ВРЕМЯПРОЛЕТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР С АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКОЙ НЕЛИНЕЙНОГО ОТРАЖАТЕЛЯ

Полезная модель относится к приборостроению, средствам автоматизации и системам управления, а именно к области космических исследований.
Известен времяпролетный масс-спектрометр, содержащий мишень, ускоряющие сетки выталкивающего промежутка, электростатический линейный отражатель, приемник ионов (статья: Мамырин Б.А., Шмикк Д.В. Линейный масс-рефлектрон - ЖЭТФ, 1979, т. 76, в. 5, с. 1500-1505). За счет использования линейно изменяющегося электрического поля в масс-рефлектроне достигается более высокое значение разрешающей способности по сравнению с классической схемой масс-спектрометра при тех же габаритах и потенциале ускоряющего промежутка.
Недостатками прибора являются низкая разрешающая способность и малый диапазон измеряемых масс.
Известен масс-спектрометр с нелинейным по продольной оси электрическим полем, содержащий сеточную сборку источника ионов, выполненную в виде кольца, внутренний диаметр которого больше или равен диаметру детектора, трубку, в которой установлена коаксиальная цилиндрическая система, внутренний и внешний диаметры которых соответственно равны внутреннему и внешнему диаметрам сеточной сборки источника ионов, обладающего более высокой чувствительностью (патент РФ № 1651327, H01J 49/40, опубл. БИ № 19, 23.05.91 г.).
Недостатком данной конструкции является сложность точного формирования напряжений на элементах коаксиальной цилиндрической системы, которые авторы предлагают подбирать экспериментально.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому масс-спектрометру является выбранный в качестве прототипа времяпролетный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, приемник ионов, трубку дрейфа, отражатель ионов, выполненный в виде сплошной резистивной пленки с нелинейным осевым распределением потенциала электростатического поля, нанесенной на диэлектрическое основание (патент РФ № 2239910, 7 Н01J 49/40, опубл. БИ № 31, 10.11.2004 г.).
Недостатком прототипа являются: невозможность перестройки нелинейности поля в нелинейном отражателе за счет использования непрерывного принципа образования поля и, вследствие этого, недостаточно высокая разрешающая способность прибора в области тяжелых масс при жестких массогабаритных ограничениях, сложность изготовления ионного отражателя.
В основу полезной модели положена задача повышения разрешающей способности и чувствительности устройств для анализа нейтрального газа при минимизации массогабаритных характеристик.
Поставленная задача достигается тем, что во времяпролетном масс-спектрометре, содержащем источник ионов, приемник ионов, трубку дрейфа, нелинейный отражатель ионов, согласно полезной модели, выполнен в виде набора кольцевых электродов, подключенных к управляемым цифровым резисторам.
Сущность устройства поясняется чертежом, где изображена схема времяпролетного масс-спектрометра с нелинейным отражателем.
Времяпролетный масс-спектрометр содержит трубку дрейфа 1, источник ионов 2, ускоряющую сетку 3, источник тока и напряжения 4, управляемый источник импульсного напряжения 5, заземленные сетки 6, тормозящую сетку 7, нелинейный отражатель в виде кольцевых электродов 8, цифровые перестраиваемые резисторы 9, приемник ионов в виде микроканальной пластины 10, устройство управления 11 и аналого-цифровой преобразователь 12.
Источник тока и напряжения 4 подключен к кольцевым электродам 8 через перестраиваемые цифровые резисторы 9, управляемый источник импульсного напряжения 5 подключен к ускоряющей сетке 3, устройство управления 11 формирует управляющие сигналы для цифровых резисторов 9 и управляемого источника импульсного напряжения, аналого-цифровой преобразователь 12 преобразует сигналы с приемника ионов 10 в цифровую форму для обработки в устройстве управления 11, трубка дрейфа 1 и сетки 6 заземлены.
Особенностью устройства является то, что благодаря применению перестраиваемых цифровых резисторов 9 потенциал кольцевых электродов 8 задается автоматически от устройства управления 11. При этом устройство управления путем вариации номиналов резисторов реализует оптимальное распределение потенциала в выбранном диапазоне шкалы масс согласно выражению:
,
0
0
1
1
1
1
*
2
где t - время пролета иона с массой m, L - длина траектории в трубке дрейфа, L - длина участка ускорения и торможения, ϕ=ϕ/(-ϕ), α=-2(e/m)ϕ, ϕ - потенциал на ускоряющей сетке, e - заряд иона
Таким образом, достигается расширение диапазона исследуемых масс и повышается разрешающая способность.
Расстояние между кольцами может быть выбрано постоянным, для простоты изготовления. Потенциал на крайнем кольце должен превышать потенциал на ускоряющей сетке 3 для надежного отражения ионов.