Brevet FR2645678A1 — publié le 19901012

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 séparateur baignent dans un même champ d'induction magnétique uniforme Les ions. accélérés par une tension électrostatique V décrivent dans le séparateur des cercles de rayon où mt e sont la masse et la charge de l'ion. La sélection se fait généralement après un parcours angulaire de 1800, qui 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 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, I'extraction des ions à travers une fente mince limite la sensibilité. Dans la nouvelle invention (Fig. 1), les ions extraits de la source S sont accélérés par une faible chute de tension g et subissent une première sélection par une fente 4, , après un parcours angulaire de 90" avec un rayon R4 de faible valeur. Si la fente d'extraction au niveau de la source est étroite, on obtient ainsi au niveau de fe ur faisceau ionique collimaté de petite section et de faible énergie. Ce faisceau subit alors l'action d'une chute de potentiel V2. beaucoup plus o importante et décrit un nouvel arc de 90 avec un rayon R beaucoup plus grand. Cette deuxième accélération améliore encore la collimation du faisceau et permet une focalisation précise sur une fente étroite fL 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 eV1 . La deuxième partie f1, f2 constitue alors un sélecteur très efficace : un secteur à 90 permet une focalisation d'un faisceau collimaté. Les aberrations sont dues essentiellement à la dispersion initiale d'énergie qui est proportionnelle à la première chute de potentiel M . Ce potentiel étant faible par rapport à la chute de potentiel totale Va t , la dispersion est très réduite. Une variante intéressante consiste à collimater le faisceau ionique à la sortie de la source par une électrode auxiliaire E munie d'une fente f'1 d.e profil concave (fig II) portée au potentiel V'4+V2( V'1 On peut alors 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 , V2 est encore multiplié par un facteur 4, ce qui rend l'aberration chromatique négligeable. Enfin remarquons que dans tous les cas, l'élimination dans le 1er secteur, c'est à dire en début de parcours, des ions non sélectionnés 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 processsus industriels sous vide. REVENDICATIONS -1/ Spectrographe de masse magnétique caractérisé par le fait que les ions extraits de la source sont accélérés par une première chute de potentiel V1 faible et subissent une première sélection par une fente f1, 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 fl, 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 V1, est faible devant V1 + v2. 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 première sélection (fente f1) se fait après un parcours angulaire de 90 % ; par le fait que la deuxième sélection (fente (f2) se fait également après un parcours angulaire de 90%. 3/ Spectrographe de masse suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'une electrode auxiliaire E munie d'une fente f'1 de profil concave, portée à un potentiel V'1 + V2 (V'1 4/ Spectrographe de masse suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'induction B2 dans la dernière partie du parcours des ions est nettement plus grande. Le potentiel V2 peut ainsi être très élevé par rapport à V1 . Le rapport V1 qui donne une mesure de l'aberration V1+V2 chromatique est considérablement diminué.