Brevet FR2578358A1 — publié le 19860905

SPECTROGRAPHES DE MASSE A DEFLECTION MAGNETIQUE. De nouveaux spectrographes de masse à déflection magnétique ont été récemment décrits (demande de brevet n 840 33 22 du 2 MArs 1984). Dans ces dispositifs, une source ionique très longue injecte parallèlement à la surface des pièces polaires du circuit magnétique une nappe d'ions, pratiquement cofondue avec le plan médian du système. Tous les ions ayant le même nombre de masse décrivent des orbites circulaires de rayon égal. L'ensemble de ces orbites admet une enveloppe tangentielle commune, le long de laquelle la densité de ces ions est maximum et où ils sont collectés dans des conditions identiques. Ces systèmes ont, sur les spectros magnétiques existants, deux avantages essentiels: 1) La sensibilité d'un spectro est le produit de la densité ionique dans la source et du volume utile de la source. Ce volume est lui-même prportionnel à la longueur de la fente d'extraction des ions. Cette fente est ici parallèle (et non perpendiculaire) au plan des pièces polaires. Elle peut donc être très longue (tout comme la source ionique) sans augmenter l'entrefer du circuit magné tique. La sensibilité peut être ainsi beaucoup plus grande. 2) Toutes les trajectoires ioniques sont dans le plan médian de l'entrefer dont la hauteur peut être considérablement réduite. L'encombrement du circuit magnétique est aussi beaucoup plus faible. Remanquons que dans les dispositifs classiques, la fente d'extraction est perpendiculaire au plan des pièces polaires. Sa lon gueur, ainsi que le volume utile de la source ionique, ne peut être augmentée, même légèrement, qu'en donnant au circuit magnétique des dimensions exagérées. Les systèmes décrits dans la demande de brevêt précitée présentent la symmétrie de révolution. Les circuits magnétiques ont une forme en couronne. La présente invention complète la définition de la source,du collecteur et développe un cas particulier correspondant au choix d'une valeur infinie du rayon de la couronne. La géométrie est alors rectiligne et la réalisation du circuit magnétique est très simplifiée. L'invvention sera mieux comprise en se référant à un mode particu lier de réalisation, donné à titre d'exemple et illustré par le dessin annexé (fig. I). L'entrefer du cincuit magnétique a la fonme d'un parallépipède rectangle très allongé. La source ionique et la fente d'extraction sont parallèles à la plus grande dimension (dans le plan de la fig. II). La source baigne dans un champ magnétique faible obtenu par une dérivation du circuit principal. Les électrons émis par les filaments a sont accérérés par un potentiel d'environ 100 Volts entre a et @ . Ils décrivent dans la chambre d'ionisation des trajectoines hélicoidales et sont réfléchis par deux électrodes auxiliaires c portées à un potentiel légèrement négatif: la longueur des trajectoires peut ainsi être très grande. Un potentiel variable V d'extraction et d'accélération des ions est êtabli entre d et e . Ce potentiel pourrait pénétrer suffisament dans la chambre d'ionisation pour assurer l'extraction des ions. Ceux ci ne seraient donc pas formés dans une région strictement équipotentielle, d'où une certaine dispersion des vitesses initiales. On peut éliminer cet effet et améliorer la résolution par l'addition de deux grilles g et d'une électro de @de répulsion portée à un potentiel positif. Après injection dans l'entrefen du circuit magnétique, les ions de même nombre de masse n décrivent dans le plan médian des trajectoines cinculaires de même rayon R. On a ( e= charge du proton; m= masse du proton; B= induction) Pour une valeur convenable de V, toutes les trajectoines correspondant à des ions ayant même nombre de masse , auront leur tangente commune au niveau des électrodes rectilignes de déflexion h Les ions correspondants sont captés par la cage de Faraday p En faisant varier V, on peut capter successivement les ions de masses différentes. Pour conserver la valeur de V dans un intervalle raisonnable, on peut utiliser un système avec deux sources ioniques et deux collecteurs. Le premier collecteur (le plus rapproché de sa source) sélectionnera par exemple la masse de 10 à 1, et le deuxième, les masses de 100 à 10 pour une même tension V de balayage allant de 100 à 1000 volts. Enfin, le profil des pièces polaines peut être modifié comme schématisé sur la fig III .Le rayon de courbore des trajectoines est ainsi fortement augmenté au niveau du collecteur: la résolution est amélionée sans augmentation notable de l'encombrement. Par rapport aux spectrographes de masse existant, un tel système présente une sensibilité très supérieure et un encombrement beau coup plus faible. Il est donc tout naturellement destiné aux applications où une sensibilité élevée est requise avec un encombrement minimum. (analyse des gaz dans les systèmes à ultra vide, détection de l' hélium, contrôle des gaz dans les processus industriels etc...) REVENDICATIONS 1) Spectrographe de masse combinant l'action de champs magnétiques et électrostatiques, caractérisé par le fait que les éléments de la source d'ions et la fente d'extraction des ions sont parallèles à la surface des pièces polaires du circuit magnétique et ont une longueur pratiquement égale à celle de ces pièces polaires; par le fait que la source d'ions baigne également dans un champ magnétique créé par une dérivation du cincuit principal augmentant ainsi l'efficacité d'ionisation des électrons émis par les filaments chauffés; par le fait qu'une tension d'accélération variable injecte les ions dans le champ magnétique de sélection et que les trajectoines ioniques sont pratiquement conte nues dans dans le plan médian de l'entrefer; par le fait que pour une tension d'accélération et un nombre de masse donnés, toutes les trajectoines admettent une tangente commune et que, pour une valeur spécifique de la tension d'accélération, cette tangente est au niveau d'une électrode rectiligne de déflection qui renvoie les ions sur le collecteur. 2) Spectrographe de masse suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que la hauteur de l'entrefer est plus grande au niveau du collecteur, ce qui augmente le rayon de courbure des tra jectoines ioniques à ce niveau et amélione la résolution sans augmenten sensiblement les dimensions du système. 3) Spectrographe de masse suivant la revendication 1 ou 1 et 2, canactérisé par le fait qu'au moins deux collecteurs placés à des distances convenables de la source, sont utilisés et collectent respectivement les ions de nombre de masse allant de 1 à n, de n à n2, etc... pour une même gamme be balayage de la tension accélératrice.