SU993362A1 - Масс-спектрометр - Google Patents

Description

(54) МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Изобретение относитс  к приборестроению дл  космических исследований и может быть использовано при изучении ионного состава межпланетной плазмы с различными значени ми отношений М/2 и Е/2 .

Известен масс-спектрометр дл  анализа солнечного ветра по массе и энергии, состо щий из двух ускор ющих пластин, масс-анализатора, включающего полюсники магнита и электростатический конденсатор,энергоанализа тора , выполненного в виде электростатического конденсатора с зазором, образованшлм участками концентрических .цилиндрических поверхностей его обкладок, имеющих ось симметрии, направленную перпендикул рно поверхност м полюсников магнита масс-анализатора , и приемника 1.

Чувствительность известного массспектрометра обеспечиваетс  расположением масс-анализатора перед энергоанализатором и использованием впер- вом из них конденсатора с зазором, образованным участками концентрических цилиндрических поверхностей его обкладок с осью симметрии, лежащей по направлению распространени  исследуемого потока частиц.

Однако соответствующа  указанной эффективности величина геометрического фактора ( 4,5 см -ср-эВ при разрешающей способности по М/2 . 10-15 недостаточна дл  проведени  анализа компонент малых концентраций в общем потоке частиц.

Наиболее близким к предлагаемому

10  вл етс  масс-спектрометр дл  анализа межпланетной плазмы, состо щий из ускор ющих пластин, энергоанализатора , выполненного в виде электрс статического конденсатора с зазором,

15 образованным участками концентрических цилиндрических поверхностей его обкладок с осью симметрии, перпендикул рной направлению распространени  исследуемого пучка, масс-анализато20 ра, состо щего из электростатическог конденсатора с зазором, образованным участками концентрических цилиндрических поверхностей его обкладок, ось симметрии которьлх параллельна

25 оси симметрии обкладок энергоанализатора и ограничивающих данный зазор в плоскост х, перпендикул рных оси симметрии обкладок электростатического конденсатора, полюсни

30 ков магнита 2.

Однако в.известном масс-спектрометре эффективность и соответствующий ей геометрическиф фактор с 0,5 эВ при разрешающей (Способности по M/ZrlO обеспечиваютс  5ольшой площадью входного окна, что 5 приводит к низкой разрешающей способности по М/2 из-за значительных аберраций и плохих дисперсионных свойств масс-анализатора. Это объ сн етс  тем, что в традиционной масс- Q спектрометрии дл  получени  требуемой разрешающей способности по М/2 энерго- и масс-анализаторы должны иметь малые размеры входного окна во взаимно-перпендикул рных направлени х , так как один из них ограничен рассто нием между обкладками энергоанализатора , а перпендикул рный ему величиной зазора между полюсниками магнита. Поэтому площадь входного окна здесь должна быть малой, 20

Повышение чувствительности, определ емое ростом геометрического фактора толька за счет увеличени  площади входного окна, приводит к существенному увеличению размеров и ве-25

са масс-спектрометра , что недопустимо в услови х космического эксперимента , или к ухудшению его разрешающей способности.

. ;. 30

Цель изобретени  - повышение чувствительности и увеличение разрешающей способности масс-спектрометра; предназначенного дл  космических исследований.. j5

Указанна  цель достигаетс  тем, что в масс-спектрометре, состо щем из последовательно расположенных .ускор ющих пластин, электростатического энергоанализатора, масс-анали- лп затора , содержащего- электростатический конденсатор и посто нный магнит, и приемника с выходной щелью, обкладки энергоанализатора выполнены в виде концентрических колец тороидаль- . ной форьи, полюсники магнита масс- анализатора выполнены в виде двух дисков, между которыми расположены параллельно им пластины электростатического конденсатора, а выходна  щель выполнена кольцевой и парал-50 лельна обкладкам электростатического конденсатора, при этом 1,400+0,005 ГЗ/Р 1,147±0,005 ; DgTp 1,197±0,005; 55 TJ/PO 1,236±0,005; 1,012+0,005; 1,336+0,005 о 75 75°30 при Го7,4 см, где Гд - радиус полюсников магнита; 60 Г-, - рассто ние от оси симмет- i рии прибора до центра кривизны обкладок; Гп ,Га - радиусы кривизны обкладок

энергоанализатора/ 5

DX, - рассто ние от плоскости

входного окна энергоанализатора до щели приемника, ОдlOj- рассто ние от плоскости вхного окна энергоанализатор до обкладок электростатического конденсатора. Применение такой конструкции позвол ет увеличить площадь входного окна благодар  тому, что величины зазоров энерго- и масс-анализаторов накладывают ограничени  только на один из размеров упом нутого окна, тогда как другой определ етс  габаритами прибора.

На фиг.1 представлен предлагаемый масс-спектрометр, разрез; на фиг.2 энерго- и масс-анализаторы в проекции , перпендикул рной направлению оси- Z-Z симметрии прибора; на фиг.З - аксонометрическа  проекци  энерго- и масс-анализаторов, разрез. На фиг.2 и 3 указаны также равновесные траектории зар женных частиц. Масс-спектрометр состоит из двух сетчатых ускор ющих пластин 1 и 2, перекрывающих входное окно энергоанализатора , состо щего из двух обкладок 3 и 4.-Далее следуют три обкладки 5-7 электростатического конденсатора «прозрачные дл  потока зар женных частиц, причем обкладка б имеет конусообразный экран, устран ющий вли ние обкладки 5 на область между выходом энергоанализатора и обкладкой 6, и полюсники 8 и 9 магнита , обращенные друг к другу поверхност ми и совмещенные с обкладками 6 и 7 - электростатического конденсатора . Приемник 10 размещен перед обкладкой 5 и служит дл  регистрации зар женных частиц, выход щих из кольцевого зазора этой обкладки.

В рабочем режиме ось симметрии Z-Z прибора совпадает с направлением распространени  исследуемого потока зар женных частиц, которые проход т сквозь ускор ющие пластины 1 и 2, обеспечивающие проведение анализа энергетического спектра этого потока в требуемом диапазонеэнергий, в кольцевое входное окно энергоанализатора , состо щего из обкладок 3 и 4 и формирующего величину энергетического и углового пропусканий. За энергоанализатором пучок зар женных частиц попадает в масс-анализатор , где на параболическую траекторию частиц г - r(Z) в промежутке между обкладками 6 и 7 и 6 и 5 накладываетс  круговое движение в области действии полюсников 8 и 9 магнита.

Claims (1)

1. Фокусирующие свойства энергои масс-анализаторов и дисперсионные свойства масс-анализатора позвол ют получить на обкладке 5 сфокусированный по углу и энергии спектр массг вых колец, одно из которых пропускаетс  кольцевой щелью данной обкладки и регистрируетс  приемником 10. Предлагаемый масс-спектрометр {предназначен дл  иаучени  ионного состава межпланетной плазмы в космических исследовани х. Применение указанной конструкции приводит к повышению эффективности прибора за счет увеличени  геометрического фактора в 100 раз при разрешающей способное-ти по M/Z , превышающей разрешающую способность известного прибора в три раза. ПредлагаегФ1й масс-спектрометр дает возможность улучшить также эффективность измерений в 10 раз по сравнению с известным. Формула изобретени  Масс-спектрометр, состо щий из последовательно расположенных ускор ющих пластин электростатического энергоанализатора, масс-анализатора, содержащего электростатический кон- денсатор и посто нный магнит, и приемника с выходной щелью, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности и разрешающей способности, обкладки энергоанализатора выполнены в виде концентрических колец тороидальной формыj nojDocHHKH магнита масс-анализатора выполнены в виде двух дисков, между которыми расположены паргшлельно им ко не кам ра 5 to ot . 15 при 30 sac VG Tra nie 35 (пр пластины электростатического денсатора, а выходна  щель выпола кольцевой и параллельна обкладэлектростатического конденсатопри этом ( /Го 1,400±0,005 ; Гэ/Го 1,147±0,005; ЁП/ГО I,i97±0,005) 1,,005) l,012tO,005i l-,336tO,005; 7Er-75 30 при Го /4 см, где Г(, - радиус полюсников магр - рассто ние от оси сим метрии прибора до цент ра кривизны обкладок; .Гз - радиусы кривизны обкла«1 док энергоанализатора/ D - рассто ние от плоскости входного окна энергоднали . затора до щели приемника; Dq |0з - рассто ний от плоскости входного окна энергоанализатора до обкладок электростатического конденсатора . Источники информации, н тые во внимание при экспертизе 1.Coplan M.A.et all. IEEE .Trantions on Qeoscience Electronics, -16, 3, 185, 1978. 2.bhetley.E.G. etall. IEEE nsact ions on Geoscience Electros , VGE -16. № 03, 266, 1978 ототип ).