МАГНИТНАЯ ДИСПЕРГИРУЮЩАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к аналитическому оборудованию, а именно к магнитной диспергирующей системе масс-спектрометров, используемых для определения изотопного состава различных газообразных веществ. Такие устройства находят широкое применение в различных областях химической промышленности и геологии.
Известен магнитный анализатор масс-спектрометра (патент РФ №1699355, МПК H01J 49/40, опубл. 15.12.1991), в котором магнитная система состоит из электромагнита с полюсами, создающими поперечное магнитное поле, причем полюса электромагнита выполнены в виде ленточной спирали с межполюсным зазором, увеличивающимся пропорционально азимуту спирали.
Недостатками известной магнитной системы являются сложность конструкции электромагнита и его высокая стоимость.
Известен масс-спектрометр МТИ - 350И (Масс-спектрометр МТИ-350Г, руководство по эксплуатации Л5500-0-00 РЭ, ФГУП "Уральский электрохимический комбинат", г.Новоуральск, 2001 г.), в котором магнитная диспергирующая система масс-спектрометра, представляет из себя электромагнит, содержащий С-образное ярмо и катушки возбуждения, расположенные на полюсных наконечниках. Для обеспечения параллельности торцевых плоскостей полюсных наконечников, формирующих рабочий зазор, между полюсными наконечниками установлены дистанционные вкладыши из немагнитного материала. Катушки возбуждения намотаны на медных каркасах, имеющих водяное охлаждение. Для обеспечения стабильности магнитного поля в зазоре, на полюсных наконечниках вблизи рабочего зазора установлены катушки обратной связи, формирующие сигнал управления источником питания катушек возбуждения, выполненные в виде секций. Для возможной корректировки оптических параметров масс-анализатора края полюсных наконечников снабжены сменными накладками. На входе и выходе ионных пучков на торцах полюсных наконечников установлены магнитные экраны, служащие для ослабления рассеянных краевых магнитных полей.
Для контроля и управления магнитным полем предусмотрен датчик магнитного поля на основе преобразователя Холла.
Для питания током катушек возбуждения электромагнита, создающих в зазоре в сочетании с ярмом и полюсами электромагнита требуемое значение магнитной индукции, в масс-спектрометре предусмотрен блок питания электромагнита.
Недостатками данной магнитной системы являются сложность конструкции электромагнита, большое потребление электроэнергии для ее питания и воды для охлаждения катушек, необходимость поддержания стабильной величины пропускаемого по катушкам электрического тока во время работы масс-спектрометра, наличие соответствующего этим требованиям источника питания, блока управления источником и системы стабилизации магнитного поля и, как следствие, высокая стоимость масс-спектрометра и большие финансовые затраты на его эксплуатацию.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции магнитной диспергирующей системы и снижение финансовых затрат на ее эксплуатацию.
Поставленная задача решается за счет того, что в магнитной диспергирующей системе масс - спектрометра, содержащей С-образное ярмо, в котором размещен источник магнитного поля, в качестве источника магнитного поля использованы два постоянных магнита из магнитотвердого материала, установленных разноименными полюсами навстречу друг другу с рабочим воздушным зазором между ними, снабженные плоскими полюсными накладками из магнитомягкого материала, размещенными на постоянных магнитах со стороны воздушного зазора, и выполненными таким образом, что обеспечивают требуемые величины однородности и напряженности магнитного поля на всей траектории движения анализируемых ионов.
Постоянные магниты системы могут быть установлены на вкладышах для регулирования воздушного зазора, которые выполнены из магнитомягкого материала и размещены на ярме.
Постоянные магниты могут быть изготовлены из магнитотвердого материала с нулевым или ненулевым температурным коэффициентом остаточной индукции. В последнем случае, для компенсации температурных изменений напряженности магнитного поля в системе, в зазор между полюсными накладками вводится магнитный шунт из термомагнитного материала с температурным коэффициентом намагниченности насыщения, одинаковым по знаку с температурным коэффициентом остаточной индукции магнитов.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема магнитной диспергирующей системы масс-спектрометра.
Магнитная диспергирующая система содержит С-образное ярмо 1, в котором установлены два постоянных магнита 2, создающие поперечное магнитное поле. Магниты 2 установлены разноименными полюсами навстречу друг другу с рабочим воздушным зазором между ними на вкладышах 3, предназначенных для регулирования воздушного зазора, выполненных из магнитомягкого материала и размещенных на ярме 1.
Каждый из магнитов 2 набран, например, из нескольких элементов и снабжен плоскими полюсными накладками 4 из магнитомягкого материала, размещенными на постоянных магнитах 2 со стороны воздушного зазора и выполненными таким образом, что обеспечивают требуемые величины однородности и напряженности магнитного поля на всей траектории движения анализируемых ионов.
В случае использования постоянных магнитов 2 с ненулевым температурным коэффициентом остаточной индукции (ТКИ) для компенсации температурных изменений напряженности магнитного поля в системе в зазор между полюсными накладками вводится магнитный шунт из термомагнитного материала с температурным коэффициентом намагниченности насыщения (ТКНН), одинаковым по знаку с ТКИ постоянных магнитов 2.
Действует система следующим образом.
Первичный пакет ионов под действием импульсного источника ионов (на чертеже не показан) инжектируется в межполюсное пространство магнитной системы, в котором создано магнитное поле постоянными магнитами 2. В соответствии с законами электродинамики ионы разных масс, имеющие одинаковые электрические заряды и скорости движения при попадании в межполюсное пространство совершают круговое движение по траекториям разных радиусов с разными скоростями, которые определяются массами ионов. В результате происходит разделение первичного пакета ионов на частичные пакеты ионов одинаковых масс, т.е. диспергирование исходного пучка ионов. На выходе из межполюсного пространства ионы частичных пакетов попадают на разнесенные в пространстве регистраторы (приемники ионов). Регистраторы формируют электрические импульсы тока, которые усиливаются и подаются на блок измерения их количества и амплитуды, по которым устанавливается масса и количество зарегистрированных ионов (на чертеже не показаны).
Использование предложенной магнитной диспергирующей системы позволит за счет замены электромагнита и блока питания электромагнита на магнитную систему с постоянными магнитами значительно упростить конструкцию анализатора масс - спектрометра: снизить общее потребление электроэнергии установки, отказаться от принудительной системы водяного охлаждения катушек возбуждения электромагнита, уменьшить вес и материалоемкость магнитной диспергирующей системы, облегчить регулировку и настройку масс-спектрометра, снизить зависимость настроек установки от колебаний температуры окружающей среды.