Brevet FR2040328A1 — publié le 19710122

/ 2040326 L'Invention eoaeerae w® sooree d'iess» munie d'une chambre d'ionisation dans laquelle, peur ionises? ua gsis/des électrons sont injectés sans utiliser un chasap Qagntjtique influençant les électronc ainsi que d'une électrode âiace^l&atiea,, ladite chaateo- emportant des 5 parois électriquement conductrices es forae de- gsills aiasi qu'une paroi électriquement conductrice qui est iaperaiSablo aux ioao ©t comporte une ouverture de sortie d'ions. ïïne telle source i5ioao est Gomme d© l'article "La sensibilité de la jauge à collecteur caché", pana dame la publication 10 "Le Tide», de juîllet/aout 1968, pages 240 â 244. Le dispositif décrit dans cet article set mie. sourca d3 ions qrni est mtilisâe c©j3H@ manomètre â ionisation. Pour employer 1© dispositif décrit cooae saraoaêtre à ioni= sation ou cessa# source d8i©nos on d©ltç dano les deux ©ssc gouToir dis~ poser d'un coursœt ds£ens d'intsssitif asssi 41@vâo su© p©ssifel®. Pour 15 utiliser lo dispositif cosssie soœee â8less9 il faut an «mtr© que dans le faisceau forme, les ions présentent sa faible écart énergétique. ïïne toile sasreo â0i©ng fonctionne eenaa© suit. Dans la ch&abr» dBi©ai3ati©a, dea £le©tr©ns sont injectés â l'aide d'un fila=» ment par sseapl®, placé â 18 ©stérienas? de la chante© ©t- s©" trompant â use 20 tension négatlv© par rapport â cette chante©» Le mouvement des électrons émis pas? se filament est aee Gs-3foi-nfeost â . 2. » ia5?©atim0 tsa© seœï'ss â9ioàs muais d®«a© ehc-otes 'û • ioaisstiea. «leso leçasile, pem? îeaioe:? se gas9 des élae^ 4© troao ses??; Laja&iôa œss iatiliser sa sfeaap r2Sgasft£qae îîàflaeseant leo 7015444 2 2040328 électrons, ainsi qu'une électrode d'accélération, ladite chambre comportant des parois électriquement conductrices en forme de grille ainsi qu'une paroi électriquement conductrice qui est imperméable aux ions et comporte une ouverture de sortie d'ions, est remarquable en ce que cette 5 source comporte une électrode d'extraction en forme de grille, couvrant l'ouverture de sortie d'ions et se trouvant à quelques dixièmes de millimètres de la paroi comportant l'ouverture de sortie d'ions, alors que pendant le fonctionnement de la source, cette électrode d'extraction est à une tension négative d'au maximum 5 Toits par rapport à ladite paroi. 10 L'invention repose sur l'idée que les électrons in jectés dans la chambre d'ionisation, ainsi que les ions formés par ionisation forment une charge d'espace dans la chambre d'ionisation. La charge d'espace totale est négative par l'excédent en électrons injectés. Si l'électrode d'extraction a le même potentiel que les paroi de la 15 chambre d'ionisation, ladite charge d'espace dans la chambre résulte en un champ de potentiel dans lequel, en tout point, le potentiel est inférieur â celui sur des parois de la chambre d'ionisation, alors qu'un point du champ situé approximativement au centre de la chambre, est au potentiel le plus bas, par exemple -2,5 Volts. Be ce fait, en tout point 20 de la chambre d'ionisation, l'entensité de champ est dirigée vers un point situé approximativement au centre, de sorte que les ions positifs sont continuellement soumis & rae force dirigée vers ce point. Les ions sont donc captés dans une fosse de potentiel, dans lequel ces ions ne peuvent atteindre que des points dont le potentiel n'est pas supérieur à 25 celui du point où ces ions sont formés. Conformément à l'invention, une électrode d'extraction en forme de grille, placée immédiatement devant une ouverture de sortie d'ions pratiquées dans ia paroi de la chambre â'ioaiaaiion, a une tension de par exemple -1 Voit. Il en résulte qu'à 11 enûx-oic de l'ouverture de sortis d'ions, le eLaap de potentiel a le 30 potentiel. ds IJélectrode d'extraction. ïïs 3e fait, à l'endroit de ladite ouver jure, la hauteur du bord ds la fosse cie potentiel correspond maintenant t ; 1,5 volt au lieu de 2,5 volts. Ceoi a eoEise conséquence que tous les lù'iîB qui dans la chambre à8 ionisation esat formés en un point dont le p&oe&tiel est compris entre -ï voit et 0 vel».; quittent la chambre 55 fi3îoEîs&tioE â travers 1*électrode d1sxteaetioa en forme de grille. Le fai8008B d8ioao serteat a donc «a tfeasrà énergétique d'au maximum 1 volt. En jsatiaue, 111 écart énergétique des ions âaas ia direction du faisceau sot ©lia©»© légèrement plus, faille v de. fai'% «pt# direction suivant la» >s isso t a© 3.2. vc'rv;:.*.-. ' .';j'ii0ï?a,ï£ss?so kcs aves - 0 le. mx'kv& y'i aaeélfes ;:ar 7P15kkk 3 2040328 1°électrode ad hoc. Une partie de l'écart énergétique n'influence donc que les vitesses d'ions latérales. En rendant lé potentiel de l'électrode d'extraction plus négatif, on petit extraire une plus grande partie des ions formés dans la chambre. Lorsque le potentiel de l'électrode 5 d'extraction est rendue plus négatif que la valeur de potentiel correspondant â la profondeur de la fosse de potentiel lorsque l'électrode d'extraction se trouve à tin potentiel de 0 volt, on peut extraire, en principe, tous les ions formés dans la chambre. Le rendeaent ainsi accru en ions va évidemment de pair avec un plus grand écart énergétique des 10 ions dans le faisceau. Conformément à l'invention il est avantageux lorsque les parois en forme de grille de la chambre d'ionisation sont entourées d'une électrode de réflexion. Sans le cas où cette électrode de réflexion est mise & une faible tension positive, par exemple 1 volt, par rapport v - 15 & la paroi de la chambre d'ionisation, les ions susceptibles de s'échapper à travers les mailles des parois en forme de grille sont réfléchis. L'emploi de cette grille réfléchissante permet donc d'utiliser des mailles plus grandes dans les parois en forme de grille de la chambre d'ionisation. 20 Une construction avantageux de la source d'ions con forme à l'invention est remarquable en ce qu'une grille écran est placée entre l'électrode d'extraction et l'électrode d'accélération. Par l'em-poi de cette grille écran, on évite que le champ électrique de l'électrode d'accélération puisse traverser les mailles de l'électrode d'extraction, 25 ce qui influencerait désavantageusement 1'éc&sti énergétique. La description suivante, en regard du dessin annexé, le tout donné â titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut 8tre réalisée. 30 d'ions conforme à l'invention. La fig. 2 illustre achématiquement la disposition des électrodes d'une source d'ions conforme â 11 inventions une grille écran étant placée entre l'électrode d'extraction et l'éleetrode d'accélération. La fig. 3 est un graphique sjontmat le courant d'ions 35 en fonction de la tension de l'électrode d'extraction*, La fige 4 est une eomp© loagituâî&als schématique d'une source d'ions conforme à l'invention, le filansnt de la source occupant «aae position différant de eell© illiaotrée sas la f1. La £lg„ 5 est tu&© comp®. schématique -40 d'uae source d8i©as ©©aforme â l'investies, im® cible $ewe bombardement 7015 444 4 2040328 d'ions étant placée dans la source. La fig. 6 est une coupe longitudinale d'une source â5ions conforme à l'invention, équipée d1me grille formant un écran excellent pour la chambre d'ionisation. 5 Sur la fig, 1 ç, rae enveloppe (20) entoure une chambre d'ionisation (1) formée par une grille spiralée (2) élaborée sur des fils d'appui (15), une grille (j) et une plaqas (4) aanie d'une ouverture d'ions (5)» Les grilles (2), (5) et la plaque (4) sont interconnectées électriquement. Une électrode cylindrique métallique de réflexion (6) en-10 toure la grille (2) et est, & une de §«s extr#sités, munie d'une grille (7) connectée électriquement â l'éleetrode (6). Entre une grille (9) et la grille (7) se trouve un filament (8)f ésaett&nt des électrons. Une grille (10), à mailles fines, racoori^e à électrode d'extraction (11), 3e trouve immédiatement devant 1'ouverture de sortie d'ions (5). 15 Une électrode d'accélération (12) comportant une grille (13) accélère les ions sortant â travers la grille (10). Les électrodes sont supportées par trois barres de verre (14)» dont deux seulement sont visibles sur la figure. Bans l'enveloppe (20), une sortie (21) permet d'établir un degré de vide. Le gaz à ioniser est introduit dans \ 20 la chambre d'ionisation (1) à travers une entrée (22) ainsi qu'à travers une ouverture (23) dans l'électrode (6). Le gaz peut également occuper le volume entier entouré de l'enveloppe (20), et atteindre la chambre d'ionisation à travers diverses ouvertures pratiquées dans le système d'électrodes. Les barres (14) sont solidaires d'une plaque terminale (24) 25 fixée â l'enveloppe (20) de façon & en rester amovible et présentant également des connexions (25) pour les électrodes. Lors du fonctionnement de la source d'ions, le filament a une tension négative comprise par exemple entre 50 et 150 Volts par rapport & la chcusbre d'ionisation (1) et émet des électrodes. A tra-30 vers la grille (3)» ces électrons sont injectés dans la chambre (1), tout en étant nantis d'énergie suffisante pour ioniser les molécules de gaz. Par rapport au filament (8), la grille (9) est à un potentiel négatif et dirigé vers la chambre (1) le f&isceai d'électrons émis. Par rapport â la yasji da la chambre (1), la grille 35 (10) d® l'électrode d'extraction (11) est â un faibla potentiel négatif ■3.9 pas axeœple 1 Volt, et extrait «ïec ie&r-r* ils csits chambre. Les ions sortants sont accélérés par l'éleelirsde aâ hoc (12).qui a «n potentiel eompria par ez 40 M grill® (13) de 1» chambre (1). 7015444 5 2040328 La fig. 2 illustre schématiquement la façon dont trne grille écran (30) peut être placée entre la grille (10) de l'électrode d'extraction et la grille (13) de l'éleetrode d'accélération. Le champ accélérateur de forte intensité existe alors entre les grilles (13) et 5 (30) et ne pénètre pratiquement pas à travers les Bailles de la grille (10) dans la chambre (1)« Suivant la tension de la grille (13)» la tension de la grille d'écran (JO) par rapport â la chambre (1) est par exemple comprise entre -50 Volts et -100 Volts. La fig. 3 est un diagramsae qui montre qu'en présence 10 de faibles tensions V de l'électrode d'extraction par rapport â la paroi de la chambre (1), l'intensité du courant d6ions _i augmente rapidement avec la tension. Four des tensions plus élevées, il se produit une saturation. Sur la fig. 3* la référence A indique un point de fonctionnement approprié pour des courants d'ions d'intensité suffisante à une tension 15 suffisamment faible et, partant, une faible écart énergétique. La fig. 4 montre schéuatiqueaent que le filament peut être placé d°uae autre façon. S-ax cette figure, le filament est constitué par le» parties (31) et (32)» placées des deux côtés de la chambre (1). Sans ce cas, l'électrode da réflexion doit également être en forme 20 de grille et est indiquée par la grille (36). ïïne grilla (39) se trouve à un potentiel négatif par rapport aux parties de filament (31) et (32), et dirige vers la ehasatee (1) les électrons émis. La fig. 5 sesire sehdsaa'fciqueaent uae source équipée d'une Cible (4©) pour benbar&eiaeat â8ions. 25 La fig. 6 ssatre une souïs® d'ions dans laquelle le filament est élaboré do la alternative, comme celui illustré but la fig. 4° Basa cette soure©, la "profondeur de pénétration du champ électrique deaee^lifeatiaa et âe réflésion dans la chambre d°ionisation est réduite du.fait eoaas matériau eo&stituaat les parois (52) et (53) de la 30 chambra d!i©sisati 7015444 6 2040328 (85) fui, de Manière étanche au vide, traversent le flasque de fixation -at de support (86). Il est avantageux lorsque, au cours du dégasage, les vieux filaments (68), (78) sont utilisés pour échauffer les parties métalliques de 1®appareil par bombardement d'électrons, sais lors de l'es» 3 ;>loi de la source d'ions, on n'utilise généralement qu'un seul filament par exemple le filament (68). On a placé aussi un écran conducteur (59)» dont au moins une partie (80) peut être constituée par un treillis conduc ieur pour permettre le libre passage des molécules de gaz dans l'appareil pendant le fonctionnement de la source, cet éeran est porté & une faible 10 tension de polarisation négative par rapport au filament (68). Ce faisant on obtient un champ électrique de réflexion & l'extérieur des parois (51) (52) de la chambre (51)» de sorte que les électrons traversant ces parois sont réfléchis et se traversent ensuite la chambre d'ionisation (51)» ce qui résulte en un meilleur effet d8ionisation des électrons. La source 15 représentée sur la fig. 6 est, sans enveloppe extérieure, fixée sur le flasque (86) pouvant être rendu solidaire d© l'appareillage devant être desservi. Four le reste, ce mode de réalisation correspond toutefois pratiquement au mode illustré en référence à la fig. 1. La source d • ioiis représentée- sur la fig. 1 a les di-20 siensioxa caractéristiques suivantes. La chambre {>} a une longueur de 2 cm, et un diamètre de 2 cm également. L'ouverture de sortie d'ions (5) a, un diamètre de 5 mm, alors que la distance aaisre la grille (10) et la -ylaqu© (4) est de 0,1 mm. Four une tension d® »ï Voit de la grille (10) aar rapport â la plaque (4)» l'intensité de eo^-aat du faisceau d'ions 25 sortant atteint alors 10Q^uâ, avec un écart énergétique de 0,6 eY. Pour "aie tension d'extraction accroissante, 15intensité du courant d'ions est jar exemple égale à 19 mà, avec usa écart £aexg-S\;ique de 1 ,0 eY,— 1 remarquer q«i!til exil t va plu^i^urs procédés pour en-gefidrer un faisceau d8électrons ioaisant, ainsi plusieurs façons de 30 placer le filseent. L-invsntioc. ceseex-ae terçe procédés. Une variante ■3si pas? exemple le montage d'usïs scws&a saâie-ae-ji.Te dans le voisinage île la cacsoe d'ione, conxee éaet&fflEë ise ps3etàtf«iSB fi dans la chambre (1) k rssuarqaei' ugslQEent an restant dans le 3&Ê2® -à© I9iïiveatl&n# on peut s-^a3.iec^ lfco :• (10), (13) et (30) de 35 'sçob qia9 alias ajasoeat sa affei d-3 ccï- 1s faisceau â9ions, poar j'btsnii- pga? esesapla «ai foiseese •Sslfctié' jp£' Â'&yona exastomerô .jarallSlca, 7015444 7 RE7EIDI C A S I 0 ï S 2040328 1. Source d'ions, munie d^une cha^b^e d 8ionisation dans laquelle, pour ioniser un gaz, ries élections sont injecté? sans utiliser un champ magnétique influençant les électrons, ainsi que d'une électrode d'accélération, ladite chambre comportant 5 des parois électriquement conductrices en forme de grille ainsi qu'une paroi électriquement conductrice qui est imperméable aux ions comporte une ouverture de sortie d'ions, caractérisée en ce que cette source comporte une électrode d'extraction en forme de grille couvrant 1'ouverture de sortie d'ions et se trouvant à 10 quelques dixièmes de millimètre de la paroi comportant l'ouverture de sortie d'ions, alors que pendant le fonctionnement de la source, cette électrode d'extraction est à u.ne tension négative d'au maximum 5 «.Volts par rapport à ladite paroi. 2. Source d?ions selon la revendication 1, caractérisée en 15 ce qu'une électrode de réflexion entoure les parois en forme de grille de la chambre d'ionisation, 3. Source d'ions selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'une grille'écran est placée entre l'électrod_e d'extraction et l'électrode d'accélération. 20 4. Appareil du genre spectromètre de masse, caractérisé en ce qu'il utilise une source d.'ions selon l'une d.es revendications 1 à 3.