Brevet FR2651067A1 — publié le 19910222

Spectrographe de masse magnétique avec déflection angulaire de 90" Les spectrographes de masse magnétiques classiques utilisent une source ionique quasi fermée, munie d'une fente d'extraction étroite. Ce type de système, largement utiiisé en raison de sa simplicité, présente les inconvénients suivants I - L'extraction, à travers une fente étroite, ne permet pas l'utilisation de la totalité des ions formés dans la source. 2 - Le faisceau ionique est divergent et ne peut être magnétiquement focalisé qu'àprès un parcours angulaire de 1800 : les dimensions du circuit magflé+'que sont grandes. La nouvelle invention propose un système baignant dans une induction magnétique B uniforme, avec une source ionique plane S, complètement ouverte, côté se lecteur. Un champ électrostatique ajustable et uniforme E est établi entre S et une grille d'extraction g, parallèle à di placée à une distance d de celle-ci. Le plan. médian de l'ensemble du système source sélecteur est perpendiculaire à B. Les champs E,B forment un système de champs croisés, perpendiculaires. Les électrons ionisants émis par un filament chauffé f, tendu paralièlement et au dessus de S, forment un rideau électrorlique confiné par B d'épaisseur pratiquement égale à l'épaisseur s de f, parallèle à une .surface équipotentielle du champ extracteur et accélérateur E. Les ions formés ont ainsi une dispersion en énergie réduite mais non négligeable à la sortie de g. En effet, le rideau électronique ionisant a, comme le filament, une épaisseur s, de l'ordre de 0,5 mm ou plus. La dispersion en énergie cinétique des ions au niveau de g est égale à SEélectrnns-volts. Le faisceau ionique est par contre parfaitement collimaté au départ de S et peut être magnétiquement focatisé, pour une masse donnée, après un parcours angulaire de 90" seulement.Le rayon des trajectoires circulaires au delà de la grille g dépend du produit mE de la masse ionique et du champ E. Le rayon R de la trajectoire sélectionnée par une fente de collection C correspond à un choix déterminé du produit mE. Dans la nouvelle invention, la dispersion des trajectoires d'ions de même masse, due à la dispersion en énergie cinétique, est corrigée au niveau uU la fente de collection C par un choix particulier de la distance entre le rideau électronique et la gri!le d'extraction g. La valeur optimum de x0 est ét?b!e à partir des calculs brièvement résumés ci dessous (voir fig.I) Dans la partie comprise entre le rideau électronique (x = - x0)et la grille d'extraction ( x = O ), les ions sont soumis à l'action ds champs croisés E,B. La trajectoire est un arc de cycloïde satisfaisant aux relations Au deià de la' droite x = O . I'ion est soumis au chamo d'induction magnétique seulement et décrit un arc de cercle de rayon La '-!ollr maximum de x est donnée par la relation t = R (l ~ Slnt) o) La valeur correspondante est donnée par (coti - sìntDt ) X R cRcosq La dérivée - s'annulle pour x, = zip S?k 2. On a alors - os R 1 = R ito Le filament f doit donc être placé à une distance R/2 de la grille g d'extraction et la fente de collection C au point xm ; ym c.a.d. R/2 1,05R Les ions formés à des distances légèrement différentes de g seront néanmoins rigoureusement focalisés sur la fente de collection C. L'invention sera mieux comprise à partir alun mode de réalisation (voir fig.It) On voit (fig.II) que la source S, quasi plane, a en fait la forme d'un U écrasé : la branche très courte du U vis à vis du filament f est munie d' ne fente pour l'introduction des électrons dans la source ; le filament est polarisé négativement (# 100 Volt) par rapport à S. Le filament f et la fente de collection C sont à la même distance R/2, de part et d'autre du plan de la grille d'extraction g. En outre, C est à une distance # 1,05 R d'un axe perpendiculaire au plan de la source, passant par son point milieu. La longueur 1 du filament introduit au niveau de C un élargissement du faisceau ionique égal à ( Poor le 6 et R,36 par es hoiitm) L'effet de la dispersion d'énergie étant par ailleurs corrigé, une fente de 0,15 mm laissera passer tous les ions de même masse. (Une telle fente correspond à toutes les masses jusqu'à 100 peuvent être aisément séparées. Le nouvel appareil, d'une grande simplicité et d'un encombrement très réduit, a donc une excellente résolution et une sensibilité très élevée. II est destiné à l'analyse des gaz, à la detection de l'hélium, éventuellement à la séparation des isotopes, dans tous les cas où un maximum de sensibilité et un minimum d'encombrement sont requis. REVENDICATION 1. Spectrographe de masse magnétique à ionisation par bombadement électronique, baignant dans un champ d'induction magnétique B uniforme. Caractérisé par le fait qu'il est constitue, a) d'une source ionique S à géométrie quasiplane complètement ouverte du côté d'une grille d'extraction parallèle g, les plans S et g étant d'autre part parralleles à B : un champ électrique ajustable E est établi entre S et g. b) d'un filament émetteur d'électrons ionisants, tendus au dessus de la source parallèlement à celle ci, à une distance X= R de la grille d'extraction g, R étant le rayon de courbure de la trajectoire ionique sélectionnée au delà de la grille g. c) d'une fente de sélection C, située de l'autre côté de la grille g, à la même distance Xr= de celle-ci et à une distance 1,05 R/2 d'un axe perpendiculaire à la source et passant au milieu de celle-ci.