протяженным детектором в двух взаимно перпендикулярных направлениях.3) beam detection is carried out by a spatially extended detector in two mutually perpendicular directions.
Признаками известного способа, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются:The signs of the known method, coinciding with the essential features of the proposed method are:
1) на ионный пучок воздействуют поперечным относительно направления движения частиц электрическим полем электростатического анализатора;1) the ion beam is transverse to the direction of particle motion by the electric field of the electrostatic analyzer;
2) на ионный пучок воздействуют поперечным относительно направления движения частиц и электрического поля электростатического анализатора магнитным полем магнитного анализатора;2) the ion beam is transverse with respect to the direction of motion of the particles and the electric field of the electrostatic analyzer by the magnetic field of the magnetic analyzer;
3) осуществляют детектирование пучка на пространственно-протяженном детекторе в двух взаимно перпендикулярных направлениях.3) carry out the detection of the beam on a spatially extended detector in two mutually perpendicular directions.
Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:
1) небольшой диапазон энергий ΔW исходного пучка ионов; для анализирующих полей с цилиндрической симметрией (на основной траектории радиусом R) при энергии настройки, равной W, ΔW≈W(S2/R)<<W, где S2 - ширина выходной щели энергоанализатора;1) a small range of energies ΔW of the initial ion beam; for analyzing fields with cylindrical symmetry (on the main trajectory of radius R) with a tuning energy equal to W, ΔW≈W (S 2 / R) << W, where S 2 is the width of the exit slit of the energy analyzer;
2) увеличение ширины спектра по энергии исходного пучка ионов приводит к необходимости увеличения области создания однородного магнитного поля магнитного анализатора, что ведет к росту неоднородности магнитного поля на границе анализатора и его габаритов.2) an increase in the spectrum width with respect to the energy of the initial ion beam leads to the need to increase the area of creation of a uniform magnetic field of the magnetic analyzer, which leads to an increase in the heterogeneity of the magnetic field at the boundary of the analyzer and its dimensions.
Устройство по патенту [Александров М.Л., Галль Л.Н., Савченко В.Д. Способ энергомасс-спектрального анализа состава веществ и устройство для его осуществления // Патент SU №1178257. - МПК H01J 49/30. - Опубл. 27.01.1996] содержит последовательно расположенные источник ионов с фокусирующими линзами, электростатический тороидальный и магнитный с однородным полем анализаторы и пространственно-протяженный детектор частиц с устройством считывания информации.The device according to the patent [Aleksandrov M.L., Gall L.N., Savchenko V.D. The method of energy-mass spectral analysis of the composition of substances and a device for its implementation // Patent SU No. 1178257. - IPC H01J 49/30. - Publ. 01/27/1996] contains sequentially located ion source with focusing lenses, electrostatic toroidal and magnetic with a uniform field analyzers and a spatially extended particle detector with an information reader.
Признаками известного устройства, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются:Signs of a known device that matches the essential features of the claimed device are:
1) электростатический энергоанализатор;1) electrostatic energy analyzer;
2) магнитный анализатор;2) magnetic analyzer;
3) детектор с устройством считывания.3) a detector with a reader.
Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:
1) последовательное включение электростатического энергоанализатора и магнитного анализатора увеличивает габариты устройства и уменьшает его светосилу (чувствительность), в том числе, и из-за наличия электромагнитных полей рассеяния на границах анализаторов;1) the sequential inclusion of an electrostatic energy analyzer and a magnetic analyzer increases the dimensions of the device and reduces its aperture (sensitivity), including due to the presence of electromagnetic scattering fields at the boundaries of the analyzers;
2) наличие пространственно-протяженного детектора частиц усложняет систему считывания информации.2) the presence of a spatially extended particle detector complicates the information reading system.
Прототипом заявляемого способа и устройства является способ и устройство по патенту [Романюк Н.И., Папп Ф.Ф., Чернышова И.В., Шпеник О.Б. Способ анализа пучка заряженных частиц по энергиям и устройство для его осуществления (циклоидальный анализатор) // Патент SU №1756973. - МПК H01J 49/48. - Опубл. 23.08.1992].The prototype of the proposed method and device is the method and device according to the patent [Romaniuk N.I., Papp F.F., Chernyshova I.V., Shpenik O.B. A method for analyzing a beam of charged particles by energy and a device for its implementation (cycloidal analyzer) // Patent SU No. 1756973. - IPC H01J 49/48. - Publ. 08/23/1992].
Способ анализа по прототипу включает:The prototype analysis method includes:
1) создание поперечного (радиального) относительно направления движения пучка заряженных частиц электрического поля, эквипотенциальные поверхности которого являются цилиндрическими поверхностями;1) creating a transverse (radial) relative to the direction of motion of the beam of charged particles of the electric field, the equipotential surfaces of which are cylindrical surfaces;
2) создание однородного магнитного поля, поперечного относительно направления движения пучка заряженных частиц и направления электрического поля;2) the creation of a uniform magnetic field transverse relative to the direction of motion of the beam of charged particles and the direction of the electric field;
3) введение пучка заряженных частиц в область действия скрещенных радиального электрического и продольного (направленного вдоль цилиндрических пластин конденсатора, создающего электрическое поле) магнитного полей;3) the introduction of a beam of charged particles into the field of action of crossed radial electric and longitudinal (directed along the cylindrical plates of the capacitor, creating an electric field) magnetic fields;
4) разделение пучка заряженных частиц, имеющих заданную массу, по энергиям под действием скрещенных радиального электрического и продольного магнитного полей;4) separation of the beam of charged particles having a given mass, according to energy under the action of crossed radial electric and longitudinal magnetic fields;
5) регистрация частиц на детекторе, расположенном за выходной диафрагмой.5) registration of particles at a detector located behind the output diaphragm.
Признаками известного способа, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются:The signs of the known method, coinciding with the essential features of the proposed method are:
1) создание поперечного (радиального) относительно направления движения пучка заряженных частиц электрического поля, эквипотенциальные поверхности которого являются цилиндрическими поверхностями;1) creating a transverse (radial) relative to the direction of motion of the beam of charged particles of the electric field, the equipotential surfaces of which are cylindrical surfaces;
2) создание магнитного поля, поперечного относительно направления движения пучка заряженных частиц и направления радиального электрического поля;2) the creation of a magnetic field transverse relative to the direction of motion of the beam of charged particles and the direction of the radial electric field;
3) введение пучка заряженных частиц в область действия скрещенных радиального электрического и магнитного полей;3) the introduction of a beam of charged particles in the field of action of crossed radial electric and magnetic fields;
4) регистрация частиц на детекторе, расположенном за выходной диафрагмой. Недостатками способа по прототипу являются:4) registration of particles at a detector located behind the output diaphragm. The disadvantages of the prototype method are:
1) невозможность анализа по энергиям пучков заряженных частиц разных масс;1) the impossibility of analyzing the energies of beams of charged particles of different masses;
2) невозможность анализа по массам пучков частиц, имеющих различные энергии.2) the impossibility of analysis by mass of particle beams having different energies.
Устройство по прототипу [Романюк Н.И., Папп Ф.Ф., Чернышова И.В., Шпеник О.Б. Способ анализа пучка заряженных частиц по энергиям и устройство для его осуществления (циклоидальный анализатор) // Патент SU №1756973. - МПК H01J 49/48. - Опубл. 23.08.1992] включает:The device according to the prototype [Romaniuk N.I., Papp F.F., Chernyshova I.V., Shpenik O.B. A method for analyzing a beam of charged particles by energy and a device for its implementation (cycloidal analyzer) // Patent SU No. 1756973. - IPC H01J 49/48. - Publ. 08/23/1992] includes:
1) электроды для создания поперечного направлению движения пучка заряженных частиц электрического поля, которые выполнены в виде пары коаксиальных цилиндров;1) electrodes to create a transverse direction of the beam of charged particles of the electric field, which are made in the form of a pair of coaxial cylinders;
2) систему создания магнитного поля, выполненную так, что направление создаваемого ею однородного магнитного поля перпендикулярно как направлению движения пучка заряженных частиц, так и направлению электрического (радиального) поля - направлено вдоль цилиндрических электродов;2) a system for creating a magnetic field, made so that the direction of the uniform magnetic field created by it is perpendicular to both the direction of motion of the beam of charged particles and the direction of the electric (radial) field is directed along the cylindrical electrodes;
3) входную и выходную диафрагмы, расположенные в области между цилиндрическими электродами.3) input and output diaphragms located in the area between the cylindrical electrodes.
Признаками известного устройства, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются:Signs of a known device that matches the essential features of the claimed device are:
1) электроды для создания поперечного направлению движения пучка заряженных частиц электрического поля, которые выполнены в виде пары коаксиальных цилиндров;1) electrodes to create a transverse direction of the beam of charged particles of the electric field, which are made in the form of a pair of coaxial cylinders;
2) система создания магнитного поля, выполненная так, что направление создаваемого ею магнитного поля перпендикулярно направлению движения пучка заряженных частиц;2) a system for creating a magnetic field, made so that the direction of the magnetic field created by it is perpendicular to the direction of motion of the beam of charged particles;
3) входная и выходная диафрагмы, расположенные в области между цилиндрическими электродами.3) input and output diaphragms located in the area between the cylindrical electrodes.
Недостатком устройства по прототипу является отсутствие пространственной фокусировки пучка анализируемых заряженных частиц, что уменьшает светосилу (чувствительность) анализатора.The disadvantage of the prototype device is the lack of spatial focusing of the beam of the analyzed charged particles, which reduces the aperture (sensitivity) of the analyzer.
При создании способа анализа заряженных частиц по энергиям и массам и устройства для его осуществления, объединенных единым изобретательским замыслом, ставилась задача создать в результате такие способ и устройство, в которых остались бы все положительные качества способа и устройства по прототипу и была обеспечена возможность анализа потоков ионов как по массам, так и по энергиям, при анализе по массам - возможность работы с немоноэнергетичными пучками ионов, имеющими начальный угловой разброс по скоростям, увеличилась бы светосила прибора и уменьшились его габариты.When creating a method for the analysis of charged particles by energies and masses and a device for its implementation, united by a single inventive concept, the goal was to create such a method and device in which all the positive qualities of the prototype method and device would remain and it was possible to analyze ion fluxes both by mass and energy, when analyzing by mass — the ability to work with non-monoenergetic ion beams having an initial angular velocity spread would increase the aperture ratio ibor and its dimensions decreased.
Технический результат достигается тем, что в способе анализа заряженных частиц по энергиям и массам, включающем анализ по энергиям в электрическом поле цилиндрического конденсатора - энергоанализаторе Юза-Рожанского, анализ по массам в скрещенных электрическом и магнитном полях фильтра Вина, согласно изобретению анализ по энергиям и массам ведут в совмещенных радиальных электрическом поле энергоанализатоpa Юза-Рожанского и магнитном поле фильтра Вина и поперечном к ним продольном электрическом поле фильтра Вина, при этом угол поворота анализируемых ионов не равен π/20,5 (около 127°), как в известном энергоанализаторе Юза-Рожанского, а определяется условиями фокусировки заряженных частиц под действием новой совокупности трех электромагнитных полей.The technical result is achieved by the fact that in the method of analysis of charged particles by energy and mass, including energy analysis in the electric field of a cylindrical capacitor - Yuz-Rozhansky energy analyzer, mass analysis in crossed electric and magnetic fields of the Wien filter, according to the invention, energy and mass analysis lead in the combined radial electric field of the energy analyzer Yuz-Rozhansky and the magnetic field of the Wien filter and transverse to them longitudinal electric field of the Wien filter, while the angle of rotation analyzed ions is not π / 2 0.5 (about 127 °), as in the prior-Rozhansky Hughes energy analyzer and determined by the conditions of focusing the charged particles under the action of a new set of three magnetic fields.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для анализа заряженных частиц по энергиям и массам, содержащем энергоанализатор Юза-Рожанского и фильтр Вина, согласно изобретению фильтр Вина выполнен цилиндрическим, энергоанализатор Юза-Рожанского и фильтр Вина расположены так, что магнитные полюса фильтра Вина охватывают цилиндрические пластины энергоанализатора Юза-Рожанского, а пластины фильтра Вина, создающие электрическое поле, выполнены в виде плоских круглых электродов, размещенных по обе стороны относительно энергоанализатора Юза-Рожанского и магнитной системы фильтра Вина, при этом детектор ионов расположен в точке поворота траектории на уголThe technical result is achieved by the fact that in the device for the analysis of charged particles by energy and mass, containing the Yuz-Rozhansky energy analyzer and the Wien filter, according to the invention, the Wien filter is cylindrical, the Yuz-Rozhansky energy analyzer and the Wien filter are arranged so that the magnetic poles of the Wien filter cover cylindrical plates of the energy analyzer Yuza-Rozhansky, and plates of the Wine filter that create an electric field are made in the form of flat round electrodes placed on both sides relative to the energy the Hughes-Rozhansky analyzer and the Wien filter magnetic system, while the ion detector is located at the point of rotation of the trajectory by an angle
φ=π/ω,φ = π / ω,
где ω - параметр, определяющий угол, при котором целевые ионы фокусируются на равновесной траектории, 1/рад,where ω is the parameter that determines the angle at which the target ions are focused on the equilibrium path, 1 / rad,
а цилиндрические электроды выполнены с расстоянием между ними, равнымand cylindrical electrodes are made with a distance between them equal to
где γ - параметр, определяющий угол, при котором нецелевые ионы максимально уходят от равновесной траектории, 1/рад.where γ is the parameter that determines the angle at which non-target ions go as far as possible from the equilibrium trajectory, 1 / rad.
Преимуществами заявляемого энерго-масс-анализатора по сравнению с прототипом являются возможность анализа пучков ионов как по энергиям, так и массам и при анализе по массам - работа с немоноэнергетичными потоками заряженных частиц, имеющими начальный угловой разброс по скоростям, большая светосила энерго-масс-анализатора, которые обеспечены тем, что анализ по энергиям и массам ведут в совмещенных радиальных электрическом поле энергоанализатора Юза-Рожанского и магнитном поле фильтра Вина и поперечном к ним продольном электрическом поле фильтра Вина, фильтр Вина выполнен цилиндрическим, энергоанализатор Юза-Рожанского и фильтр Вина расположены так, что магнитные полюса фильтра Вина охватывают цилиндрические пластины энергоанализатора Юза-Рожанского, а пластины фильтра Вина, создающие электрическое поле, выполнены в виде плоских круглых электродов, размещенных по обе стороны относительно энергоанализатора Юза-Рожанского и магнитной системы фильтра Вина, при этом детектор ионов расположен в точке поворота траектории на уголThe advantages of the claimed energy mass analyzer compared to the prototype are the ability to analyze ion beams both in energy and mass and in mass analysis - work with non-monoenergetic flows of charged particles having an initial angular velocity dispersion, large aperture of the energy-mass analyzer which are ensured by the fact that the analysis of energies and masses is carried out in the combined radial electric field of the Yuz-Rozhansky energy analyzer and the magnetic field of the Wien filter and the longitudinal electric field transverse to them the Wine filter, the Wine filter is cylindrical, the Yuz-Rozhansky energy analyzer and the Wine filter are arranged so that the magnetic poles of the Wine filter cover the cylindrical plates of the Yuz-Rozhansky energy analyzer, and the Wine filter plates creating an electric field are made in the form of flat circular electrodes placed along both sides relative to the Hughes-Rozhansky energy analyzer and the Wien filter magnetic system, while the ion detector is located at the angle of the trajectory
φ=π/ω,φ = π / ω,
где ω - параметр, определяющий угол, при котором целевые ионы фокусируются на равновесной траектории, 1/рад,where ω is the parameter that determines the angle at which the target ions are focused on the equilibrium path, 1 / rad,
а цилиндрические электроды выполнены с расстоянием между ними, равнымand cylindrical electrodes are made with a distance between them equal to
где γ - параметр, определяющий угол, при котором нецелевые ионы максимально уходят от равновесной траектории, 1/рад.where γ is the parameter that determines the angle at which non-target ions go as far as possible from the equilibrium trajectory, 1 / rad.
Реализуемые заявляемым устройством новые функции, включающие его способность работать как в качестве энерго-, так и масс-анализатора, при работе в режиме масс-анализатора - диагностировать немоноэнергетичные пучки ионов, имеющие начальный угловой разброс по скоростям, позволяет рассматривать заявляемое устройство в новом качестве - энерго-масс-анализатора Вина-Юза-Рожанского.The new functions realized by the claimed device, including its ability to work both as an energy and mass analyzer, when operating in the mass analyzer mode, diagnose non-monoenergetic ion beams having an initial angular velocity dispersion, allow us to consider the claimed device in a new quality - energy-mass analyzer Wines-Hughes-Rozhansky.
Заявляемый способ анализа заряженных частиц по энергиям и массам и устройство для его осуществления поясняются чертежами, приведенным на фиг.1-4.The inventive method for the analysis of charged particles by energy and mass and the device for its implementation are illustrated by the drawings shown in figures 1-4.
На фиг.1 схематично изображено заявляемое устройство и даны обозначения анализирующих полей и геометрические элементы, необходимые при реализации способа: Е0 - напряженность электрического поля на равновесной траектории радиуса R; Вr=BR/r, Er=-E0R/r.Figure 1 schematically shows the inventive device and gives the designation of the analyzing fields and geometric elements necessary for the implementation of the method: E 0 - electric field strength on an equilibrium trajectory of radius R; In r = BR / r, E r = -E 0 R / r.
На фиг.2 показан вид сбоку (по стрелке А на фиг.1) заявляемого устройства.Figure 2 shows a side view (arrow A in figure 1) of the inventive device.
На фиг.3 показаны зависимости радиального отклонения траекторий ионов от величины азимутальной составляющей скорости. Принято . Начальный разброс скоростей отсутствует.Figure 3 shows the dependence of the radial deviation of the ion trajectories on the magnitude of the azimuthal velocity component. Accepted . There is no initial velocity spread.
На фиг.4 показаны зависимости радиального отклонения траектории ионов от величин начальных радиальной и Z-компоненты скоростей ионов при ε=E0/Ez0=1; E0, Ez0 - напряженности радиального и продольного анализирующих электрических полей. Принято .Figure 4 shows the dependence of the radial deviation of the ion trajectory on the values of the initial radial and Z-components of the ion velocities at ε = E 0 / E z0 = 1; E 0 , E z0 - the intensity of the radial and longitudinal analyzing electric fields. Accepted .
Устройство содержит (см. фиг.1, 2) входную диафрагму 1, аксиально-симметричную систему 2 создания радиального магнитного поля Br, два аксиально-симметричных цилиндрических электрода 3 для создания радиального электрического поля Er, два плоских электрода 4, предназначенных для создания однородного, направленного вдоль оси цилиндрических электродов (вдоль оси Z) электрического поля Ez, выходную диафрагму 5 и детектор пучка заряженных частиц 6.The device comprises (see FIGS. 1, 2) an
Ниже приведено краткое теоретическое обоснование возможности реализации способа и создания устройства по данной заявке.The following is a brief theoretical justification for the possibility of implementing the method and creating a device for this application.
Анализатор представляет собой комбинацию энергоанализатора Юза-Рожанского (ЮР) с радиальным анализирующим электрическим полем Е0 и фильтра Вина, «свернутого» в цилиндр, с радиальным магнитным полем Br, которое создано между пластинами энергоанализатора ЮР (образующими цилиндр) и продольным (вдоль цилиндрических пластин - вдоль оси Z) однородным электрическим полем Еz (см. фиг.1, 2); назовем его энерго-масс-анализатором Вина-Юза-Рожанского (ВЮР).The analyzer is a combination of a Hughes-Rozhansky energy analyzer (UR) with a radial analyzing electric field E 0 and a Wien filter “rolled” into a cylinder, with a radial magnetic field B r that is created between the plates of the UR energy analyzer (forming a cylinder) and longitudinal (along cylindrical plates — along the Z axis) with a uniform electric field E z (see Figs. 1, 2); let's call it the energy-mass analyzer of Wien-Hughes-Rozhansky (FYR).
Уравнения движения однозарядного иона в энерго-масс-анализаторе ВЮР в цилиндрической системе координат имеют вид:The equations of motion of a singly charged ion in the energy-mass analyzer of VUR in a cylindrical coordinate system have the form:
где m - масса заряженной частицы, е - заряд электрона, с - скорость света.where m is the mass of the charged particle, e is the electron charge, and c is the speed of light.
Найдем условия на параметры В, Ez, E0, при которых ион, входящий в область анализирующих полей в точке с радиусом R со скоростью Vφ0 при Vz0=Vr0=0, остается на траектории радиуса R и в дальнейшем при прохождении анализатора.Let us find the conditions on the parameters B, E z , E 0 under which the ion entering the region of the analyzing fields at a point with radius R with velocity V φ0 at V z0 = V r0 = 0 remains on the trajectory of radius R and further, when passing through the analyzer .
Из уравнения (1) следует, чтоFrom equation (1) it follows that
Напряженность радиального электрического поля E0, таким образом, определяет энергию заряженных частиц W0, движущихся по окружности радиуса R.The radial electric field strength E 0 thus determines the energy of charged particles W 0 moving along a circle of radius R.
Используя уравнение (3), зададим азимутальную скоростьUsing equation (3), we set the azimuthal velocity
такую, чтобы движение вдоль оси Z отсутствовало. Из уравнений (4) и (5) получается соотношение:such that there is no movement along the Z axis. From equations (4) and (5) we obtain the relation:
из которого видно, что при фиксированных E0 и В ионы различных масс будут оставаться на главной траектории (радиусом R), еслиwhich shows that for fixed E 0 and B, ions of different masses will remain on the main trajectory (radius R) if
Для позиционирования на главной траектории иона массой mi необходимо изменять Ez в соответствии с уравнением (7) - см. фиг.2.For positioning on the main trajectory of an ion of mass m i it is necessary to change E z in accordance with equation (7) - see figure 2.
В дальнейшем подробно будем рассматривать как до сих пор не реализованный в данной конфигурации электромагнитных полей и электродов, наиболее сложный - анализ по массам.In the future, we will consider in detail how until now not implemented in this configuration of electromagnetic fields and electrodes, the most complex is mass analysis.
Выберем ион массой m0, для которого, согласно (7), выбрано Еz0. Введем параметр ε=Е0/Еz0 и переменные χ=r/R, ξ=z/R, τ=ω0t, ω0=еВ0/(m0с) (ω0 - ларморовская частота). Запишем уравнения (1-3) в безразмерном виде для частицы массой m≠m0, имеющей энергию .We choose an ion of mass m 0 for which, according to (7), E z0 is chosen. We introduce the parameter ε = Е 0 / Е z0 and the variables χ = r / R, ξ = z / R, τ = ω 0 t, ω 0 = еВ 0 / (m 0 s) (ω 0 is the Larmor frequency). We write equations (1-3) in a dimensionless form for a particle of mass m ≠ m 0 that has energy .
Постоянная в уравнении (10) равна: при τ=0, для массы m и энергии W. Кроме того, The constant in equation (10) is equal to: at τ = 0, for mass m and energy W. In addition,
Тогда соотношение для энергий получается в виде:Then the ratio for the energies is obtained in the form:
Так как для m0, W0 из (8) следует, что при τ=0 производная то при условии {τ=0, m, W} получим, чтоSince for m 0 , W 0 it follows from (8) that for τ = 0 the derivative then under the condition {τ = 0, m, W} we get that
Тогда постоянная в (10) равна:Then the constant in (10) is equal to:
и из уравнения (10) получаем следующее соотношение: and from equation (10) we obtain the following relation:
Рассмотрим случай, когда отклонения W от W0 и m от m0 малы. Начальные разбросы по скоростям dχ/dτ и dξ/dτ в момент времени τ=0 также малы. Уравнения (8-10) в таком случае будут описывать траектории вблизи главной траектории:Consider the case when the deviations of W from W 0 and m from m 0 are small. The initial spreads in the velocities dχ / dτ and dξ / dτ at the time instant τ = 0 are also small. Equations (8-10) in this case will describe the trajectories near the main trajectory:
W=W0+δW, m=m0+δm,W = W 0 + δW, m = m 0 + δm,
χ=1+χ*. χ = 1 + χ *.
В момент τ=0 в первом порядке малости по , и производным dχ*/dτ, dξ/dτ из уравнений (8-12) получим:At the moment τ = 0 in the first order of smallness with respect to , and the derivatives dχ * / dτ, dξ / dτ from equations (8-12) we obtain:
Учитывая, что в первом порядке малостиGiven that in the first order of smallness
уравнения (13) и (14) записываем так: equations (13) and (14) are written as follows:
Начальные условия для уравнений (15), (16) имеют вид:The initial conditions for equations (15), (16) have the form:
χ*(0)=0, ξ(0)=0, χ * (0) = 0, ξ (0) = 0,
Систему (15-16) двух линейных уравнений второго порядка сведем к одному линейному уравнению четвертого порядка:The system (15-16) of two linear equations of the second order is reduced to one linear equation of the fourth order:
Начальные условия для уравнения (17) имеют вид:The initial conditions for equation (17) are of the form:
χ*(0)=0; χ * (0) = 0;
Введем функцию . Для нее получим однородное уравнение:We introduce the function . For her we get a homogeneous equation:
при ρ'(0)=U; at ρ '(0) = U;
Решим для (19) характеристическое уравнение:We solve for (19) the characteristic equation:
; . ; .
Общее решение уравнения (19) имеет вид:The general solution of equation (19) has the form:
ρ(φ)=C1eγφ+C2e-γφ+C3cos(ωφ)+C4sin(ωφ).ρ (φ) = C 1 e γφ + C 2 e -γφ + C 3 cos (ωφ) + C 4 sin (ωφ).
Постоянные интегрирования C1, C2, C3, С4 определим из начальных условий (20):The integration constants C 1 , C 2 , C 3 , C 4 are determined from the initial conditions (20):
С учетом данных результатов для траектории иона получаем следующее уравнение:Based on these results for the ion trajectory, we obtain the following equation:
Введем обозначения с учетом которых получим следующее выражение: We introduce the notation taking into account which we obtain the following expression:
Как видно из уравнения (21), ион пересекает траекторию радиусом R (около χ*=0) в случае, если b1=0 и b2=0, что может осуществиться (см. фиг.3) при определенных значениях величин δm/δW и U/V, а именно при и Возьмем частицы, которые удовлетворяют таким условиям. Тогда для их траекторий получим следующее уравнение:As can be seen from equation (21), the ion crosses a trajectory of radius R (about χ * = 0) if b 1 = 0 and b 2 = 0, which can happen (see Fig. 3) for certain values of δm / δW and U / V, namely when and We take particles that satisfy such conditions. Then for their trajectories we obtain the following equation:
При возвращение к χ*(φ)=0 (на радиус R) будет при В случае выбранные частицы сфокусируются при следующем значении угла:At a return to χ * (φ) = 0 (by radius R) will be for When the selected particles will focus with the following angle:
В точках фокусировки ионов с частицы с отходят от положения χ*(φ)=0 на максимальное расстояние, равное . Это означает, что приемник ионов в энерго-масс-анализаторе необходимо располагать в точке поворота траектории иона на угол φ1=π/ω, на котором целевые ионы с δm=δW=0 фокусируются, а ионы с δm≠0 максимально отходят от основной траектории χ*(φ)=0.At the focal points of ions with particles with deviate from the position χ * (φ) = 0 by a maximum distance equal to . This means that the ion receiver in the energy-mass analyzer must be placed at the turning point of the ion path at an angle φ 1 = π / ω, at which target ions with δm = δW = 0 are focused, and ions with δm ≠ 0 are maximally removed from the main trajectories χ * (φ) = 0.
Перейдем к случаю, когда b1≠0, но начальные поперечные скорости U и V, для упрощения расчетов, но демонстрации эффекта, равны нулю и, следовательно, b2=0. Для ионов с заданной их траектории определяются величиной δW/W. Пусть значение δW/W=-Аm. Различным δW/W соответствуют траектории двух классов. При δW/W<-Аm величина b1<0, и ионы, не возвращаясь к χ*=0, уходят при φ→∞ на -∞ по χ*. Однако при δW/W>-Аm величина b1>0, и ионы некоторое количество раз возвращаются к χ*=0, а при φ→∞ уходят на +∞ по χ*. Обязательно найдется такое значение δW/W, которое лежит в области , и при котором траектория иона с пройдет через χ*=0 при φ=φ1. Это означает, что в детектор будут попадать ионы и других, кроме m0, масс и для разделения ионов использование только сепарирующих возможностей данного набора электромагнитных полей недостаточно.We turn to the case when b 1 ≠ 0, but the initial transverse velocities U and V, to simplify the calculations, but to demonstrate the effect, are zero and, therefore, b 2 = 0. For ions with a given their trajectories are determined by δW / W. Let the value δW / W = -A m . Different δW / W correspond to the trajectories of two classes. For δW / W <-A m, the quantity b 1 <0, and the ions, not returning to χ * = 0, go as φ → ∞ to -∞ in χ *. However, for δW / W> -A m, the quantity b 1 > 0, and the ions return to χ * = 0 a number of times, and as φ → ∞ they go to + ∞ in χ *. There is sure to be a value of δW / W that lies in the region , and in which the trajectory of the ion with passes through χ * = 0 for φ = φ 1 . This means that ions of masses other than m 0 will fall into the detector, and for separating ions, using only the separating capabilities of this set of electromagnetic fields is not enough.
Для достижения поставленной цели привлечем прерывание траекторий нецелевых частиц на цилиндрических электродах анализатора (на стенках канала). Найдем условие, при котором ионы с массами, большими чем m0+δm (δm>0), попадают на стенки, не дойдя до плоскости детектирования частиц φ=φ1. Расположим проводящие цилиндрические поверхности, между которыми создается радиальное электрическое поле, на расстояниях и Рассмотрим такую траекторию иона при каком-то, пока неизвестном δW/W=-Аk, когда траектория лежит обязательно выше, чем Причем она касается при каком-то φ=φ0, то есть Кроме того, пусть данная траектория проходит через точку , φ=φ1. Тогда частицы с фиксированным значением вообще не попадут на фокусную плоскость φ=φ1. Действительно, при δW/W<-Ak ионы гибнут на поверхности a при δW/W>-Аk они идут выше критической траектории δW/W=-Ak и гибнут на поверхности . Ионы с массами, большими, чем выбранная масса m, также попадают на электроды.To achieve this goal, we will interrupt the trajectories of non-target particles on the cylindrical electrodes of the analyzer (on the channel walls). Let us find the condition under which ions with masses greater than m 0 + δm (δm> 0) hit the walls before reaching the particle detection plane φ = φ 1 . We arrange the conductive cylindrical surfaces between which a radial electric field is created, at distances and Let us consider such an ion trajectory for some, as yet unknown δW / W = -A k , when the trajectory lies necessarily higher than And it concerns for some φ = φ 0 , i.e. In addition, let this trajectory pass through a point , φ = φ 1 . Then particles with a fixed value generally do not fall on the focal plane φ = φ 1 . Indeed, for δW / W <-A k, the ions die on the surface a when δW / W> -A k they go above the critical trajectory δW / W = -A k and die on the surface . Ions with masses larger than the selected mass m also fall on the electrodes.
Таким образом, для фиксированного отношения надо определить критическую траекторию, для чего необходимо найти значения -Ak, χc и φ0. Для этого есть три уравнения:So for a fixed relationship it is necessary to determine the critical trajectory, for which it is necessary to find the values -A k , χ c and φ 0 . There are three equations for this:
χ*(φ=φ1)=χc;χ * (φ = φ 1 ) = χ c ;
χ*(φ=φ0)=-χC.χ * (φ = φ 0 ) = - χ C.
Запишем эти уравнения, используя (21), при U=V=0:We write these equations using (21) for U = V = 0:
Для решения системы (24-26) используем малость параметра γ/ω; при этом φ0<<1. Складывая (24) и (26), получаем:To solve system (24-26), we use the smallness of the parameter γ / ω ; with φ 0 << 1. Adding (24) and (26), we obtain:
Разлагая в уравнении (25) sin(ωφ0) и sinh(γφ0) до третьего порядка по φ0, получим:Expanding in equation (25) sin (ωφ 0 ) and sinh (γφ 0 ) to the third order in φ 0 , we obtain:
Из уравнения (27), в свою очередь, получаем:From equation (27), in turn, we obtain:
Подставляя (28) и (29) в уравнение (24), находим:Substituting (28) and (29) into equation (24), we find:
Траектории частиц, имеющих массы, меньшие m (δm<0), будут располагаться симметрично по отношению к траекториям ионов с массами, большими m (δm>0). Симметрия траекторий будет реализовываться относительно линии χ*(φ)=0. Поэтому формула (30), определяя величину |χc|, задает расстояние от χ*(φ)=0 до стенок канала, на которых гибнут ионы с массами, отличающимися от m0 на величину, большую чем |δm|. В результате, масс-анализ ионов в данном устройстве осуществляется и при наличии начального разброса по энергиям.The trajectories of particles with masses less than m (δm <0) will be located symmetrically with respect to the trajectories of ions with masses larger than m (δm> 0). The symmetry of the trajectories will be realized relative to the line χ * (φ) = 0. Therefore, formula (30), determining the quantity | χ c |, sets the distance from χ * (φ) = 0 to the channel walls, on which ions with masses differing from m 0 by an amount greater than | δm | die. As a result, mass analysis of ions in this device is also carried out in the presence of an initial energy spread.
Теперь учтем конечный начальный разброс по углу для анализируемого потока ионов. Рассмотрим случай, когда b2≠0, т.е. Обозначая через S=U(ω2-2)+2V/ε и решая уравнение (21), получаем, что в плоскости детектирования при φ1=π/ω к величине χ*(φ1) с b1=b2=0 добавляется величина Для того чтобы при наличии углового разброса у ионов исходного потока на детекторе не появлялись нецелевые частицы с массами m0+Δm, где |Δm| существенно превышало бы |δm|, необходимо выполнение условия:Now we take into account the final initial spread in the angle for the analyzed ion flux. Consider the case when b 2 ≠ 0, i.e. Denoting by S = U (ω 2 -2) + 2V / ε and solving equation (21), we find that in the detection plane for φ 1 = π / ω to χ * (φ 1 ) with b 1 = b 2 = 0 value is added In order to prevent the appearance of non-target particles with masses m 0 + Δm, where | Δm | would significantly exceed | δm |, it is necessary to fulfill the condition:
Используя то, что max|U|=max|V|=θ, где θ - максимальный угловой разброс анализируемого ионного потока, из (31) получим условие на допустимый угловой разброс:Using the fact that max | U | = max | V | = θ, where θ is the maximum angular spread of the analyzed ion flux, from (31) we obtain the condition for the permissible angular spread:
При ε=1 величины γ и ω примерно равны соответственно 0,75 и 1,9. Тогда условие (32) модифицируется:For ε = 1, the quantities γ and ω are approximately equal to 0.75 and 1.9, respectively. Then condition (32) is modified:
Таким образом, заявляемый энерго-масс-анализатор обеспечивает диагностику по массам как при определенном энергетическом, так и угловом разбросе у ионов анализируемого потока.Thus, the claimed energy-mass analyzer provides mass diagnostics for both a specific energy and angular dispersion of the ions of the analyzed stream.
Заявляемый способ реализуется следующим образом.The inventive method is implemented as follows.
Поток анализируемых ионов с некоторым набором масс, имеющих различные энергии, входит через входную диафрагму в точке с радиусом R при φ=0 в область энерго-масс-анализатора - в зону действия электрических полей: радиального Е0 и продольного Ez, магнитного поля В, направленного по радиусу. В отсутствие начального углового разброса ион, имеющий начальную скорость Vφ0, остается на траектории радиусом R, если он имеет энергию W0, задаваемую величиной напряженности радиального электрического поля , аналогично работе энергоанализатора Юза-Рожанского. Движение вдоль оси Z (уход из области выходной диафрагмы; непопадание на детектор) исключается совместным действием полей Ez и В, задающих величину скорости иона, проходящего на детектор, , так же, как работает классический фильтр Вина. Ион другой массы будет оставаться на центральной основной траектории (радиусом R), если напряженность электрического поля Еz, при фиксированных Е0 и В, выбрана равнойThe stream of analyzed ions with a certain set of masses with different energies enters through the input diaphragm at a point with radius R at φ = 0 into the region of the energy-mass analyzer - into the zone of action of electric fields: radial E 0 and longitudinal E z , magnetic field B directed along the radius. In the absence of an initial angular spread, an ion having an initial velocity V φ0 remains on a trajectory of radius R if it has an energy W 0 defined by the value of the radial electric field strength , similar to the work of the energy analyzer Yuz-Rozhansky. Movement along the Z axis (moving away from the area of the output diaphragm; missing the detector) is excluded by the combined action of the fields E z and B, which specify the velocity of the ion passing to the detector, , just like the classic Vin filter works. An ion of a different mass will remain on the central main trajectory (radius R) if the electric field strength E z , at fixed E 0 and B, is chosen equal to
Если отклонение массы m иона от значения m0 малы, как и начальные разбросы по скоростям U и V, то при определенных значениях величин δm/δW и U/V, когда , будет наблюдаться пространственная фокусировка частиц (см. фиг.3) после поворота иона в анализаторе на угол В случае частицы сфокусируются при значении угла, равном . В точках фокусировки ионов с частицы с отходят от равновесной траектории на максимальное расстояние, равное .If the deviation of the ion mass m from the value of m 0 is small, as well as the initial scatter in the velocities U and V, then for certain values of δm / δW and U / V, when , spatial focusing of particles will be observed (see Fig. 3) after the ion is rotated through an angle in the analyzer When particles will focus at an angle equal to . At the focal points of ions with particles with move away from the equilibrium trajectory to a maximum distance equal to .
Возможен случай при некотором значении δW/W, когда траектория иона с пройдет через точку фокусировки частиц с и в детектор будут попадать ионы и других, кроме m0, масс. Для исключения перемешивания ионов разных масс на детекторе в энерго-масс-анализаторе по данной заявке используется, аналогично классическому фильтру скоростей Вина, прерывание траекторий нецелевых частиц (с массами, отличающимися от m0 на величину, большую чем |δm|) на цилиндрических электродах анализатора, которые располагаются на расстоянии друг от друга, равном В результате, масс-анализ ионов в данном устройстве осуществляется и при наличии начального разброса по энергиям.A case is possible for some value of δW / W, when the ion trajectory with will go through the particle focal point with and ions other than m 0 , masses will fall into the detector. To exclude mixing of ions of different masses at the detector in the energy-mass analyzer, according to this application, interruption of the trajectories of non-target particles (with masses different from m 0 by an amount greater than | δm |) on the analyzer’s cylindrical electrodes is used which are located at a distance from each other equal to As a result, mass analysis of ions in this device is also carried out in the presence of an initial energy spread.
Если есть конечный начальный разброс потока анализируемых частиц по углу, нецелевые частицы не попадут на детектор, когда максимальный угловой разброс анализируемого ионного потока θ, например, для случая равенства напряженностей радиального и продольного электрических полей не превышает величину .If there is a finite initial dispersion of the flow of analyzed particles in angle, non-target particles will not get to the detector when the maximum angular spread of the analyzed ion flux θ, for example, for the case of equal radial and longitudinal electric fields, does not exceed .
Таким образом, заявляемый энерго-масс-анализатор обеспечивает диагностику по массам как при наличии у ионов анализируемого потока энергетического, так и углового разброса. Для потока ионов одной массы анализатор обеспечивает измерение распределения ионов по энергиям.Thus, the inventive energy-mass analyzer provides mass diagnostics both in the presence of ions of the analyzed flow of energy and angular dispersion. For an ion flux of one mass, the analyzer measures the energy distribution of ions.
Заявляемое устройство работает следующим образом.The inventive device operates as follows.
Анализируемый поток ионов входит в заявляемое устройство - анализатор Вина-Юза-Рожанского через входную диафрагму 1 (фиг.1, 2) в точке с координатами φ=0, r=R. На заряженные частицы начинают действовать неоднородное радиальное магнитное поле Вr цилиндрического фильтра Вина, которое создается с помощью системы создания магнитного поля 2, неоднородное радиальное электрическое поле Еr энергоанализатора Юза-Рожанского, которое создается с помощью двух цилиндрических электродов 3, и однородное электрическое поле Еz цилиндрического фильтра Вина, создаваемое системой электродов 4. В результате энерго-масс-анализа в выходную диафрагму 5 и на детектор (приемник ионов) 6 попадают ионы заданной массы и энергии. На фиг.3 и 4 приведены примеры расчетов траекторий ионов при изменении азимутальной составляющей скорости (фиг.3) и величины начальных радиальной и Z-компоненты скоростей ионов (фиг.4).The analyzed ion flux is included in the inventive device — the Vin-Yuz-Rozhansky analyzer through the input diaphragm 1 (Fig. 1, 2) at a point with coordinates φ = 0, r = R. An inhomogeneous radial magnetic field B r of the cylindrical Wien filter, which is created using the magnetic
Приемник ионов 6 расположен в точке поворота траектории целевого иона на угол φ=π/ω (ω, 1/рад), на котором данные ионы фокусируются, а ионы других масс максимально отходят от основной траектории. Цилиндрические электроды 3 анализатора выполнены с расстоянием между ними, равнымThe ion detector 6 is located at the turning point of the trajectory of the target ion at an angle φ = π / ω (ω, 1 / rad), on which these ions are focused, and ions of other masses move as far away from the main trajectory as possible. The
где γ, 1/рад - параметр, определяющий угол, при котором нецелевые ионы максимально уходят от равновесной траектории и гибнут на цилиндрических электродах; ω - параметр, определяющий угол, при котором целевые ионы фокусируются на равновесной траектории, - на котором располагается детектор.where γ, 1 / rad is a parameter that determines the angle at which non-target ions go as far as possible from the equilibrium path and die on cylindrical electrodes; ω is a parameter that determines the angle at which the target ions are focused on the equilibrium trajectory, at which the detector is located.
Claims (2)
φ=π/ω,
где ω - параметр, определяющий угол, при котором целевые ионы фокусируются на равновесной траектории, 1/рад,
а цилиндрические электроды энергоанализатора Юза-Рожанского располагают с расстоянием между ними, определяемым формулой
где γ - параметр, определяющий угол, при котором нецелевые ионы максимально уходят от равновесной траектории, 1/рад.1. The method of analysis of charged particles by energy and mass, including energy analysis in the electric field of a cylindrical capacitor — in the Yuz-Rozhansky energy analyzer, mass analysis in crossed electric and magnetic fields of the Wien filter, characterized in that the energy and mass analysis is carried out in the combined radial electric field of the Yuz-Rozhansky energy analyzer and the radial magnetic field of the Wien filter and the longitudinal electric field of the Wien filter transverse to them, while the ion detector is placed at the turning point trajectory at an angle
φ = π / ω,
where ω is the parameter that determines the angle at which the target ions are focused on the equilibrium path, 1 / rad,
and the cylindrical electrodes of the energy analyzer Yuz-Rozhansky have a distance between them, determined by the formula
where γ is the parameter that determines the angle at which non-target ions go as far as possible from the equilibrium trajectory, 1 / rad.
φ=π/ω,
где ω - параметр, определяющий угол, при котором целевые ионы фокусируются на равновесной траектории, 1/рад,
а цилиндрические электроды энергоанализатора Юза-Рожанского выполнены с расстоянием между ними, равным
где γ - параметр, определяющий угол, при котором нецелевые ионы максимально уходят от равновесной траектории, 1/рад. 2. A device for analyzing charged particles by energy and mass, comprising a Yuz-Rozhansky energy analyzer and a Wine filter, characterized in that the Wien filter is cylindrical, a Yuz-Rozhansky energy analyzer and a Wien filter so that the magnetic poles of the Wien filter cover the cylindrical electrodes of the Yuz energy analyzer Rozhansky, and the Wien filter plates that create the electric field are made in the form of flat round electrodes placed on both sides relative to the Yuz-Rozhansky energy analyzer and the magnetic system emy Wien filter, wherein the ion detector is positioned at the turning point of the trajectory at a corner
φ = π / ω,
where ω is the parameter determining the angle at which the target ions are focused on the equilibrium path, 1 / rad,
and the cylindrical electrodes of the Yuz-Rozhansky energy analyzer are made with a distance between them equal to
where γ is the parameter that determines the angle at which non-target ions go as far as possible from the equilibrium trajectory, 1 / rad.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010132785/07A RU2459310C2 (en) | 2010-08-04 | 2010-08-04 | Method of analysing charged particles based on energy mass and apparatus for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010132785/07A RU2459310C2 (en) | 2010-08-04 | 2010-08-04 | Method of analysing charged particles based on energy mass and apparatus for realising said method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010132785A RU2010132785A (en) | 2012-02-10 |
RU2459310C2 true RU2459310C2 (en) | 2012-08-20 |
Family
ID=45853272
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010132785/07A RU2459310C2 (en) | 2010-08-04 | 2010-08-04 | Method of analysing charged particles based on energy mass and apparatus for realising said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2459310C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2708637C1 (en) * | 2019-04-03 | 2019-12-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Method of analyzing ions by energy, mass and charge and device for its implementation |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1756973A1 (en) * | 1990-04-28 | 1992-08-23 | Ужгородское Отделение Института Ядерных Исследований Ан Усср | Method of analysing charged particles in energies and device for realization (cycloidal analyzer) |
SU1178257A1 (en) * | 1984-02-22 | 1996-01-27 | Институт Аналитического Приборостроения Научно-Технического Объединения Ан Ссср | Method and device for energy-mass-spectrum analysis of matter composition |
RU2190459C2 (en) * | 2000-12-07 | 2002-10-10 | Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова | Device for separation of charged particles by masses |
WO2003073462A1 (en) * | 2002-02-25 | 2003-09-04 | Monitor Instruments Company, Llc | Cycloidal mass spectrometer |
US6815674B1 (en) * | 2003-06-03 | 2004-11-09 | Monitor Instruments Company, Llc | Mass spectrometer and related ionizer and methods |
-
2010
- 2010-08-04 RU RU2010132785/07A patent/RU2459310C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1178257A1 (en) * | 1984-02-22 | 1996-01-27 | Институт Аналитического Приборостроения Научно-Технического Объединения Ан Ссср | Method and device for energy-mass-spectrum analysis of matter composition |
SU1756973A1 (en) * | 1990-04-28 | 1992-08-23 | Ужгородское Отделение Института Ядерных Исследований Ан Усср | Method of analysing charged particles in energies and device for realization (cycloidal analyzer) |
RU2190459C2 (en) * | 2000-12-07 | 2002-10-10 | Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова | Device for separation of charged particles by masses |
WO2003073462A1 (en) * | 2002-02-25 | 2003-09-04 | Monitor Instruments Company, Llc | Cycloidal mass spectrometer |
US6815674B1 (en) * | 2003-06-03 | 2004-11-09 | Monitor Instruments Company, Llc | Mass spectrometer and related ionizer and methods |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2708637C1 (en) * | 2019-04-03 | 2019-12-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Method of analyzing ions by energy, mass and charge and device for its implementation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010132785A (en) | 2012-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2019140233A1 (en) | Electrostatic linear ion trap design for charge detection mass spectrometry | |
CA2897902C (en) | Mass spectrometer with optimized magnetic shunt | |
JP2007280655A (en) | Mass spectrometer | |
CA2897899C (en) | Mass spectrometer with improved magnetic sector | |
JP2018514909A (en) | Apparatus for mass spectrometry of analytes by simultaneous positive and negative ionization | |
RU2459310C2 (en) | Method of analysing charged particles based on energy mass and apparatus for realising said method | |
JP6120389B2 (en) | Dual rotating electric field mass spectrometer | |
US10593535B2 (en) | Mass spectrometer | |
RU2431214C1 (en) | Method of analysing charged particles based on mass and device for realising said method | |
RU169336U1 (en) | ELECTROSTATIC CHARGED PARTICLE ENERGY ANALYZER | |
RU2468464C1 (en) | Method of separating ions of organic and bioorganic compounds based on ion mobility increment and transportation of said ions inside supersonic gas stream | |
RU2293396C1 (en) | Method and device for separating charged particles by their specific charge | |
RU2327246C2 (en) | Electrostatic energy analyser for parallel stream of charged particles | |
RU2294579C1 (en) | Analyzer of energies of charged particles | |
Yang et al. | Development and optimization a miniature Mattauch-Herzog mass analyzer | |
DK144898B (en) | IONOPTICAL APPARATUS FOR THE EXAMINATION OF A SAMPLE SURFACE ION PROTECTION AND ANALYSIS OF THE EMISSIONS OF THE PROTECTED SURFACE AREAS | |
RU2708637C1 (en) | Method of analyzing ions by energy, mass and charge and device for its implementation | |
RU2490749C1 (en) | Iso-trajectory mass spectrometer | |
RU2533383C1 (en) | Method of separating charged particles according to specific charge | |
RU148282U1 (en) | ENERGY ION FILTER | |
SU1191981A1 (en) | Ion microanalyzer | |
RU93581U1 (en) | MONOCHROMATOR FOR ELECTRONS WITH LOW ENERGY | |
SU175584A1 (en) | ANALYZER OF CHARGED PARTICLES BY KINETIC ENERGY | |
Shpenik et al. | A Coaxial Cylindrical Electrostatic Electronic Energy Analyzer (Spiratron) and Its Characteristics | |
RU136236U1 (en) | ENERGY-MASS-ANALYZER OF ION STREAMS |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150805 |