Brevet FR2618603A1 — publié le 19890127

SOURCE IONIQUE AXIALE A HAUTE INTENSITE La présente invention à pour but de permettre la production de faisceaux ioniques fins intenses. L'intérêt de ces faisceaux, en spectromètrie de masse par exemple, est évident. Ils permettent l'introduction d'un courant ionique intense dans le sélecteur de masse, même à travers un diaphragme de faible ouverture isolant le sélecteur de la source. La pollution par les hydrocarbures est fortement diminuée. D'autre part, il est ainsi possible de maintenir un fort gradient de pression entre la source et le sélecteur et d'assurer un rendement optimum des deux fonctions : la sensibilité et la résolution peuvent être augmentées considérablement. D'autres applications (SIMS par exemple) requièrent aussi des faisceaux ioniques fins et intenses. Dans le nouveau système, la source est essentiellement constituée par un circuit magnétique C ayant la symétrie de révolution autour d'un axe. L'induction magnétique B, de quelques centaines de Gauss, est parallèle à l'axe. Un faisceau d'électrons pénètre axialement dans la source par un diaphragme étroit. Le dispositif permettant la production de faisceaux électroniques fins intenses a été décrit précédemment par le même inventeur (une nappe d'électrons émise par un filament chauffé est injectée dans le plan médian d'un circuit magnétique de profil convenable et en ressort sous forme de faisceau mince). L'induction B dans la source a une valeur suffisante pour confiner les électrons au voisinage de l'axe. Par contre le confinement des ions ne pourrait être obtenu que pour des valeurs impraticables de B. Ce confinement est ici obtenu de la façon suivante : une électrode cylindrique r entoure une autre électrode e de géométrie également cylindrique en forme de cage d'écureuil ; l'axe de symétrie de ces deux électrodes coïncide avec l'axe du système. Une différence de potentiel ajustable est appliquée entre r et e. Le champ radial E ainsi créé pénètre plus ou moins dans le volume interne de la cage e et confine, suivant la polarité appliquée, les ions positifs ou négatifs dans le voisinage de l'axe. Un léger gradient de potentiel suivant l'axe favorise l'extraction de ces ions à travers un diaphragme étroit en bout du système. Le dispositif réalise ainsi par l'action combinée de B et E, le confinement des électrons ionisants et des ions formés. (Dans le cas des ions positifs, le rôle du champ E de confinement des ions semble a priori nuisible au confinement des électrons. En fait, le calcul montre qu'avec les faibles valeurs de E qui sont nécessaires, le confinement électronique réalisé par l'action de B n'est pratiquement pas perturbé. Pour mieux faire comprendre l'invention, une réalisation particulière, donnée à titre d'exemple, est décrite ci-dessous (figure I et figure Il). Un filament f chauffé émet des électrons qui, accélérés par un potentiel ajustable pénétrent en nappe dans l'entrefer d'un petit circuit magnétique C, dans le plan médian de celui-ci. Ils en ressortent à 90 sous forme de faisceau rectiligne mince. Les électrons sont ensuite focalisés et retardés par la lentille électrostatique a et pénétrént axialement dans l'entrefer du circuit magnétique C qui constitue l'enceinte de la source ionique. Dans la source1 une électrode cylindrique r entoure une cage d'écureuil e. La source et ces deux électrodes sont coaxiales. Une différence de potentiel ajustable est appliquée entre r et e (Vt > Ve pour le confinement des ions positifs ou Vt L'action de B, prépondérante pour les électrons, est négligeable pour les ions qui sont confinés uniquement par l'action de E. Le système permet de confiner par simple commutation alternativement les ions positifs et négatifs au voisinage de l'axe. Les deux les du circuit magnétique C sont d'ailleurs isolés. Une légère différence de potentiel entre ces deux pôles favorise la dérive des ions d'un signe donné vers le diaphragme de sortie b d'où ils sont injectés dans le spectromètre de masse S par la lentille électrostatique 1. On remarquera que la source est isolée du système d'analyse S et du canon à électrons par des diaphragmes étroits. Un gradient de pression important peut ainsi exister entre la source et le système. REVENDICATION 1) Source d'ions constituée par un circuit magnétique C ayant la symétrie de révolution par rapport à un axe et où l'ionisation est assurée par un faisceau électronique mince, injecté dans la source suivant l'axe, parallèlement à l'induction B ; caractérisée par le fait que les électrons sont confinés par B au voisinage immédiat de l'axe ; caractérisée par le fait qu'à l'intérieur de la source règne un champ électrique radial E, créé par une électrode cylindrique r entourant une électrode en cage d'écureuil, ces deux électrodes admettant comme axe de symétrie, l'axe de la source et étant portées à des potentiels différents ; caractérisée par le fait que, suivant la polarité des électrodes r et e, les ions positifs ou négatifs sont confinés au voisinage de l'axe ; par le fait qu'un faible champ électrique axial est superposé au champ radial et entraine les ions vers le diaphragme de sortie, le champ axial étant créé par une différence de potentiel entre les piles du circuit C. 2) Source d'ions suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le faisceau électronique ionisant est formé par les électrons émis par un filament chauffé et injectés en nappe dans le plan médian de l'entrefer d'un circuit magnétique auxiliaire C, d'où ils ressortent à 900, s groupés en faisceau mince.