Brevet FR2647594A1 — publié le 19901130

SOURCE IONIQUE A TRES HAUTE INTENSITE Dans les sources ioniques classiques, le volume utile d'ionisation est proportionnel à la longueur très limitée du filament émetteur d'électrons ionisants. La présente invention propose une source à volume d'ionisation très grand, indépendant de la longueur du filament, ayant ainsi un rendement beaucoup plus élevé. La source (fig I et 11) est constituée essentiellement par une anode longue a et une grille b parallèle à a. L'anode a présente une section en : les parties horizontales a sont percées sur quasi toute leur longueur de deux fentes m en vis à vis. Enfin, une électrode c encadre complètement a. Le filament émetteur d'électrons f est tendu en vis à vis et parallèlement à m, à une extremité de celle ci et entre a et c. L'ensemble baigne dans une induction magnétique uniforme B, perpendiculaire au plan de a'. Un champ électrostatique E quasi uniforme et perpendiculaire à B est établi entre a et b. Le filament f est polarisé négativement par rapport à a et l'électrode c (repousseur d'électrons) est polarisé négativement par rapport à f. Les électrons émis par f et injectés entre a et b, parallèlement à B sont soumis à l'action d'un système de champs croisés E, B. La projection du mouvement dans un plan perpendiculaire à B est une cycloïde très serrée autour d'une ligne équipotentielle de E (mouvement circulaire combiné avec une dérive de vitesse v=- - dans B une direction perpendiculaire au plan E,B). En même temps, sous l'effet du champ répulsif entre a et c, ils oscillent dans un plan parallèle à 3, défini par les fentes m. Un ruban de charge d'espace électronique d'épaisseur très petite pratiquement égale à celle de f est ainsi établie en coïncidence avec une surface équipotentielle de E sur toute la longueur L de l'anode a. les ions formés et accélérés à travers la grille b sont donc quasi monocinétiques. Le rendement d'une telle source peut être, avec un filament de même longueur 1, L fois plus grand que celui des sources conventionnelles. Un dispositif analogue peut être réalisé avec une symmétrie axiale (fig. 111). Les électrodes a, b, c sont alors des cylindres et le champ E n'est plus uniforme mais radial. La charge d'espace électronique devient un ruban circulaire fermé sur lui-même. Avec cette géométrie, les ions injectés dans l'espace limité par b peuvent être facilement focalisés et introduits, par exemple, dans un spectrographe de masse. La figure IV schématise un tel dispositif : à l'intérieur du volume b, une grille cylindrique d ralentit les ions qui sont ensuite facilement focalisés par les deux électrodes - trous g et h ; I'ouverture axiale dans h peut être très petite,ce qui permet de maintenir un gradient important de pression entre la source et l'espace d'utilisation du faisceau ionique. L'ensemble source et système de focalisation présente la symmétrie de révolution autour d'un axe parallèle à B. Remarquons encore que pour des valeurs convenables de E et B, il est facile de bloquer l'introduction dans le dispositif de focalisation d, g, h ds ions légers tel que He, ce qui constitue un avantage important pour certaines applications. Cette nouvelle source ionique à très grande intensité est destinée à alimenter les spectrographesde masse et les canons à ions. REVENDICATIONS 1- Souce ionique, à ionisation par bombardement électronique, caractérisée par le fait que la chambre d'ionisation est constituée d'une part, par une anode (a) de section en U, de longueur L, dont les deux flans horizontaux (a') sont munis de deux fentes parallèles (m) en vis à vis, de longueur presque égale à L ; d'autre part, par une grille (b) parallèle à (a); par le fait qu'une électrode (c) encadre complètement l'anode (a) ; par le fait que le filament émetteur d'électrons (f) de longueur I, est tendu entre (a) et (c), parallèlement et en vis à vis de (m) ; par le fait qu'un champ électrostatique E est appliqué entre (a) et (b); par le fait que l'ensemble baigne dans un champ d'induction magnétique B uniforme et perpendiculaire au champ E ; par le fait que (f) est polarisé négativement par rapport à (a) et que (c) est polarisé négativement par rapport à (f); par le fait que les électrons sont injectés parallèlement à B, à travers les fentes m, dans l'espace compris entre (a) et (b) ; par le fait que dans le système de champs croisés B,E entre (a) et (b) et aussi sous l'effet du champ répulsif entre (c) et (a), les électrons forment une charge d'espace électronique en forme de ruban sur toute la longueur L du système, avec une épaisseur approximativement égale à celle de (f) et en superposition avec une surface équipotentielle du champ E ; par le fait que les ions accélérés par E sont quasi monocinétiques. L'intensité d'une telle source est L/I fois plus grande au moins que celle d'une source conventionnelle utilisant un filament de même longueur 2 - Source ionique suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le système a la symmétrie axiale, I'axe de symmétrie étant parallèle à l'induction B ; par le fait que la charge d'espace électronique est ainsi un ruban fermé sur lui-même. 3 - Source ionique suivant la revendication 1 et 2, caractérisée par le fait que, dans l'espace délimité par (b), une grille (d) ralentit les ions qui sont alors focalisés par deux électrodes-trous (g) et (h) sur l'ouverture axiale très petite de (h) ; par le fait que le système (d) (g) (h) est coaxial avec la source. 4 - Source ionique suivant les revendications 1,2 et 3, caractérisée par le fait que le faisceau d'ions quasimonocinétique issu de l'ouverture axiale très petite de (h), alimente un spectrographe de masse.