Brevet FR2637736A1 — publié le 19900413

Nouveau spectrographe de masse magnétique La présente invention a pour but d'améliorer les performances des spectrographes de masse magnétiques (sensibilité, résolution. encombrement). Dans les appareils classiques les plus simples, la source d'ions et le Ir.séparateur baignent dans un même champ d'induction magnétique uniforme B Les ions, accélérés par une tension électrostatique V décrivent dans le séparateur des cercles de rayon où drn, e sont la masse et la charge de l'ion. La sélection se fait généralement après un parcours angulaire de 1800, qui ço.assure une focalisation satisfaisante des ions émis par la source à travers une fente d'extraction étroite. Les inconvénients de ce type de système, très largement utilisé en raison de sa simplicité, sont dus essentiellement à la source ionique. Pour permettre l'extraction des ions, le volume intérieur ne peut être s.équipotentiel; d'autre part, la nappe d'électrons ionisants émis par un filament chauffée et injectée dans la source, a nécessairement une épaisseur finie. II en résulte une dispersion de l'énergie initiale des ions qui limite la résolution. Enfin, l'extraction des ions à travers une fente mince limite la sensibilité. ZO.Dans la nouvelle invention (Fig. 1), les ions extraits de la source S sont accélérés par une faible chute de tension X et subissent une première sélection par une fente fs , après un parcours angulaire de 90" avec un rayon R, de faible valeur. Si la fente d'extraction au niveau de la source est étroite, on obtient ainsi au niveau de f" un faisceau ionique collimaté 2sde petite section et de faible énergie. Ce faisceau subit alors l'action d'une chute de potentiel V, beaucoup plus importante et décrit un nouvel arc de 900 avec un rayon R2 beaucoup plus grand. Cette deuxième accélération améliore encore la collimation du faisceau et permet une focalisation précise sur une fente étroite F2 masquant le collecteur c. La première partie du système (source, fente F1) constitue une source sélective fournissant un faisceau ionique de faible section, collimaté et de faible énergie e V 1 La deuxième partie F1, F2 constitue alors un sélecteur très efficace : un secteur à 900 permet une focalisation très fine d'un faisceau collimaté. Les abérrations sont dues essentiellement à la dispersion initiale d'énergie qui est proportionnelle à la première chute de potentiel V 1 Ce potentiel étant faible par rapport à la chute de potentiel totale V 1 + V 2 la dispersion est très réduite. Une variante intéressante consiste à utiliser une source ouverte plane. Les électrons ionisants sont injectés parallèlement au plan de la source et les ions sont ainsi formés par une surface équipotentielle. Le faisceau ionique est collimaté au départ. Comme dans le ler cas, les ions sont accélérés par une faible chute de tension V 1 et subissent une première sélection par une fente F1 après un parcours angulaire de 900. Dans cette situation le faisceau au niveau de F1 n'est plus collimaté mais focalisé : F1 peut donc être très étroite. Une deuxième accélération par une chute de tension v 2 beaucoup plus forte diminue l'ouverture du faisceau (collimation partielle) qui est refocalisé cette fois après un parcours angulaire de 1800, sur une fente F2 très étroite. Comme dans le premier cas, la dispersion d'énergie est très faible par rapport à la chute de potentiel totale. Avantageusement, le faisceau ionique à la sortie de la source traverse un ou plusieurs secteurs magnétiques à faces d'entrée et de sortie parallèles, avec à chaque fois une déviation légèrement inférieure à 90 . La largeur du faisceau est chaque fois diminuée par un facteur cos l. On peut encore améliorer les performances des deux types en utilisant des secteurs magnétiques séparés. Si par exemple, le trajet F1, F2 se fait dans une induction B2 double de B1 > est encore multiplié par un facteur 4, ce qui rend l'abberation chromatique négligeable. Dans le deuxième dispositf décrit (source ouverte plane) on peut aussi remplacer le 1er secteur à 90" par un ou deux secteurs rectangulaires séparés (fig 2). On peut ainsi focaliser le faisceau sans détériorer la collimation initiale. Si 0 Enfin remarquons que dans tous les cas, l'élimination des ions non sélectionnés dans le 1 er secteur, c'est à dire en début de parcours, améliore considérablement le rapport signal-bruit. Ce type d'appareil très sensible, simple, et de faible encombrement est destiné à l'analyse des gaz et au contrôle des processus industriels sous vide. Revendications I Spectrographe de masse magnétique caractérisé par le fait que les ions extraits de la source sont accélérés par une première chute de potentiel faible et subissent une première sélection par une fente E, , à faible distance de la source; par le fait qu'une deuxième accélération par une chute de potentiel V2 beaucoup plus grande à la sortie de f, , collimate le faisceau qui est enfin sélectionné par une deuxième fente f2, à une distance nettement plus grande de la source.L'aberration chromatique, proportionnelle à , est faible devant XeR 2 Spectrographe de masse suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que la source est munie d'une fente d'extraction étroite; par le fait que la 1ère sélection (fente t ) se fait après un parcours angulaire de 900 ; par le fait que la deuxième sélection (fente f, ) se fait également après un parcours angulaire de 90 3 Spectrographe de masse suivant la revendication I caractérisé par le fait que la source est plane et ouverte; par le fait que la 1ère fente de sélection placée à 90 de la source est étroite et que la sélection finale se fait après un nouveau parcours angulaire de 1800. 4 Spectrographe de masse suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que la source est ouverte et plane; par le fait que le faisceau ionique à la sortie de la source traverse 1 ou plusieurs secteurs magnétiques à faces d'entrée et de sortie parallèles, avec chaque fois une déviation légèrement inférieure à 90 . La largeur du faisceau est chaque fois dix nuée par un facteur Cas &alpha; 1 sans que le parallèlisme des trajectoires sc.+ affecté. On peut ans: focaliser le faisceau collimaté sur la 1 ère fente f@. 5. Spectrographe de masse suivant la revendication 1, 1 et 2 ou 1 et 3 ou 1 et 4 caractérisé par le fait que l'induction B1 dans la dernière partie du parcours des ions est nettement plus grande. Le potentiel V2 peut ainsi être très élevé par rapport à @1. Le rapport ##### qui donne une mesure de l'aberration chromatique est considérablement diminué.