BG111131A - Method and ionization detector for analysis of impurities in gases - Google Patents

Abstract

The invention relates to a method and ionization detector for analysis of the impurities in the gas and finds application in the field of instrumentation. The invention allows performing qualitative and quantitative analysis of impurities within a wide range of pressure of the basic gas, up to atmospheric pressure. The method consists in that it establishes stationary gas discharge plasma, limited by the cathode, anode and walls. The pressure of the basic inert gas and the spatial configuration of the electrodes and the walls are selected so as to form non-local plasma between the cathode andthe anode or between the cathode and the sensor. The quantity of electrons with characteristic energy which are created in the Penning ionization of analyzed atoms or molecules of impurities are defined. By the parameters of these electrons determines the chemical composition of impurities. The current through the sensor depending on the voltage applied between the sensor and the anode is measured. Ionization detector for implementing the method for analyzing impurities in the gas consists of ionization chamber comprising a cathode, an anode and the sensor wall. The cathode and anode are connected to a source of DC voltage. The sensor is located in a part of the plasma which is to the cathode and has negative smoldering candescence, outside the area of the cathode layer of the volume charge. The sensor is connected to a measuring circuit for registration and processing of sensors volt- ampere characteristics.

Description

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТАTECHNICAL FIELD

Изобретението се отнася до метод и йонизационен детектор за анализ на примеси в газове, с които се осигурява качествен и количествен анализ на химическия състав на примеси в основен газ и се отнася до областта на приборостроенето. Йонизационният детектор намира приложение при екологичния мониторинг, контрол на газовата среда в производствените процеси, откриване на опасни и взривни вещества в системите за безопасност, в медицината, енергетиката и др.The invention relates to a method and ionization detector for the analysis of impurities in gases, which provides a qualitative and quantitative analysis of the chemical composition of impurities in a basic gas and relates to the field of instrumentation. The ionization detector is used in environmental monitoring, control of the gas environment in production processes, detection of dangerous and explosive substances in safety systems, in medicine, energy and others.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТАBACKGROUND OF THE INVENTION

Известни са газови детектори [1], при които се определя химическия състав на газовата смес чрез масспектрометричен анализ на йоните, възникнали при йонизация на газа в йонизационна камера. Измерването на тока от йони, разделени според отношението маса-заряд, позволява да се определи качествения и количествен състав на газовата смес. Недостатък на тези йонизационни детектори е, че е необходимо използването на мас-спектрометър, който е сложна апаратура с големи размери, изискваща поддържането на висок вакуум, за да могат йоните с различни отношения маса-заряд да бъдат точно селектирани, без разсейване при прелитането им по определена траектория до регистрацията им.Gas detectors [1] are known to determine the chemical composition of the gas mixture by mass spectrometric analysis of the ions that have occurred during gas ionization in an ionization chamber. Measurement of the current of ions divided by the mass-charge ratio allows to determine the qualitative and quantitative composition of the gas mixture. The disadvantage of these ionization detectors is that it is necessary to use a mass spectrometer, which is a complex large-scale apparatus requiring high vacuum to be able to accurately select ions with different mass-to-charge ratios without scattering during their flight. along a certain trajectory until their registration.

Известни са методите на фотоелектронната и Оже-спектроскопия [2] за определяне на химическия състав на газови смеси. Те се основават на измерването на кинетичната енергия на електроните, възникващи при йонизация на газа с . фотони с фиксирана енергия. Разликата между известната енергия на фотона и измерената кинетична енергия на фотоелектроните дава информация за йонизационния потенциал на атомите или молекулите на газовата смес, от където се определя нейния състав. Ако са известни сеченията за фотойонизация, по разпределението на фотоелектроните по енергии, може да се определят парциалните налягания на компонентите на анализираната смес. Недостатък на тези методи е, че се използва спектрометър със • 9Methods of photoelectron and Auger spectroscopy [2] are known for determining the chemical composition of gas mixtures. They are based on the measurement of the kinetic energy of electrons arising from ionization of a gas with. fixed energy photons. The difference between the known energy of the photon and the measured kinetic energy of the photoelectrons gives information about the ionization potential of the atoms or molecules of the gas mixture from which its composition is determined. If the photoionization cross sections are known, the partial pressures of the components of the analyzed mixture can be determined by the distribution of photoelectrons by energy. The disadvantage of these methods is that a spectrometer with • 9 is used

значителни размери и е необходим висок вакуум за осигуряването на надеждна регистрация на електронните спектри.large size and high vacuum is required to ensure reliable recording of electronic spectra.

Известни са методи за определяне на примеси в газове, основаващи се на измерване на измененията на йонизационния ток при възбуждане на газа [3].Methods for the determination of impurities in gases are known based on the measurement of changes in ionization current upon excitation of gas [3].

Детекторите при тези методи са с малки размери и могат да работят при налягания до атмосферното. Измерва се тока през електрод намиращ се в йонизационна камера вThe detectors in these methods are small in size and can operate at atmospheric pressures. Measure the current through an electrode located in an ionization chamber in

зависимост от подаваното му напрежение и се определя наличието на примеси в основния газ по интегралния ток през електрода. Недостатък на тези методи е, че с тях не могат да се идентифицират атомите или молекулите на примесите, нито да се определи тяхната концентрация.depending on the voltage supplied and the presence of impurities in the main gas by the integrated current through the electrode is determined. The disadvantage of these methods is that they cannot identify the atoms or molecules of impurities, nor determine their concentration.

Известен е метод за определяне на състава на газови смеси [4], който определя присъствието на примеси в основен газ чрез измерването на енергията на електроните получени при йонизация на примесите в послесветенето на импулсен газов разряд. Недостатък на метода е, че се използва импулсен разряд и е нужна импулсна схема на регистрация на сигналите, която усложнява реализацията на метода и намалява чувствителността му.A method for determining the composition of gas mixtures is known [4], which determines the presence of impurities in a basic gas by measuring the energy of electrons obtained by ionization of impurities in the afterglow of a pulsed gas discharge. The disadvantage of the method is that a pulse discharge is used and a pulse signal registration scheme is required, which complicates the implementation of the method and reduces its sensitivity.

Известен е метод за определяне на състава на газови примеси в основен газ [5], състоящ се в това, че се създава газоразрядна плазма ограничена от катод, анод и стени, налягането на основния газ и пространствената конфигурация на електродите и стените се избират така, че разстоянието от произволна точка в плазмата до найблизката повърхност на анода и стената да бъде по-малко от средната дължина на преместване на електроните до момента, в който те губят зададена част от кинетичната си енергия, определя се количеството на електрони с характеристични енергии, възникващи при йонизация на атомите или молекулите на примесите, съди се за състава на примесите по параметрите на тези електрони, поддържа се стационарен режим на горене на плазмата и се измерва тока на поне един допълнителен електрод, поставен в прианодната област на йонизационната камера, в зависимост от напрежението, приложено между споменатия електрод и анода, количеството електрони с характеристични стойности на енергията се определят чрез обработване на измерената зависимост на тока на допълнителния електрод от приложеното напрежение.A method is known for determining the composition of gas impurities in a basic gas [5], comprising generating a discharge plasma limited by the cathode, anode and walls, the pressure of the basic gas and the spatial configuration of the electrodes and walls, that the distance from an arbitrary point in the plasma to the nearest surface of the anode and the wall be less than the average electron displacement length by the time they lose a given part of their kinetic energy, determine the amount of electrons with characteristic ionic energies arising from the ionization of atoms or impurity molecules are judged for the composition of impurities by the parameters of these electrons, the stationary plasma burning mode is maintained, and the current of at least one additional electrode placed in the anode region of the ionization chamber is measured , depending on the voltage applied between said electrode and the anode, the amount of electrons with characteristic energy values is determined by treating the measured current dependence of the additional electrode on at married tension.

Известен е йонизационен детектор за определяне на състава на газови примеси в основен газ [5], включвящ напълнена с указания газ йонизационна камера с поне един анод и един катод, свързани с източник на енергия за създаване стационарна на газоразрядна плазма между тях. Налягането на основния газ и пространствената • · • · βAn ionization detector is known for determining the composition of gas impurities in a basic gas [5], including a gas-filled ionization chamber with at least one anode and one cathode connected to an energy source to create a stationary gas-discharge plasma between them. Main gas pressure and space pressure

• · · конфигурация на електродите и стените на йонизационната камера се избират така, че разстоянието от произволна точка в плазмата до най-близката повърхност на електродите или стените да бъде по-малко от средната дължина на преместване на електроните до момента, в който те губят зададена част от кинетичната си енергия. В прианодната област на плазмата на йонизационната камера има допълнителен електрод, включен в измерителна система за регистрация на тока през този електрод в зависимост от напрежението, приложено между него и анода. Измерителната система е изпълнена с възможност за определяне на количеството електрони с характеристични стойности на енергията, възникващи при йонизация на посочените примеси.The configuration of the electrodes and the walls of the ionization chamber shall be chosen such that the distance from any point in the plasma to the nearest surface of the electrodes or walls is less than the average length of displacement of the electrons until they are lost. a given part of its kinetic energy. In the nanoscale region of the plasma of the ionization chamber there is an additional electrode included in a measuring system for recording current through that electrode, depending on the voltage applied between it and the anode. The measuring system is capable of determining the amount of electrons with characteristic energy values that occur during the ionization of the impurities.

Недостатъци на този метод за определяне на състава на газови примеси в основен газ и йонизационен детектор за неговото осъществяване са: разположението на допълнителния електрод е в прианодната област, където концентрацията на йонизиращите частици - метастабилните атоми е по-малка от тази в прикатодната област на отрицателното тлеещо светене, с което се намалява чувствителността на детектора, особено при високи налягания, когато катодния слой е много тънък и сензора може да попадне в областта на Фарадеевото тъмно пространство, изолиращите стени на йонизационната камера са в съприкосновение с катода, анода и допълнителния електрод, което води до намаляване на времето на живот на прибора поради натрупването на разпратен материал, осъществяващ контакт между електродите.The disadvantages of this method for determining the composition of the gas impurities in the main gas and the ionization detector for its realization are: the location of the additional electrode is in the prianode region, where the concentration of ionizing particles - metastable atoms is less than that in the near-negative region. glowing glow, which reduces the sensitivity of the detector, especially at high pressures when the cathode layer is very thin and the sensor can fall into the Faraday dark space, isolating these walls of the ionization chamber are in contact with the cathode, the anode, and the auxiliary electrode, resulting in a decrease in the lifetime of the instrument due to the accumulation of sputtering material that contacts the electrodes.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТTECHNICAL NATURE

Методът за анализ на примеси в газове, се състои се в това, че в йонизационна камера се създава стационарна газоразрядна плазма ограничена от катод, анод и стени. Налягането на основния газ и пространствената конфигурация на електродите и стените на камерата се избират така, че разстоянието от произволна точка в плазмата до най-близката повърхност на анода или стените на камерата да бъде по-малко от средната дължина на преместване на електроните до момента, в който те губят зададена част от кинетичната си енергия. Основният газ е инертен при налягания от 10 Па до 10⁵ Па. Измерва се тока през поне един допълнителен регистриращ електрод сензор в зависимост от сканиращо напрежение, приложено между сензора и анода. Сканиращото отрицателно напрежение се отчита от потенциала на плазмата и се изменя в диапазон от 0 до -25 В. Зависимостта на сензорния ток от приложенотоThe method for the analysis of impurities in gases consists in the fact that a stationary gas-discharge plasma bounded by a cathode, anode and walls is created in an ionization chamber. The primary gas pressure and the spatial configuration of the electrodes and the walls of the chamber are chosen such that the distance from any point in the plasma to the closest surface of the anode or the walls of the chamber is less than the average electron displacement length to date, in which they lose a certain amount of their kinetic energy. The base gas is inert at pressures of 10 Pa to 10 ⁵ Pa. Measure the current through at least one additional sensor electrode recording, depending on the scanning voltage applied between the sensor and the anode. The scanning negative voltage is measured from the plasma potential and varies in the range from 0 to -25 V. The dependence of the sensing current on the applied

99

напрежение - волтамперната характеристика се диференцира числено или електронно. По получените максимуми в първата или във втората производна на волтамперната характеристика - функцията на разпределение на електронете по енергии, се определя количеството електрони с характеристични енергии, възникващи при Пенингова йонизация на атомите или молекулите на примесите с метастабилните атоми на основния газ. По параметрите на тези електрони се определя състава на примесите. Сензорът е разположен в прикатодната част на плазмата на отрицателното тлеещо светене, където плазмата е с най-висока концентрация на възбудени и заредени частици, а полето е малко. От друга страна сензорът е разположен на такова разстояние от повърхността на катода, при което е извън областта на катодния слой на обемен заряд, където има значителен пад на потенциала и значително разпрашване на катода. Катодът, анодът и сензорът са разположени в близост до стените на йонизационната камерата, без да се опират в тях. При движението си в еквипотенциалната, нелокална плазма на отрицателното тлеещо светене, характеристичните електрони не изменят съществено енергията си и попадат на сензора с енергия, каквато са получили при създаването си. Това води до повишена чувствителност и точност на анализа и увеличено време на живот на прибора.voltage - the voltage characteristic is differentiated numerically or electronically. Based on the obtained maxima in the first or second derivative of the voltammetric characteristic - the electron distribution function by energy, the amount of electrons with characteristic energies arising from Penning ionization of atoms or molecules of impurities with metastable atoms of the main gas is determined. The composition of the impurities is determined by the parameters of these electrons. The sensor is located in the near-edge part of the negative-glow plasma, where the plasma has the highest concentration of excited and charged particles and the field is small. On the other hand, the sensor is located at such a distance from the surface of the cathode that it is outside the area of the cathodic layer of bulk charge, where there is a significant drop in potential and significant dusting of the cathode. The cathode, anode and sensor are located close to the walls of the ionization chamber, without touching them. As they move in the equipotential, non-local, negative glowing plasma, the characteristic electrons do not significantly change their energy and fall on the sensor with the energy they received when they were created. This results in increased sensitivity and precision of the analysis and increased lifetime of the instrument.

При използванто на мрежест анод в йонизационната камера, разположен между катод и сензор, като катодът, анодът и сензорът имат плоска форма и са разположени паралелно едни на други, се получава по-нататъшно подобрение на еквипотенциалността на плазмата между анода и сензора, където протича дифузията на изследваните характеристични електрони. Налягането на основния газ и пространствената конфигурация на електродите и стените на йонизационната камера се избират така, че разстоянието от произволна точка в плазмата до повърхността на сензора или стените на камерата да бъде по-малко от средната дължина на преместване на електроните до момента, в който те губят зададена част от кинетичната си енергия. Мрежестия анод е разположен на такова разстояние от повърхността на катода, при което е извън областта на катодния слой на обемен заряд, където има значителен пад на потенциала. Подобрената еквипотенциалност на плазмата между анода и сензора позволява да се повиши разделителната способност на прибора.By using a mesh anode in the ionization chamber located between the cathode and the sensor, the cathode, the anode and the sensor having a flat shape and arranged parallel to each other, a further improvement in the plasma equipotentiality between the anode and the sensor, where diffusion takes place of the characteristic electrons studied. The primary gas pressure and the spatial configuration of the electrodes and the walls of the ionization chamber are chosen such that the distance from any point in the plasma to the surface of the sensor or the walls of the chamber is less than the average electron displacement length to the point where they lose some of their kinetic energy. The mesh anode is located at such a distance from the surface of the cathode that it is outside the region of the cathode layer of bulk charge, where there is a significant drop in potential. The improved equipotential of the plasma between the anode and the sensor allows to increase the resolution of the instrument.

При използването на множество, N на брой, идентични независими тлеещи разряди в йонизационната камера, може да се снеме волт-амперната характеристика едновременно за множество еквидистантни стойности на сканиращото напрежение.When using multiple, N-number, identical independent smoldering discharges in the ionization chamber, the voltage-current characteristic can be taken simultaneously for multiple equidistant values of the scanning voltage.

Това се осъществява с помощта на множество набори плосък катод, мрежест анод и сензор. Във всеки набор мрежестият анод се разполага между катода и сензора.This is accomplished with the help of multiple sets of flat cathode, mesh anode and sensor. In each set, the mesh anode is positioned between the cathode and the sensor.

Катодът, анодът и сензорът имат плоска форма и са разположени паралелно едни на друг. Налягането на основния газ и пространствената конфигурация на електродите на всеки набор и стените на йонизационната камера се избират така, че разстоянието от произволна точка в плазмата на всеки идивидуален разряд до повърхността на сензора или стените на камерата, да бъде по-малко от средната дължина на преместване на електроните до момента, в който те губят зададена част от кинетичната си енергия. Всеки мрежест анод е разположен на такова разстояние от повърхността на съответния катод, при което е извън областта на катодния слой на обемен заряд, където има значителен пад на потенциала. На всеки от сензорите се подава индивидуална стойност на отрицателното сканиращото напрежение по отношение на анодите и се измерва тока през всеки от сензорите. По съвкупността от измерените токове през сензорите се намира количеството електрони с характеристична енергия, възникващи при Пенингова йонизация на атомите и молекулите на примесите, и се определя състава на примесите по параметрите на тези електрони. Това позволява N пъти да се увеличи скоростта на анализа.The cathode, the anode, and the sensor are flat and parallel to each other. The primary gas pressure and the spatial configuration of the electrodes of each set and the walls of the ionization chamber shall be chosen such that the distance from any point in the plasma of each individual discharge to the surface of the sensor or the walls of the chamber is less than the average length of moving electrons to the point where they lose some of their kinetic energy. Each mesh anode is positioned at such a distance from the surface of the corresponding cathode that it is outside the region of the cathode layer of bulk charge, where there is a significant drop in potential. An individual value of the negative scanning voltage with respect to the anodes is given to each of the sensors and the current through each of the sensors is measured. The sum of the measured currents through the sensors determines the amount of electrons with characteristic energy generated by Penning ionization of atoms and impurity molecules, and determines the impurity composition by the parameters of these electrons. This allows N times to increase the rate of analysis.

При използването на твърд, проводящ материал, от който се изработва катода в йонизационния детектор, може да се анализира химичния състав на твърдия материал. В резултат на разпрашване под действието на газоразрядната плазма, атомите му се получават като примес в основния газ. Анодът е мрежест и се разполага между катод и сензор. Налягането на основния газ и пространствената конфигурация на електродите и стените на йонизационната камера се избират така, че разстоянието от произволна точка в плазмата до повърхността на сензора или стените на камерата да бъде по-малко от средната дължина на преместване на електроните до момента, в който те губят зададена част от кинетичната си енергия. Мрежестия анод е разположен на такова разстояние от повърхността на катода, при което е извън областта на катодния слой на обемен заряд, където има значителен пад на потенциала. Така може да се анализира състава и на твърди вещества, например метали и сплави.Using the solid, conductive material from which the cathode is made in the ionization detector, the chemical composition of the solid material can be analyzed. As a result of the sputtering under the action of the discharge plasma, its atoms are produced as an impurity in the main gas. The anode is mesh and located between the cathode and the sensor. The primary gas pressure and the spatial configuration of the electrodes and the walls of the ionization chamber are chosen such that the distance from any point in the plasma to the surface of the sensor or the walls of the chamber is less than the average electron displacement length to the point where they lose some of their kinetic energy. The mesh anode is located at such a distance from the surface of the cathode that it is outside the region of the cathode layer of bulk charge, where there is a significant drop in potential. The composition of solids, such as metals and alloys, can also be analyzed.

Йонизационеният детектор за реализиране на метода за анализ на примеси в газове, се състои от напълнена с основен инертен газ и примеси йонизационна камера, включваща катод, анод и стени. Катодът и анодът са свързани с източник на постоянно напрежение, създаващ стационарна газоразрядна плазма. Налягането на основния газ и пространствената конфигурация на електродите се избират така, че да се изпълнява условието за формиране на нелокална плазма между катода и анода. В прикатодната област на йонизационната камера, най-малко в близост до една от стените й е поставенThe ionization detector for implementing the method for the analysis of impurities in gases consists of an inert gas filled with basic and impurity ionization chamber comprising a cathode, anode and walls. The cathode and the anode are connected to a constant voltage source, creating a stationary discharge plasma. The primary gas pressure and the spatial configuration of the electrodes are selected to meet the condition for the formation of nonlocal plasma between the cathode and the anode. In the near-field region of the ionization chamber, at least near one of its walls is placed

I &I &

• ·• ·

регистриращ електрод - сензор, включен в измерителна схема за регистрация на тока в зависимост от напрежението, приложено между сензора и анода. Измерителната система има възможност за определяне на количеството електрони е характеристични енергии, родени при Пенингова йонизация на атомите или молекулите на споменатите примеси. Сензорът е разположен в прикатодната част на плазмата на отрицателното тлеещо светене, на такова разстояние от повърхността на катода, при което έ извън областта на катодния слой на обемен заряд, където има значителен пад на потенциала и значително разпрашване на катода. Катодът, анодът и сензорът са разположени в близост до стените на йонизационната камера, без да се опират в нея. Йонизационният детектор е с повишена на чувствителност и точност на анализа и увеличено време на живот на прибора.recording electrode - sensor included in a measuring circuit for recording current depending on the voltage applied between the sensor and the anode. The measuring system has the ability to determine the amount of electrons is the characteristic energies generated by Penning ionization of the atoms or molecules of said impurities. The sensor is located in the near-cathode part of the negative glow plasma, at such a distance from the surface of the cathode, whereby it is outside the region of the cathode layer of bulk charge, where there is a significant drop in potential and significant dusting of the cathode. The cathode, the anode and the sensor are located close to the walls of the ionization chamber without touching it. The ionization detector has increased sensitivity and precision of analysis and increased lifetime of the instrument.

При използването на плоски катод и анод, разположени паралелно един на друг налягането на основния газ и пространствената конфигурация на електродите се избират така, че да е изпъдено условието за формиране на нелокална плазма между катода и анода. Сензорът се разполага в прикатодната част на отрицателното тлеещо светене, на такова разстояние от повърхността на катода, при което е извън областта на катодния слой на обемния заряд, където има значителен пад на потенциала и значително разпрашване на катода. Катодът, анодът и сензорът са разположени в близост до стените на йонизационната камера, имаща форма на паралелепипед, без да са в съприкосновение с нея. Така се постига прост вариант за изпълнение на йонизационната камера.When using a flat cathode and anode, arranged parallel to each other, the gas pressure and the spatial configuration of the electrodes are chosen such that the condition for the formation of nonlocal plasma between the cathode and the anode is eliminated. The sensor is positioned in the negative glow side at such a distance from the surface of the cathode that it is outside the area of the cathodic layer of the bulk charge, where there is a significant drop in potential and significant dusting of the cathode. The cathode, the anode, and the sensor are located close to the walls of the ionization chamber, which is parallelepiped-shaped, without being in contact with it. This provides a simple embodiment of the ionization chamber.

При използванто на мрежест анод, разположен между катод и сензор, като катодът, анодът и сензорът имат плоска форма и са разположени паралелно едни на други, разрядът се ограничава от катода, сензора и стените на камерата. Налягането на основния газ и пространствената конфигурация на електродите се избира така, че да е изпълнено условието за формиране на нелокална плазма между катода и сензора. Мрежестия анод е разположен на такова разстояние от повърхността на катода, при което е извън областта на катодния слой на обемен заряд, където има значителен пад на потенциала. Катодът, анодът и сензорът са разположени в близост до стените на йонизационната камера, без да са в съприкосновение е нея. Такава конструкция позволява да се повиши разделителната способност на прибора.When using a mesh anode located between the cathode and the sensor, the cathode, the anode and the sensor being flat in shape and parallel to each other, the discharge is limited by the cathode, the sensor and the walls of the chamber. The pressure of the base gas and the spatial configuration of the electrodes are chosen so that the condition for the formation of non-local plasma between the cathode and the sensor is fulfilled. The mesh anode is located at such a distance from the surface of the cathode that it is outside the region of the cathode layer of bulk charge, where there is a significant drop in potential. The cathode, the anode and the sensor are located close to the walls of the ionization chamber, without being in contact with it. Such construction allows to increase the resolution of the instrument.

При използванто на множество идентични набора от катод, мрежест анод и сензор - N на брой, в йонизационната камера се образуват множество независими разряди. В този случай волт-амперната характеристика се получава в резултат на едновременното измерване на N на брой еквидистантни стойности на сканиращотоWhen using multiple identical sets of cathode, mesh anode and sensor - N in number, many independent discharges are formed in the ionization chamber. In this case, the voltage-current characteristic is obtained as a result of the simultaneous measurement of N number of equidistant values of the scanner

напрежение. Във всеки набор мрежестият анод е разположен между катода и сензора. Налягането на основния газ и пространствената конфигурация на електродите на всеки набор и стените на йонизационната камера се избират така, че да е изпълнено условието за формиране на нелокална плазма във всеки индивидуален набор от катод, анод и сензор. Всеки мрежест анод е разположен на такова разстояние от повърхността на съответния катод, при което е извън областта на катодния слой на обемен заряд, където има значителен пад на потенциала. Сензорите са съединени със съответното рамо на делител на напрежение, по отношение на анодите. На всеки от сензорите се подава индивидуална стойност на сканиращото отрицателно напрежение по отношение на анодите, през делител от резистори и с помощта на допълнителен източник на напрежение. По този начин скоростта на анализа се увеличава N пъти.tension. In each set, the mesh anode is located between the cathode and the sensor. The pressure of the main gas and the spatial configuration of the electrodes of each set and the walls of the ionization chamber are chosen so that the condition for the formation of nonlocal plasma in each individual set of cathode, anode and sensor is fulfilled. Each mesh anode is positioned at such a distance from the surface of the corresponding cathode that it is outside the region of the cathode layer of bulk charge, where there is a significant drop in potential. The sensors are connected to the corresponding voltage divider arm with respect to the anodes. Each of the sensors is fed an individual value of the scanning negative voltage with respect to the anodes, through a resistor divider and with the help of an additional voltage source. Thus, the rate of analysis is increased N times.

ф При използването на катод, изработен от твърд проводящ материал, може да се анализира състава на този материал поради разпрашването му в газорозрядната плазма. За тази цел на повърхността на твърдия образец се оформя плоска повърхност, служеща като катод. Сензорът педсталява плосък електрод, като паралелно на него, между катода и сензора се разполага мрежест анод. Налягането на основния газ и пространствената конфигурация на електродите се избира така, че да е изпълнено условието за формиране на нелокална плазма между катода и сензора. Мрежестия анод е разположен на такова разстояние от повърхността на катода, при което е извън областта на катодния слой на обемен заряд, където има значителен пад на потенциала. Това позволява да се анализира състава и на твърди вещества, например метали и сплави.u When using a cathode made of solid conductive material, the composition of this material can be analyzed due to its sputtering in the gas plasma. For this purpose, a flat surface serving as a cathode is formed on the surface of the solid sample. The sensor mounts a flat electrode, parallel to it, a mesh anode is placed between the cathode and the sensor. The pressure of the base gas and the spatial configuration of the electrodes are chosen so that the condition for the formation of non-local plasma between the cathode and the sensor is fulfilled. The mesh anode is located at such a distance from the surface of the cathode that it is outside the region of the cathode layer of bulk charge, where there is a significant drop in potential. This also allows the composition of solids, such as metals and alloys, to be analyzed.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИDESCRIPTION OF THE FIGURES Attached

На фиг. 1 е показана блок-схема на йонизационен детектор за анализ на примеси в газове и напречен разрез на йонизационната камера, в която са разположени плоски анод, катод и сензор.In FIG. 1 is a block diagram of an ionization detector for the analysis of impurities in gases and a cross section of an ionization chamber in which a flat anode, cathode and sensor are located.

На фиг. 2 е показана графиката на разпределението на електричния потенциал в плазмата между катода и анода.In FIG. 2 shows a graph of the distribution of plasma electrical potential between the cathode and the anode.

На фиг. 3 е показана блок-схема на йонизационен детектор за анализ на примеси в газове и напречен разрез на йонизационната камера, в която са разположени плоски катод, мрежест анод и сензор.In FIG. 3 is a block diagram of an ionization detector for the analysis of impurities in gases and a cross-section of the ionization chamber in which a flat cathode, a mesh anode and a sensor are located.

На фиг. 4 е показана графиката на разпределението на електрическия потенциал в плазмата между катода и сензора.In FIG. 4 is a graph showing the distribution of the electrical potential in the plasma between the cathode and the sensor.

На фиг. 5 е показана блок-схема на йонизационен детектор за анализ на примеси в газове и напречен разрез на йонизационната камера, в която са разположени множество набори от катод, мрежест анод и сензор.In FIG. 5 is a block diagram of an ionization detector for the analysis of impurities in gases and a cross section of an ionization chamber, in which are arranged multiple sets of cathode, mesh anode and sensor.

На фиг. 6 показана блок-схема и напречен разрез на йонизационен детектор за определяне на състава на твърд проводящ образец, разпращван под въздействието на постояннотоков газов разряд.In FIG. 6 shows a block diagram and cross section of an ionization detector for determining the composition of a solid conducting sample sent under the influence of a direct current gas discharge.

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ ©EXAMPLES OF IMPLEMENTATION ©

Съгласно едно примерно изпълнение, йонизационният детектор за аналз.на примеси в газове (фиг. 1) се състои от йонизационна камера 1, изработена от изолационен материал, например стъкло, напълнена с основен газ и примеси, в която са разположени успоредно един на друг плоски катод 2 и анод 3, свързани със захранващ блок 10, служещ за запалване и поддържане на стационарен тлеещ разряд. Съгласно условието за формиране на нелокална плазма [6], налягането на основния газ и пространствената конфигурация на електродите и стените на камерата 1 се избират така, че разстоянието от произволна точка в плазмата до най-близката повърхност на анода 3 или стената на йонизационната камера 1 да бъде по-малко от средната дължина на преместване на електроните до момента, в който те губят предварително зададена ф част от кинетичната си енергия l_mj_n. Това условие налага ограничение за разстояниетоAccording to one embodiment, the ionization detector for the analysis of impurities in gases (Fig. 1) consists of an ionization chamber 1 made of insulating material, for example glass filled with basic gas and impurities in which they are arranged parallel to each other flat cathode 2 and anode 3 connected to a power supply unit 10 for igniting and maintaining a stationary glow discharge. According to the condition for the formation of non-local plasma [6], the pressure of the main gas and the spatial configuration of the electrodes and walls of the chamber 1 are chosen such that the distance from any point in the plasma to the closest surface of the anode 3 or the wall of the ionization chamber 1 be less than the average electron displacement length by the time they lose a predetermined fraction of their kinetic energy l _m j _n . This condition imposes a distance restriction

L между катода 2 и анода 3, и има вида: L < l_mt_n. Практически това условие води до къс тлеещ разряд обхващащ, само катодните му области - катодният пад на потенциала, отрицателното тлеещо светене и Фарадеевото тъмно пространство.L between cathode 2 and anode 3, and is of the form: L <l _m t _n . Practically, this condition results in a short glow discharge covering only its cathode regions - the cathode potential drop, the negative glow glow and the Faraday dark space.

В прикатодната част на отрицателното тлеещо светене, близко до стените на камерата е разположен регистриращ електрод - сензор 4, включен в измерителна схема за регистрация на тока в зависимост от напрежението, приложено между сензора 4 и анода 3, т. е. на волт-амперната характеристика на сензорната верига. За целта, сензорът 4 е свързан през измерителен резистор 11 със цифрово аналогов преобразувател 12, а също така и с аналогово цифров преобразувател 13. Анодът 3 също е свързан с със цифрово аналоговия преобразувател 12. Цифрово аналоговият преобразувател 12 и аналогово цифровият преобразувател 13 са свързани с компютър 14.A detector electrode 4 is included in the negative glow near the walls of the camera, included in a measurement circuit for voltage dependent voltage applied between the sensor 4 and the anode 3, that is, the voltage amp. sensor circuit characteristic. For this purpose, the sensor 4 is connected via a measuring resistor 11 to a digital-to-analog converter 12 and also to an analog-to-digital converter 13. The anode 3 is also connected to a digital-to-analog converter 12. The digital-to-analog converter 12 and the analog-to-digital converter 13 with a computer 14.

Измерителната система има възможност за определяне на количеството електрони с характеристични енергии, създадени при Пенингова йонизация на атомите или молекулите на изследваните примеси.The measurement system has the ability to determine the amount of electrons with characteristic energies generated by Penning ionization of the atoms or molecules of the impurities studied.

Анализът на примеси в основен газ се осъществява чрез анализ на енергетичния спектър на електроните, възникващи при Пенингова йонизацията на атомите или молекулите на изследваното вещество с метастабилни атоми на основния газ, например, хелий. Създадените при Пенингова йонизация характеристични електрони имат уникална енергия за всеки атом или молекула. Измерването на енергията и количеството на създадените електрони с характеристични енергии се осъществява чрез регистрирането им от сензора 4 при попадането им върху него. Регистрацията им се свежда до измерване на приноса им в тока през сензорната верига, в зависимост от приложеното напрежение на сензора.The analysis of impurities in the basic gas is carried out by analyzing the energy spectrum of the electrons arising from the Penning ionization of the atoms or molecules of the test substance with metastable atoms of the basic gas, for example, helium. The characteristic electrons created by Penning ionization have unique energy for each atom or molecule. The measurement of energy and the amount of generated electrons with characteristic energies is accomplished by registering them with the sensor 4 when they hit it. Their registration is reduced to measuring their contribution to the current through the sensor circuit, depending on the applied voltage of the sensor.

Получената волт-амперната характеристика носи важна информация за частиците на примесния газ. Тя се обработва по различни известни методи, например чрез пряко числено диференциране с използване, при необходимост, на различни известни процедури на изглаждане на данните или чрез използване на различни електронни схеми, използващи модулация на приложеното напрежение U със слаб променлив сигнал AU с честота ω, с последващо синхронно детектиране на честота ω за получаване на първата производна или на честота 2ω за получаване на втората производна. Получената след диференциране крива дава, зависимостта на първата или втората производна на тока в сензорната верига от приложеното на сензора отрицателно напрежение. Тази зависимост представлява функцията на разпределение на електроните по енергии, характеризираща се с наличието на максимуми, съответстващи на характеристичната енергия на електроните, създадени при Пенингова йонизация на примесния газ. По параметрите на тези електрони се определя състава на изследваните примеси.The resulting current-carrying characteristic carries important information about the impurity gas particles. It is processed by various known methods, for example, by direct numerical differentiation using, where necessary, different known data smoothing procedures or by using various electronic circuits using modulation of the applied voltage U with a weak variable signal AU with frequency ω, followed by simultaneous detection of frequency ω to obtain the first derivative or frequency 2ω to obtain the second derivative. The curve obtained after differentiation gives the dependence of the first or second derivative of the current in the sensor circuit on the negative voltage applied to the sensor. This dependence is the function of electron distribution over energies, characterized by the presence of maxima corresponding to the characteristic energy of the electrons generated by Penning ionization of the impurity gas. The composition of these impurities is determined by the parameters of these electrons.

Приносът на електроните с характеристична енергия в интервала 2 - 14 еВ в сензорния ток може да се отдели и измери, поради това, че потенциалът на плазмата в такива условия е близък до потенциала на анода, а температурата на основната част от електрони в плазмата е около 1 еВ и спада експоненциално в областта на високите енергии. Групите електрони с характеристична енергия не изпитват забележими изменения на първоначалната си енергия (тъй като полето между анода и сензора е слабо) и формират наблюдаваните във функцията на разпределение на електроните по енергии максимуми, по които се определя състава на газовата смесThe contribution of electrons with characteristic energy in the range 2 - 14 eV to the sensing current can be separated and measured, because the plasma potential under such conditions is close to the anode potential and the temperature of the bulk of the electrons in the plasma is about 1 eB and declines exponentially in the high energy field. The groups of characteristic energy electrons do not experience noticeable changes in their initial energy (since the field between the anode and the sensor is weak) and form the maximums observed in the function of electron distribution by energy, which determine the composition of the gas mixture.

Като основен газ се използва инертен газ, тъй като инертния газ не влиза в химични реакции с примесите и не изкривява резултатите от качествения и количествен анализ. Освен това метастабилните атоми на инертния газ имат енергии достатъчни за Пенингова йонизация на болшинството химични съединения, което позволява, при създаване на газоразрядна плазма в инертния газ, метастабилните му атоми да се използват като частици с определена енергия за йонизация на премесите.Inert gas is used as the base gas because the inert gas does not enter into chemical reactions with impurities and does not distort the results of qualitative and quantitative analysis. In addition, the metastable atoms of the inert gas have energies sufficient for the Penning ionization of most compounds, which allows, when creating a gas-discharge plasma in the inert gas, its metastable atoms to be used as particles with certain energies for ionization of the mixtures.

Захранващия блок 10, осигурява постоянно отрицателно напрежение на катода от порядъка 200 - 600 В, а анодът е заземен.The power supply unit 10 provides a constant negative voltage of the cathode of the order of 200 - 600 V and the anode is grounded.

Волт-амперната характеристика на сензорната верига се измерва чрез измерване на тока между сензора 4 и анода 3, по пада на напрежението на измерителния резистор 11, включен в тази верига, в зависимост от приложеното напрежение U. Напрежението върху резистор 11, чиято стойност трябва да бъде достатъчно малка за да не изкривява волт-амперната характеристика на сензора, се усилва с помощта на електронни схеми и се получава споменатата волт-амперна характеристика. Например, напрежението от измерителния резистор 11 се подава на входа на усилвателя с аналогово цифров преобразувател 13 и по-нататък в компютъра 14 за натрупване и обработка на данните. Компютърът командва цифрово аналоговия преобразувател 12, от чиито изход се подава отрицателно сканиращо напрежение на сензора 4 в диапазон от 0 до -25 В (от порядъка на прага на йонизация на хелия).The voltage-current characteristic of the sensor circuit is measured by measuring the current between the sensor 4 and the anode 3 by the voltage drop of the measuring resistor 11 included in that circuit, depending on the applied voltage U. The voltage across resistor 11 whose value must be small enough not to distort the sensor's current-voltage response, amplified by electronic circuits, and obtain said voltage-response. For example, the voltage from the measuring resistor 11 is fed to the input of the amplifier with an analog-to-digital converter 13 and further into the computer 14 for data accumulation and processing. The computer commands the digital-to-analog converter 12, which outputs a negative scanning voltage of the sensor 4 in the range from 0 to -25 V (in the order of the helium ionization threshold).

Измерителната система на йонизационния детектор работи по следния начин: компютърът 14 дава стартиращ сигнал за сканиращото отрицателното напрежение на цифрово аналоговия преобразувател 12, което през резистора 11 се подава на сензора 4 и протича ток през сензорната верига. Същевременно компютърът 14 измерва пада на напрежение върху резистора lie помощта на аналогово цифровия преобразувател 13. След това компютърът 14 установява нова стойност на напрежението на цифрово аналоговия преобразувател 12. Този процес се повтаря циклично, данните от аналогово цифровия преобразувател 13 се сумират и осредняват от компютъра 14 за всяка фиксирана стойност на напрежението на цифрово аналоговия преобразувател 12 и по такъв начин се измерва волт-амперната характеристика в сензорната верига.The measurement system of the ionization detector works as follows: the computer 14 gives a starting signal for the scanning negative voltage of the digital-to-analog converter 12, which is fed through the resistor 11 to the sensor 4 and current flows through the sensor circuit. At the same time, computer 14 measures the voltage drop across the resistor lie using the analog-digital converter 13. The computer 14 then establishes a new voltage value of the digital-to-analog converter 12. This process is repeated cyclically, the data from the analogue-digital converter 13 is aggregated and averaged from the computer. 14 for each fixed voltage value of the digital-to-analog converter 12 and thus measure the voltage-current characteristic in the sensor circuit.

Разпределението на потенциалите в йонизационната камера е показано на крива 15 (фиг. 2). В областта на катодния слой на обемен заряд между катода 2 и равнината 9 (фиг. 1) падът на потенциала е голям, докато в плазмата на отрицателното тлеещо светене и Фарадеевото тъмно пространство - между равнината 9 и анода 3 полето е слабо и тази област може да се разглежда като еквипотенциална. При движението си в тази област характеристичните електрони не изменят съществено енергията си и 10 « *The distribution of potentials in the ionization chamber is shown in curve 15 (Fig. 2). In the region of the cathode layer of bulk charge between cathode 2 and plane 9 (Fig. 1), the potential drop is large, whereas in the plasma of negative glow light and Faraday dark space - between plane 9 and anode 3 the field is weak and this region can to be considered equipotential. When moving in this field, characteristic electrons do not significantly change their energy and 10 «*

попадат на сензора 4 с енергия, каквато са получили при създаването си. Концентрацията на йонизиращите частици, в случая метастабилните атоми, е найголяма в прикатодната част на отрицателното тлеещо светене близко до равнина 9 и съответно концентрацията на създадените характеристични електрони също е найвисока.they hit the sensor 4 with the energy they received when they were created. The concentration of ionizing particles, in this case the metastable atoms, is greatest in the near-plane near-plane 9 negative glow, and accordingly the concentration of the characteristic electrons generated is also highest.

Ето защо събиращия електроните електрод - сензорът 4 е разположен в прикатодната част на плазмата на отрицателното тлеещо светене, където концентрацията на възбудени и заредени частици е максимална и пада на потенциала е малък, като сензорът 4 е на такова разстояние от повърхността на катода 2, при което попада извън областта на катодния слой на обемен заряд, където има значителен пад на потенциала и значително разпрашване на катода 2.Therefore, the electrode collector electrode - sensor 4 is located in the near-surface part of the negative glow plasma, where the concentration of excited and charged particles is maximum and the potential drop is small, with the sensor 4 being at such a distance from the surface of the cathode 2, at which falls outside the region of the cathode layer of bulk charge, where there is a significant drop in potential and significant cathode dusting.

Дебелината на нормалния катоден пад на потенциала е известна практически за всички газове или може да бъде определена експериментално за всяко конкретно измерване. При високи налягания дебелината на отрицателното тлеещо светене е малка и сензорът лесно може да се окаже във Фарадеевото тъмно катодно пространство, където концентрацията на метастабилни атоми е по-малка.The thickness of the normal cathode potential drop is known in almost all gases or can be determined experimentally for each specific measurement. At high pressures, the thickness of the negative glow glow is small and the sensor can easily be in the Faraday dark cathode space, where the concentration of metastable atoms is smaller.

Катодът 2, анодът 3 и сензорът 4 са разположени в близост до стените на йонизационната камерата 1, без да се опират в тях, с цел да се избегне късо съединение между електродите от натрупвания разпратен материал, като с това се повишава времето на живот на йонизационния детектор.The cathode 2, the anode 3 and the sensor 4 are positioned close to the walls of the ionization chamber 1, without touching them, in order to avoid a short circuit between the electrodes of the accumulated sputtered material, thereby increasing the lifetime of the ionization chamber detector.

На задната повърхност на катода 2 и анода 3 са поставени изолатори за ограничаване на разряда, не посочени на фиг. 1.At the back surface of the cathode 2 and the anode 3 are placed discharge limiting insulators not indicated in FIG. 1.

Методът и йонизационният детектор за анализ на примеси в газове се основават на следния модел на физически процеси, протичащи в плазмата на детектора.The method and ionization detector for the analysis of impurities in gases are based on the following model of physical processes occurring in the plasma of the detector.

При взаимодействие на атоми или молекули на примес А с частици В*, имащи определена енергия на възбуждане Е_т протича Пенингова йонизация на атомите или молекулите на примеса с образуване на характеристични електрони е, когато енергията на възбуждане на частиците В* е достатъчна за това:In the interaction of atoms or molecules of impurity A with particles B * having a certain excitation energy E _t Pening ionization of the atoms or molecules of impurity with the formation of characteristic electrons is when the excitation energy of the particles B * is sufficient for this:

А+В*^>А⁺ + В+е (1)A + B * ^> A ⁺ + B + e (1)

На фиг. 1 са показани схематично родените при Пенингова йонизация характеристични електрони 5 и йони на примесния газ 6, а също и атомите на основния газ Ί. Като частици с определена енергия Е_т могат да се използват метастабилнитеIn FIG. 1 shows schematically the characteristic electrons of Penning ionization 5 and the impurity gas ions 6, as well as the atoms of the basic gas Ί. Metastable particles can be used as particles with a certain energy E _m

I « · • · · • · · · · · • · · · · атоми 8 на основния газ. В резултат на реакция (1) характеристичните електрони имат кинетична енергия Е_е равна на:I · atoms 8 on the main gas. As a result of the reaction (1) the characteristic electrons having a kinetic energy E _is equal to:

E_e=E_m-Ei (2)E _e = E _m -Ei (2)

където Е, е потенциала на йонизация на атома или молекулата на анализирания примес.where E is the ionization potential of the atom or molecule of the impurity analyzed.

Метастабилните атоми 8 се образуват в стационарна нискотемпературна газоразрядна плазма, създавана в йонизационната камера 1 между катод 2 и анод 3, където като основен газ се използва инертен газ, например хелий. Стените на йонизационната камера 1 (фиг. 1) са разположени перпендикулярно на електродите 2 и 3, и са в близост до тях.The metastable atoms 8 are formed in a stationary low-temperature gas discharge plasma formed in the ionization chamber 1 between the cathode 2 and the anode 3, where an inert gas such as helium is used as the main gas. The walls of the ionization chamber 1 (Fig. 1) are perpendicular to the electrodes 2 and 3, and are adjacent to them.

Отношението на концентрациите на основния газ и анализираните примеси трябва да бъде такова че, основната част от метастабилни атоми да принадлежи на атомите на инертния газ. Тъй като времето на живот на метастабилните състояния е голямо в сравнение с другите възбудени състояния на атомите на газа, то главен източник на йонизации на примесите в плазмата чрез реакция (1) са метастабилните атоми на основния газ с известна енергия Е_т. Хелиевите метастабилни атоми имат енергии 19.8 еВ и 20.6 еВ, които са достатъчни за йонизация на всички атоми и молекули, с изключение на неона. Разликата от 0.8 еВ между енергиите на тези две метастабилни състояния може да дава две групи характеристични електрони с такава разлика в енергиите за всеки примес. Използването на неона като основен газ също може да е целесъобразно, тъй като, той има две метастабилни състояния с разлика между енергиите им от 0.1 еВ и за всеки примес може да дава две групи характеристични електрони с посочената разлика в енергиите, което позволява да бъдат разглеждани като едно ниво и да се опрости идентификацията на примесите. Останалите инертни газове също имат метастабилни състояния с висока стойност на Е_т. Използването им като основен газ също може да е целесъобразно от гледна точка на енергията на техните метастабилни състояния, подходяща за йонизация на някои примеси, тяхната химическа стабилност, достатъчна разпространеност и запазване на газообразното им състояние в широк диапазон от температури. Освен това, инертните газове се състоят само от атоми, а техните най-ниски възбудени нива имат достатъчно високи енергии. В този случай електроните, образуващи се чрез реакция (1), ще изпитват само еластични удари с инертния газ в йонизационната камера, което слабо изменя тяхната енергия Е_е, поради това, че при един еластичен удар електрона губи енергия δ« 1.The ratio of the concentrations of the parent gas and the impurities analyzed must be such that the bulk of the metastable atoms belong to the inert gas atoms. Since the lifetime of the metastable states is long compared to other excited states of the gas atoms, the main source of ionization of the impurities in the plasma by reaction (1) is the metastable atoms of the basic gas with a known energy E _m . Helium metastable atoms have energies of 19.8 eV and 20.6 eV, which are sufficient to ionize all atoms and molecules except neon. A difference of 0.8 eV between the energies of these two metastable states can yield two groups of characteristic electrons with such a difference in energies for each impurity. The use of neon as a basic gas may also be appropriate since it has two metastable states with a difference of energies of 0.1 eV and for each impurity can give two groups of characteristic electrons with the indicated energy difference, which allows them to be considered as one level and simplify the identification of impurities. The remaining inert gases also have metastable states with high E _m . Their use as a base gas may also be appropriate in terms of the energy of their metastable states, suitable for the ionization of certain impurities, their chemical stability, sufficient abundance and the preservation of their gaseous state over a wide range of temperatures. In addition, inert gases consist only of atoms, and their lowest excited levels have sufficiently high energies. In this case, the electrons formed by reaction (1) will only experience elastic shocks with the inert gas in the ionization chamber, which slightly modifies their energy E _is , because in one elastic shock, the electron loses energy δ «1.

• ·• ·

От физиката на плазмата е известно [6], че при стационарен режим на горене на нискотемпературна газоразрядна плазма, между катода 2 и границата на катодния слой 9 пада практически цялото приложено напрежение V, както е показано на кривата 15 от фиг. 2. При това бързите електрони, осигуряващи възбуждане и йонизация на атомите на газа, и по такъв начин поддържането на плазмата, получават енергията си при преминаване на тази част на разряда и имат широко и равномерно разпределение по енергии. Същевременно, потенциалът на пространството в йонизационната камера, от границата на катодния слой 9 до анода 3, е практически постоянен, затова всички характеристични електрони образувани при йонизиращи удари по реакция (1) в тази област ще имат фиксирана кинетична енергия по отношение на потенциала на анода 3 на йонизационната камера.It is known from plasma physics [6] that, under steady-state burning mode of low-temperature gas discharge plasma, practically the entire applied voltage V falls between the cathode 2 and the boundary of the cathode layer 9, as shown in curve 15 of FIG. 2. At the same time, fast electrons that provide excitation and ionization of gas atoms, and thus the maintenance of the plasma, receive their energy upon passage of this part of the discharge and have a broad and uniform distribution of energies. At the same time, the space potential in the ionization chamber, from the boundary of the cathode layer 9 to the anode 3, is practically constant, so all characteristic electrons formed by ionizing shocks by reaction (1) in this region will have a fixed kinetic energy with respect to the anode potential 3 on the ionization chamber.

Според предлаганото изобретение, налягането на основния газ и пространствената конфигурация на електродите и стените се избират така, че разстоянието от произволна точка вътре в плазмата до електродите или най-близката стена на камерата 1 да не превишава средната дължина на преместване на характеристичните електрони до момента, в който те губят предварително зададена част от кинетичната си енергия. Условията в споменатата нискотемпературна плазма също се избират така, че влиянието на междуелектронните удари да е малко.According to the present invention, the pressure of the basic gas and the spatial configuration of the electrodes and walls are chosen such that the distance from any point inside the plasma to the electrodes or the closest wall of the chamber 1 does not exceed the average length of displacement of the characteristic electrons so far, in which they lose a predetermined portion of their kinetic energy. The conditions in said low-temperature plasma are also chosen such that the impact of the inter-electron shocks is small.

Характеристичните електрони се движат хаотично в еквипотенциалното пространство на йонизационната камера, изпитвайки главно еластични удари с атомите на основния газ докато не попаднат на анода 3 или на една от стените на камерата 1, където изчезват (рекомбинират). При еластичен удар на електрон с атом на основния газ електрона губи част от кинетичната си енергия, равна на 2т/М_ь, където т е масата на електрона, а М_ь е масата на атома на основния газ. Например, за хелия 2т/М_ь е около 0.0001, затова електрона губи само около 1% от своята енергия при 100 еластични удара. Дължината на свободния пробег на електрона за еластичен удар е:Characteristic electrons move erratically in the equipotential space of the ionization chamber, experiencing mainly elastic shocks with the atoms of the main gas until they hit the anode 3 or one of the walls of the chamber 1 where they disappear (recombine). In an elastic impact of an electron with a basic gas atom, the electron loses part of its kinetic energy equal to 2m / _Mb , where m is the mass of the electron and _Mb is the mass of the atom of the basic gas. For example, for helium 2t / _Mb is about 0.0001, so the electron loses only about 1% of its energy at 100 elastic shocks. The elongated free path of an electron for elastic impact is:

L_e = \!(N_bа_е) (3) където N_b - е концентрацията на атомите на основния газ, а_е - е сечението за еластичен удар на електрона с атомите на основния газ.L _e = \! (N _b a _e ) (3) where N _b - is the concentration of the atoms of the base gas, and _e - is the section for elastic impact of the electron with the atoms of the base gas.

За различните газове тези сечения са известни и са от порядъка на ~10 ¹⁶ см . След всеки удар електрона преминава средно разстояние L_e и случайно мени направлението на движението си, като Браунова частица. Според известното уравнение на дифузията, Брауновата частица след п удара ще премине разстояние L_e- -Jn от • · • · • · · · · началната точка. Така, електрона ще загуби, например, 1% от енергията си, премествайки се в хелий на разстояние десет дължини на свободен пробег (10. L_e) спрямо точката, където е станала йонизацията. Да въведем ниво на загубите на енергията на електроните равно на отношението на загубената енергия към първоначалната. Ако в разглеждания случай за хелий δ_Ε е 1%, то конфигурацията на йонизационната камера трябва да бъде такава, че минималното разстояние I от произволна точка в камерата до една от стените или до електродите, да не е по-голямо ^от Imin ⁼ 10. L_e, при избраната концентрация на хелия като основен газ. В общия случай, стойността на /_тг„ се пресмята с използване на конкретни стойности на т/Мь, &_е, N_E и избраното ниво на загуби δ_Ε, аза1е изпълнено условиетоFor the various gases these sections are known and are in the order of ~ 10 ¹⁶ cm. After each impact, the electron travels an average distance L _e and accidentally changes its direction as a Brown particle. According to the known diffusion equation, the Brown particle after n impact will pass a distance L _e - -Jn from the starting point. Thus, the electron will lose, for example, 1% of its energy, moving into helium at a distance of ten free-paths (10. L _e ) from the point where the ionization occurred. Introduce a level of electron energy loss equal to the ratio of the energy lost to the original energy. If the helium δ _Ε in this case is 1%, then the configuration of the ionization chamber must be such that the minimum distance I from any point in the chamber to one of the walls or to the electrodes is not greater ^than Imin ⁼ 10. L _e , at the selected concentration of helium as the base gas. In the general case, the value of / _m2 'is calculated using the specific values of m / Mb, & _e , N _E and the selected loss level δ _Ε , provided that the condition

I < Lin = (0_Е.М_ь/т)^У2 /N_b.a (4)I <Lin = (0 _E .M _b / t) ^Y2 / N _b .a (4)

Така, при изпълнение на условието (4) формата на йонизационната камера може да бъде избрана достатъчно произволно, тъй като плазмата заема целия обем между електродите. Също така при изпълнението на условието (4) разрядът е къс, т.е. не се образува положителен стълб. Затова един от целесъобразните варианти на камерата е паралелепипед, две от противоположните стени на който са разположени на разстояние L = l_min и представляват електродите 2 и 3. По такъв начин „мъртвия обем” (там където не протича анализ на газа) на йонизационната камера е минимален. Условието (4) не налага ограничения на напречните размери на електродите 2 и 3, и тези размери могат да бъдат много по-големи от L. По такъв начин електроните ще попадат на анода 3 или на стените на йонизационната камера без да успеят да загубят част от своята енергия, по-голяма от зададената δ_Ε. За работата на йонизационната камера при атмосферно налагане на основния газ хелий, разстоянието между електродите трябва да е около 0.1 мм. Напречните размери на електродите (и тяхната площ) се избират така, че при наличната плътност на тока от електрони, образуващи се при йонизация на примесите, сумарния ток на сензора да е достатъчен за неговата надеждна регистрация с известните електронни схеми. Също така от условието (4) и от условието за възможността за запалване на газов разряд следва, че работния диапазон на налягания може да бъде от 10 до 10⁵ Па и повече.Thus, under condition (4), the shape of the ionization chamber can be chosen arbitrarily enough, since the plasma occupies the entire volume between the electrodes. Also, under condition (4), the discharge is short, i.e. no positive pillar is formed. Therefore, one of the appropriate camera variants is a parallelepiped, two of the opposite walls of which are spaced L = l _min and represent electrodes 2 and 3. Thus, the "dead volume" (where no gas analysis is performed) of the ionization chamber is minimal. Condition (4) does not impose constraints on the transverse dimensions of electrodes 2 and 3, and these dimensions can be much larger than L. In this way, the electrons will fall on the anode 3 or on the walls of the ionization chamber without losing part of it. of its energy greater than the set δ _Ε . For the operation of the ionization chamber at atmospheric deposition of the main helium gas, the distance between the electrodes should be about 0.1 mm. The transverse dimensions of the electrodes (and their area) are chosen such that, with the current density of electrons generated by the impurity ionization, the total current of the sensor is sufficient for its reliable registration with known electronic circuits. It is also apparent from condition (4) and the condition for the possibility of igniting a gas discharge that the operating pressure range may be from 10 to 10 ⁵ Pa or more.

Добре е известно, че плазмата екранира външно електрично поле, което прониква вътре в плазмата само на разстояние равно на Дебаевският радиус[6]:It is well known that plasma shields an external electric field that penetrates inside the plasma only at a distance equal to the Debye radius [6]:

(5) където N_e е концентрацията на електроните. Ако в прикатодната област близко до стените на камерата се постави допълнителен електрод - сензор 4 и към него се приложи отрицателно напрежение U по отношение на анода 3, не по-голямо от потенциала на йонизация на основния газ , то по-голямата част от напрежението U ще падне в слой с дебелина от порядъка на Ld около сензора 4. Затова полето в слоя около плоския електрод 4 е хомогенно, а самия електрод 4 не нарушава еквипотенциалността на пространството, където се раждат характеристичните електрони. Сканирайки U и измервайки волтамперната характеристика, може да се анализират характеристичните електрони по енергии.(5) where N _is the electron concentration. If an additional electrode sensor 4 is placed near the walls near the chamber and a negative voltage U is applied to it with respect to the anode 3, which does not exceed the ionization potential of the main gas, then most of the voltage U it will fall into a layer in the order of Ld about sensor 4. Therefore, the field in the layer around the flat electrode 4 is homogeneous, and the electrode 4 itself does not disturb the equipotentiality of the space where the characteristic electrons are born. By scanning the U and measuring the current rating, the characteristic electrons can be analyzed for energy.

При хаотичното си движение в еквипотенциалното пространство характеристичните електрони 5(a) и 5(6) на фиг. 1 попадат в близост до сензора 4, съхранявайки практически своята първоначална кинетична енергия, получена в момента на йонизацията, тъй като според условие (4) електрона изчезва на електродите или на стените още преди момента, в който той губи определена част от своята енергия. Влитайки в хомогенното електрично поле в близост до сензора 4, електрона се движи под някакъв случаен ъгъл спрямо вектора на това поле и започва да се забавя. Съгласно уравненията на движение в хомогенно електрично поле при даден отрицателен потенциал U на електрода 4, електрона ( например 5(a) на фаг.1), имащ достатъчно кинетична енергия Е_е и вектор на скоростта, лежащ в някакъв конус околоIn the chaotic motion in the equipotential space, the characteristic electrons 5 (a) and 5 (6) of FIG. 1 fall near the sensor 4, storing practically its initial kinetic energy obtained at the moment of ionization, since, by condition (4), the electron disappears on the electrodes or on the walls even before it loses some of its energy. As it enters the homogeneous electric field near the sensor 4, the electron moves at some random angle to the vector of this field and begins to slow down. According to the equations of motion in a homogeneous electric field at a given negative potential U of electrode 4, an electron (eg 5 (a) in FIG. 1) having sufficient kinetic energy E _is also a velocity vector lying in some cone around

вектора на полето, достига до повърхността на електрода 4 и дава своя принос в сензорния ток. В противния случай електрона (например 5(6) на фиг.1) се отразява от отблъскващия потенциал на сензора 4 и се връща назад в еквипотенциалното пространство, а после може да повтори опита си да попадне на сензора 4 или в крайна сметка, да изчезне на анода 3 или на стените на йонизационната камера 1. Ако електрона, намирайки се вече в споменатото електрично поле изпита еластичен удар с атом на основния газ, то абсолютната стойност на неговата енергия не се изменя, а може само по случаен начин да се измени направлението на вектора на скоростта му. Така, даже и при еластични удари в слоя около сензора 4, случайния характер на разпределението на ъгъла между вектора на скоростта на електроните и вектора на полето ще се запази. Разпределението на електроните по скорости в еквипотенциалното пространство на йонизационната камера може да се опише с определена функция на разпределение F(v), където v е модула на скоростта на електроните. При това F(v) dv съответства на броя на електроните, имащи скорости в диапазона от v до v + dv. В частност функцията на разпределение F(^2(Е_т -E_j}!m • · • · · · определя концентрацията на електроните, родени при Пенингова йонизация на атомите или молекулите на примеса с потенциал на йонизация Е/. Интегрирайки по всички стойности на енергията на електроните и по всички ъгли на влитане в хомогенното електрично поле на слоя (считайки разпределението на електроните по ъгъл на влитане за равномерно поради случайния характер на „блуждаенията” в еквипотенциалното пространство), ще се получи волт-амперната характеристика - зависимостта на електронния ток 1_е през плоския електрод 4 от приложеното напрежение U и от вида на функцията F(v) (например [6]):the field vector reaches the surface of the electrode 4 and contributes to the sensing current. Otherwise, the electron (for example, 5 (6) in Figure 1) is reflected by the repulsive potential of the sensor 4 and returned back to the equipotential space, and then may repeat its attempt to fall on the sensor 4 or eventually disappear. of the anode 3 or the walls of the ionization chamber 1. If the electron, while already in the said electric field, experiences an elastic impact with the atom of the main gas, then the absolute value of its energy does not change, but can only randomly change the direction of the velocity vector. Thus, even with elastic shocks in the layer around sensor 4, the random nature of the angle distribution between the electron velocity vector and the field vector will remain. The electron velocity distribution in the equipotential space of the ionization chamber can be described by a certain distribution function F (v), where v is the electron velocity modulus. In this case, F (v) dv corresponds to the number of electrons having velocities in the range v to v + dv. In particular, the distribution function F (^ 2 (E _m -E _j} ! M) determines the concentration of electrons born by Penning ionization of atoms or molecules of impurity with ionization potential E /. Integrating by all values of electron energy and at all angles of intrusion in the homogeneous electric field of the layer (considering the distribution of electrons by angle of incidence to be uniform because of the random nature of the "wanderings" in the equipotential space), a voltage-ampere characteristic will be obtained - the dependence of the el. the electron current 1 _is through the flat electrode 4 of the applied voltage U and of the type of function F (v) (for example [6]):

(6)(6)

където е е заряда на електрона a S е площта на сензора 4.where is the charge of the electron and S is the area of the sensor 4.

Тока от положителните йони през сензора 4 се определя от произведението на площта на слоя около сензора 4 и от плътността на дифузионния поток на тези йони на границата на слоя. Повърхността на електрода 4 трябва да бъде достатъчно гладка, така че дебелината на слоя да бъде достатъчно малка в сравнение с локалния радиус на кривина на повърхността на електрода. В такъв случай електрическото поле в слоя ще бъде хомогенно, а площта на слоя практически не зависи от приложеното напрежение U. При това, тока от положителни йони и бързи електрони на сензора 4 практически не зависи от U и техния принос в тока може да бъде изваден от резултантната волтамперна характеристика на сензора.The current of positive ions through sensor 4 is determined by the product of the area of the layer around the sensor 4 and by the density of the diffusion flux of these ions at the boundary of the layer. The surface of the electrode 4 should be sufficiently smooth so that the thickness of the layer is sufficiently small compared to the local radius of curvature of the surface of the electrode. In this case, the electric field in the layer will be homogeneous and the surface area of the layer is practically independent of the applied voltage U. In this case, the positive ion currents and fast electrons of sensor 4 are virtually independent of U and their contribution to the current can be subtracted from the resultant voltage response of the sensor.

Тока между сензора 4 и анода 3, в зависимост от приложеното напрежение U, се измерва с известни методи, например по пада на напрежението на резистор 11, включен в тази верига. Напрежението на резистор 11, чиято стойност трябва да бъде достатъчно малка за да не изкривява волт-амперната характеристика на сензора, се усилва с помощта на известни електронни схеми и се строи споменатата волт-амперна характеристика. Измервайки волт-амперната характеристика в диапазона от приложени напрежения от 0 до потенциала на йонизация на атомите на основния газ и решавайки уравнението (6) може да се намери функцията на разпределение на електроните по енергии F(v) и количеството на тези електрони, които са възникнали при Пенингова йонизация на даден примес. Например, диференцирайки два пъти по U израза (6), получаваме:The current between the sensor 4 and the anode 3, depending on the applied voltage U, is measured by known methods, for example by the voltage drop of resistor 11 included in this circuit. The voltage of resistor 11, whose value must be sufficiently low to not distort the sensor's current-voltage response, is amplified by known electronic circuits and the said current-voltage characteristic is constructed. By measuring the voltage-current characteristic in the range of applied voltages from 0 to the ionization potential of the main gas atoms and solving equation (6) one can find the function of the distribution of electrons by energy F (v) and the amount of those electrons that are arising from Penning ionization of an impurity. For example, differentiating twice by U expression (6), we get:

(7) ·· ····(7) ·· ····

Следователно, два пъти диференцирана измерената волт-амперна характеристика дава крива, състояща се от максимуми, всеки от които съответства на група електрони, родени при Пенингова йонизация на атомите или молекулите на даден примес. Енергията на тези електрони Е_е и положението на съответните максимуми в скалата на приложеното между електродите напрежение се определя от формула (2).Therefore, a twice differentiated measured voltage-current characteristic gives a curve consisting of maxima, each corresponding to a group of electrons born by Penning ionization of atoms or molecules of a given impurity. The energy of these electrons E _is and the position of the corresponding maxima in the scale of applied voltage between the electrodes is determined by formula (2).

Сега да разгледаме ролята на бързите електрони, които се образуват при стационарно горене на разряда и, които получават своята енергия при ускорението си в катодния слой (между катода 2 и равнината 9). Тяхната функция на разпределение по енергии представлява „стъпало”, имайки практически постоянна стойност в диапазона от 0 до Е_т, а по-нататък много бързо пада. Затова приноса на тези електрони в тока през сензора 4 слабо зависи от U и техния принос при диференцирането на формула (7) ще бъде равен на нула.Now let us consider the role of fast electrons, which are formed during the stationary combustion of a discharge, and which receive their energy at their acceleration in the cathode layer (between cathode 2 and plane 9). Their distribution function in energy is "rung", having practically constant value ranging from 0 to E _m, and further falls very quickly. Therefore, the contribution of these electrons to the current through the sensor 4 is weakly dependent on U and their contribution to the differentiation of formula (7) will be zero.

Така максимумите в зависимостта F(y) ще дават информация именно за характеристичните електрони, образуващи се в реакция (1), които представляват интерес.Thus, the maxima depending on F (y) will give information precisely about the characteristic electrons formed in reaction (1) of interest.

По положението на наблюдаваните максимуми и съответната стойност на £_г може да се идентифицират примесите в основния газ. При използване на известните скоростни константи за Пенингова йонизация на идентифицираните примеси с метастабилните атоми на основния газ и стойността на тока 7_et/ от електрони с енергии Е_т - Ei, могат да се определят парциалните концентрации на примесите Nj в случай на плоско паралелни анод и катод от уравнението:The position of the observed maxima and the corresponding value of £ _g impurities in the main gas can be identified. Using known rate constants for Penning ionization of identified impurities with metastable atoms of the basic gas and a current value of 7 _et / from electrons with energies E _m - Ei, the partial concentrations of impurities Nj in the case of plane parallel anodes and cathode of the equation:

(8)· където А е безразмерен коефициент, зависещ от геометрията на сензора 4. Концентрацията на метастабилните атоми N_m може да се определи по известните спектроскопични методи (например по метода на поглъщане на спектрални линии). N_m може да се определи по измерената волт-амперна характеристика по стойността на тока от електрони 1_е2 родени при Пенингова йонизация в резултат на удар между два метастабилни атома и въз основа на уравнението:(8) · where A is a dimensionless coefficient dependent on the geometry of the sensor 4. The concentration of metastable atoms N _m can be determined by known spectroscopic methods (for example, by absorption of spectral lines). N _m can be determined from the measured voltage-current characteristic of the current value of electrons 1 _is 2 born in Penning ionization as a result of a blow between two metastable atoms and based on the equation:

N, (9) където ki2 е константа на сълкновителна йонизация на два метастабилни атома.N, (9) where ki2 is the collisional ionization constant of two metastable atoms.

Абсолютните концентрации на примесите може да се получат също така, добавяйки известен примес със зададена концентрация N_p към изследваната смес и сравнявайки токовете от електрони, образуващи се при йонизация на съответните примесите, с използване на уравнение (8).Absolute impurity concentrations can also be obtained by adding a known impurity with a given concentration of N _p to the test mixture and comparing the electron currents generated by ionization of the respective impurities using equation (8).

Nd Np (I_ed kjp /1_ep kid) (10)Nd Np (I _e d kjp / 1 _e p kid) (10)

Съгласно друго примерно изпълнение на йонизационния детектор за анализ на примеси в газове (Фиг. 3), в йонизационната камера 1 паралелно на катода 2 е разположен регистриращ електрод - сензор 17. Между катода 2 и сензора 17 е разположен анод 16, представляващ проводяща на мрежа. Катодът 2, мрежестият анод 16 и сензорът 17 имат плоска форма.According to another exemplary embodiment of the ionization detector for the analysis of impurities in gases (Fig. 3), a registration electrode sensor 17 is arranged in parallel with the cathode 2 in the ionization chamber 1. An anode 16 is represented between the cathode 2 and the sensor 17, representing a conductive network . The cathode 2, the mesh anode 16 and the sensor 17 have a flat shape.

Съгласно условието за формиране на нелокална плазма, налягането на основния газ и пространствената конфигурация на електродите и стените на камерата 1 се избират така, че разстоянието от произволна точка в плазмата до най-близката повърхност на сензора 17 или стените на йонизационната камера 1 да бъде по-малко от средната дължина на преместване на електроните до момента, в който те губят предварително зададена част от кинетичната си енергия l_min. Това условие налага ограничение за разстоянието Lj между катода 2 и сензора 17 и има вида - Lj < l_minТака сензорът е разположен в нелокална плазма.According to the condition for the formation of non-local plasma, the pressure of the main gas and the spatial configuration of the electrodes and the walls of the chamber 1 are chosen such that the distance from any point in the plasma to the nearest surface of the sensor 17 or the walls of the ionization chamber 1 is - less than the average electron displacement length until they lose a predetermined fraction of their kinetic energy l _min . This condition imposes a restriction on the distance Lj between the cathode 2 and the sensor 17 and is of the form - Lj <l _m inThus the sensor is located in nonlocal plasma.

Мрежестия анод 16 е разположен на такова разстояние от повърхността на катода 2, при което е извън областта на катодния слой на обемен заряд (между катода 2 и повърхността 9), където има значителен пад на потенциала. Разпределението на потенциалите в йонизационната камера е показано на крива 15(a) (фиг. 4).The mesh anode 16 is located at such a distance from the surface of the cathode 2 that it is outside the area of the cathode layer of bulk charge (between the cathode 2 and the surface 9), where there is a significant drop in potential. The distribution of potentials in the ionization chamber is shown in curve 15 (a) (Fig. 4).

Катодът 2, анодът 16 и сензорът 17 са разположени в близост до стените на йонизационната камерата 1 без да се опират в тях. На задната повърхност на катода 2 и сензора 17 са поставени изолатори за ограничаване на разряда, не посочени на фиг. 3.The cathode 2, the anode 16 and the sensor 17 are located close to the walls of the ionization chamber 1 without touching them. At the rear surface of the cathode 2 and the sensor 17, discharge isolators not shown in FIG. 3.

Сензорът 17 е свързан през измерителен резистор 11 със цифрово аналогов преобразувател 12, а също така и с аналогово цифров преобразувател 13. Мрежестият анод 16 е свързан също с цифрово аналоговия преобразувател 12. Цифрово аналоговият преобразувател 12 и аналогово цифровият преобразувател 13 са свързани с компютър 14.The sensor 17 is connected via a measuring resistor 11 to a digital-to-analog converter 12 and also to an analog-to-digital converter 13. The network anode 16 is also connected to a digital-to-analogue converter 12. The digital-to-analog converter 12 and the analog-to-digital converter 14 .

Между катода 2 и мрежестия анод 16 се прилага напрежение V за запалване и поддържане на стационарен тлеещ разряд от захранващия блок 10. Към сензора 17 е включена измерителна схема за регистрация на тока в зависимост от напрежението,A voltage V is applied between the cathode 2 and the mesh anode 16 to ignite and maintain a stationary glow discharge from the power unit 10. A voltage-dependent measurement circuit is included to the sensor 17,

приложено между сензора 17 и анода 16, т. е. на волт-амперната характеристика през сензорната верига. Цифрово аналоговият преобразувател 12, осигурява сканиращо напрежение U в диапазона от 0 до -25 В.applied between the sensor 17 and the anode 16, i.e., the voltage-current characteristic across the sensor circuit. The digital to analog converter 12 provides a scanning voltage U in the range of 0 to -25 V.

Измерителната система има възможност за определяне на количеството електрони с характеристични енергии, създадени при Пенингова йонизация на атомите или молекулите на изследваните примеси, изпълнени по начини, аналогични на описаните горе начини. По параметрите на тези електрони се определя състава на изследваните примеси.The measuring system has the ability to determine the amount of electrons with characteristic energies generated by Penning ionization of atoms or molecules of impurities studied, performed in ways analogous to the methods described above. The composition of these impurities is determined by the parameters of these electrons.

Конфигурациите на електродите 2, 16 и 17 могат да бъдат достатъчно произволни при изпълнение на условието за формиране на нелокална плазма, обаче оптимален е вариантът, при който те имат плоска форма и са разположени паралелно един на друг.The configurations of the electrodes 2, 16 and 17 may be sufficiently arbitrary under the condition of formation of nonlocal plasma, however, the variant in which they have a flat shape and are arranged parallel to one another is optimal.

Анодът 16, представляващ проводяща мрежа, разположена между катодът 2 и сензора 17, позволява дифузията на характеристичните електрони до сензора 17. При тази конфигурация на електродите, електроните и йоните се движат в пространство, близко до еквипотенциалното между мрежестия анод 16 и сензора 17, и в последствие в хомогенното електрично поле на плазмения слой около сензора 17 - крива 15(a) (фиг.The anode 16, representing a conductive network located between the cathode 2 and the sensor 17, allows the diffusion of the characteristic electrons to the sensor 17. In this configuration, the electrodes, electrons and ions move in a space close to the equipotential between the mesh anode 16 and the sensor 17, and subsequently, in the homogeneous electric field of the plasma layer around sensor 17, curve 15 (a) (FIG.

4). Границата на слоя около сензора 17 е обозначена с 18.4). The boundary of the layer around sensor 17 is indicated by 18.

Известно е също така, че освен бързите и характеристичните електрони, в разглежданата плазма основна група са бавните електрони, при това тяхната температура Т_е в при анодната област на плазмата има стойност от порядъка на 0.05 еВ. Ако геометричните размери на прианодната област са много по-големи от Ld (5), то създаването на характеристични електрони в основната част на тази област става в условията на еквипотенциалност, а нееднородността на потенциала има стойност от порядъка на Т_е. При този вариант също е приложима формула (7) за намирането по волт-амперната характеристика по броя характеристични електрони попадащи на сензора 17, възникващи при Пенингова йонизацията на атоми или молекули на примесите.It is also known that, in addition to the fast and characteristic electrons, slow electrons are the main group in the plasma under consideration, with their temperature T _being in the anode region of the plasma having a value of the order of 0.05 eV. If the geometric dimensions of the pranoid region are much larger than Ld (5), then the generation of characteristic electrons in the bulk of this region takes place under equipotential conditions, and the inhomogeneity of the potential has a value of the order of T _e . In this embodiment, formula (7) is also applicable for the determination of the voltage-current characteristic by the number of characteristic electrons incident on the sensor 17 arising from Penning ionization of atoms or impurity molecules.

Съгласно друго примерно изпълнение на йонизационния детектор за анализ на примеси в газове (Фиг. 5) в йонизационната камера 1 са разположени множество - N на брой идентични набора от плоски катоди 2, мрежести аноди 16 и сензори 17, образуващи N на брой идентични независими стационарни разряди.According to another exemplary embodiment of the ionization detector for the analysis of impurities in gases (Fig. 5) in the ionization chamber 1 are arranged multiple - N identical sets of flat cathodes 2, mesh anodes 16 and sensors 17 forming N identical independent stationary discharges.

Налягането на основния газ и разстоянието Li между катода 2 и сензора 17 на всеки набор се задава от условието за формиране на нелокална плазма - L] < l_mi_n. Всеки • · мрежест анод е разположен на такова разстояние от повърхността на съответния катод, при което е извън областта на катодния слой на обемен заряд, където има значителен пад на потенциала.. Катодите 2, анодите 16 и сензорните 17 са разположени в близост до стените на йонизационната камерата 1 без да се опират в тях.The pressure of the base gas and the distance Li between the cathode 2 and the sensor 17 of each set is determined by the condition for the formation of nonlocal plasma - L] <l _m i _n . Each mesh anode is located at such a distance from the surface of the corresponding cathode that it is outside the region of the cathode layer of bulk charge, where there is a significant drop in potential. The cathodes 2, anodes 16 and sensor 17 are located near the walls of the ionization chamber 1 without touching them.

Всеки катод 2 е включен чрез индивидуален баластен резистор 19 към захранващия блок 10, с цел гарантирано запалване на стабилен тлеещ разряд около всеки катод. Всичките мрежести аноди 16 се свързват един с друг и с положителния полюс на захранващия блок 10. Сензорите 17 са свързани през измерителните резистори 11 и през делител на напрежение, образуван от резистори 20 с цифрово аналогов преобразувател 12. На делителя на напрежение е подадено напрежение от 25 В от батерията 21. Анодите 16 също са свързани с цифрово аналоговия преобразувател 12 и с положителния полюс на батерията 21. Измерителните резистори 11 са свързан и с аналогово цифров преобразувател 13. Цифрово аналоговият преобразувател 12 и аналогово цифровият преобразувател 13 и са свързани с компютър 14.Each cathode 2 is connected by an individual ballast resistor 19 to the power supply unit 10, in order to guarantee ignition of a stable glow discharge around each cathode. All mesh anodes 16 are connected to each other and to the positive pole of the power supply unit 10. The sensors 17 are connected through the measuring resistors 11 and through a voltage divider formed by resistors 20 to a digital-analog converter 12. A voltage divider is supplied by 25 V from the battery 21. The anodes 16 are also connected to the digital-to-analog converter 12 and to the positive pole of the battery 21. The measuring resistors 11 are also connected to the analog-to-digital converter 13. The digital-to-analog converter 12 and the analog digit converter 13 and are connected to a computer 14.

На всеки от сензорите 17 се подава индивидуална стойност на сканиращото напрежение U през делителя от резистори 20 с помощта на допълнителен източник на напрежение 21. Напрежението на отместване на делителя се подава от цифрово аналоговия преобразувател 12. От резисторите 11, включени към аналогово цифров преобразувател 13 и компютър 14 се снемат индивидуални стойности на сензорния ток, а след това, чрез компютър 14 се установява нов цикъл. Това позволява да се снеме волт-амперната характеристика едновременно за N еквидистантни стойности на сканиращото напрежение U, което може да бъде важно за повишаване на скоростта на анализа в различни приложения, например в газовата хроматография. Обработката на сензорната волт-амперна характеристика се осъществява по начини, аналогични на описаните горе начини.Each of the sensors 17 is fed an individual value of the scanning voltage U through the divider by resistors 20 by means of an additional voltage source 21. The offset voltage of the divider is supplied by the digital-to-analog converter 12. From the resistors 11 connected to the analog-to-digital converter 13 and computer 14, individual values of sensor current are recorded, and then a new cycle is established through computer 14. This allows us to capture the voltage-current characteristic simultaneously for the N equidistant values of the scanning voltage U, which may be important for increasing the speed of analysis in various applications, for example in gas chromatography. The processing of the sensing current-voltage characteristic is carried out in ways analogous to the methods described above.

Съгласно друго примерно изпълнение на йонизационния детектор за анализ на примеси в газове, като примес се анализират атомите на материала на катода. На фиг. 6 е показано как може да бъде анализиран химичния състав на материала на твърд проводящ образец. За получаване на атомите на твърдия образец 22 се използва разпрашването му под въздействието на стационарен газов разряд, като той е включен като катод (23) в йонизационния детектор. За тази цел на повърхността на твърдия проводящ образец се оформя плоска повърхност 23 (например с помощта на фреза) и върху нея се поставя корпуса на анализатора 24, изработен от диелектрик 25. В корпуса на анализатора 24 е поставен правоъгълен електрод - сензор 26 с плоско чело, насочено към повърхността на площадката 23, а паралелно на него, между катода 23 иAccording to another exemplary embodiment of the ionization detector for the analysis of impurities in gases, the atoms of the material of the cathode are analyzed as impurities. In FIG. 6 shows how the chemical composition of a solid conductive material material can be analyzed. In order to obtain the atoms of the solid sample 22, its sputtering under the influence of a stationary gas discharge is used, and it is included as a cathode (23) in the ionization detector. For this purpose, a flat surface 23 is formed on the surface of the solid conductive sample (for example by means of a milling cutter) and a analyzer housing 24 made of dielectric 25 is placed thereon. A rectangular electrode - flat sensor 26 is placed in the housing of the analyzer 24 forehead directed to the surface of the site 23, and parallel to it, between the cathode 23 and

сензора 26 - мрежест анод 27 с изолатори 28. Противоположното чело на сензора 26 е покрито с изолатор 29, през който са прокарани изолирани електрически изводи 30 и 31, излизащи извън корпуса на анализатора 24.sensor 26 is a mesh anode 27 with insulators 28. The opposite face of sensor 26 is covered with an insulator 29 through which insulated electrical terminals 30 and 31 extending beyond the analyzer housing 24 are passed.

Налягането на основния газ и разстоянието L / между плоската повърхност на твърдия образец 23 и сензора 26 се задава се от условието за формиране на нелокална плазма - Lj < l_min. Мрежестия анод 16 е разположен на такова разстояние от повърхността на катода 2, при което е извън областта на катодния слой на обемен заряд (между катода 2 и повърхността 9), където има значителен пад на потенциала.The pressure of the basic gas and the distance L / between the flat surface of the solid sample 23 and the sensor 26 is determined by the condition for the formation of a non-local plasma - Lj <l _min . The mesh anode 16 is located at such a distance from the surface of the cathode 2 that it is outside the area of the cathode layer of bulk charge (between the cathode 2 and the surface 9), where there is a significant drop in potential.

Отвън корпуса на анализатора 24, включително и повърхността на площадката 23, е покрит с метална обвивка 32. Края на корпуса на анализатора 24, прилежащ към площадката 23 може да съдържа еластична гарнитура от гума или пластмаса за осигуряване на херметичен контакт между корпуса 24 и образеца 22. Към корпуса на анализатора е включен резервоар с основен газ 33 през редуцир-вентил 34. Основният газ, например хелий, неон или аргон се подава при подходящо повишено налягане в корпуса на анализатора 24, осигурява продухване на промеждутъка между мрежестия анод 27 и площадката 23 на образеца и излиза навън през отвор 35 в корпуса на анализатора, както е показано със стрелки. При това от промеждутъка между мрежестия анод 27 и площадката 23 атмосферните газове се изтласкват от потока на основния газ, който има необходимата за това скорост на протичане. Този поток от основния газ също така пречи на обратното попадане на атмосферни газове в споменатия промеждутък.The outside of the analyzer housing 24, including the surface of the site 23, is covered with a metal sheath 32. The end of the analyzer housing 24 adjacent to the site 23 may comprise an elastic rubber or plastic seal to provide hermetic contact between the housing 24 and the sample. 22. A reservoir of main gas 33 through a reducing valve 34 is connected to the analyzer housing. The main gas, for example helium, neon or argon, is fed at a suitably elevated pressure into the analyzer housing 24, providing a purge of the gap between the meshes a sh 27, and platform 23 to the specimen and out through the opening 35 in the housing of the analyzer as shown by arrows. In this case, from the gap between the mesh anode 27 and the site 23, the atmospheric gases are forced out of the flow of the main gas, which has the required flow rate. This flow of basic gas also prevents the return of atmospheric gases to the said gap.

Между мрежестия анод 27 и катода, чиято роля се изпълнява от площадката 23 в изследвания образец 22, се запалва стационарен газов разряд с помощта на захранващия блок 10, така че плътността на тока в разряда да е достатъчна за създаване на необходимата за детектиране концентрация на разпратени атоми на образеца в промеждутъка между сензора 26 и площадката 23. При това, на сензора 26 се подава сканиращо напрежение U с отрицателна полярност от цифрово аналогов преобразувател 12, а с помощта на резистора 11, усилвателя с аналогово цифров преобразувател 13 и компютър 14 се измерва зависимостта на тока от напрежението. Компютърът 14 управлява също така и захранващия блок 10 и редуцир-вентила 34. Обработката на сензорната волт-амперна характеристика се осъществява по начини, аналогични на описаните горе начини.Between the mesh anode 27 and the cathode, which plays the role of the site 23 in the test sample 22, a stationary gas discharge is ignited by means of the power supply unit 10, so that the discharge current density is sufficient to create the concentration required for detection. sample atoms in the gap between the sensor 26 and the pad 23. In this case, a scanning voltage U of negative polarity is fed to the sensor 26 by a digital-analog converter 12, and by means of the resistor 11, an amplifier with an analog-digital converter 1 3 and a computer 14 measure the voltage dependence of the current. The computer 14 also controls the power supply unit 10 and the reduction valve 34. The processing of the sensing current-voltage characteristic is performed in ways analogous to the methods described above.

След включването на потока на основния газ и след запалването на стационарния разряд с помощта на захранващия блок 10 в течение на известно време • · се провежда почистване на площадката 23 от адсорбираните атмосферни газове и замърсяванията, внесени от инструмента при изработването на площадката 23, а след това започва измерването на волт-амперната характеристика. Тъй като цифрово аналоговия преобразувател 12 и аналогово цифров преобразувател 13 се намират под високо напрежение по отношение на заземения корпус на анализатора 24 и образеца 22, то за тези електронни схеми се осъществява необходимото галванично развързвани (например оптоелектронно или трансформаторно) на веригите за включване към компютъра 14.After the main gas flow is switched on and after the stationary discharge is ignited with the help of the power supply unit 10, the site 23 is cleaned of the adsorbed atmospheric gases and the pollutants imported from the tool during the construction of the site 23, and after this starts the measurement of the voltage-current characteristic. Since the digital-to-analog converter 12 and analogue-to-digital converter 13 are under high voltage with respect to the grounded housing of the analyzer 24 and the sample 22, the necessary circuits (such as optoelectronic or transformer) to be connected to the circuits for connecting to the computers for these electronic circuits 14.

ПРИЛОЖЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОSUMMARY OF THE INVENTION

Методът и йонизационният детектор за анализ на газови смеси намират приложение при екологичния мониторинг, контролът на газовата среда в различни технологични и производствени процеси, откриване на опасни и взривни вещества в системите за безопасност, в медицината, енергетиката и др. Те могат да бъдат използвани както като самостоятелно средство за анализ, така и в газовите хроматографи, анализатори на състава на твърди образци, включително сплави.The method and the ionization detector for the analysis of gas mixtures find application in environmental monitoring, control of the gas environment in various technological and production processes, detection of dangerous and explosive substances in safety systems, in medicine, energy and others. They can be used both as standalone analyzers and in gas chromatographs, analyzers for the composition of solid samples, including alloys.

ЛИТЕРАТУРАREFERENCES

1. Патенти на САЩ №№ 7,544,233; 7,294,197; 6,831,276; 6,590,207.1. U.S. Patent Nos. 7,544,233; 7,294,197; 6,831,276; No. 6,590,207.

2. Т. Карлсон Фотозлектронная и Ожеспектроскопия, Машиностроение, 1981, с. 4312. T. Carlson Photonelectronic and Ozpectroscopy, Mechanical Engineering, 1981, p. 431

3. Wentworth et al., патент на САЩ № 5,317,271; Zhu et al., патент на САЩ № 5,192,865;3. Wentworth et al., U.S. Patent No. 5,317,271; Zhu et al., U.S. Patent No. 5,192,865;

Wentworth et al., патент на САЩ № 5,153,519; Simon et al., патент на САЩ № 5,578,271; Steam et al., патент на САЩ № 5,532,599.Wentworth et al., U.S. Patent No. 5,153,519; Simon et al., U.S. Patent No. 5,578,271; Steam et al., U.S. Patent No. 5,532,599.

4. А.А.Кудрявцев и А.Б.Цмганов. Патент РФ № 22177394. AA Kudryavtsev and AB Tsmganov. RF patent No. 2217739

5. А.А.Кудрявцев, А.Б.Цмганов и А.С.Чирцов Патент РФ № 24228125. AA Kudryavtsev, AB Tsmganov and AS Chirtsov RF Patent No. 2422812

6. Ю. П. Райзер, Физика газовото разряда, М., Наука, 1987, с 5926. Yu. P. Reiser, Physics of the Gas Discharge, M., Science, 1987, p. 592

Claims (10)

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИPatent Claims 1. Метод за анализ на примеси в газове, състоящ се в това, че в йонизационна камера се създава стационарна газоразрядна плазма ограничена от катод, анод и стени, като налягането на основния инертен газ и пространствената конфигурация на електродите и стените на камерата се избират така, че разстоянието от произволна точка в плазмата до най-близката повърхност на анода или стените на камерата да бъде по-малко от средната дължина на преместване на електроните до момента, в който те губят зададена част от кинетичната си енергия, а основният инертен газ е при налягания от 10 до 10⁵ Па, определя се количеството електрони с характеристични енергии, възникващи при Пенингова йонизация на атомите или молекулите на примесите с метастабилните атоми на инертния газ - He, Ne и др, и по параметрите на тези електрони се определя състава на примесите, като се измерва тока през поне един допълнителен електрод поставен в прианодната област на йонизационната камера наймалко на една от стените й, в зависимост от сканиращо отрицателно напрежение, приложено между този електрод и анода и количеството електрони с характеристични енергии се определя при обработка на измерената зависимост на тока през допълнителния електрод от приложеното напрежение, характеризираш се с това, че допълнителният регистриращ електрод - сензорът (4) се разполага в прикатодната част на плазмата на отрицателното тлеещо светене, където плазмата е с най-висока концентрация на възбудени и заредени частици, а полето е слабо и на такова разстояние от повърхността на катода (2), при което е извън областта на катодния слой на обемен заряд, където има силно поле и значително разпрашване на материала на катода (2).1. A method for the analysis of impurities in gases, wherein a stationary gas-discharge plasma is confined in an ionization chamber, limited by the cathode, anode and walls, the pressure of the main inert gas and the spatial configuration of the electrodes and the walls of the chamber being selected that the distance from an arbitrary point in the plasma to the nearest surface of the anode or the walls of the chamber be less than the average electron displacement length by the time they lose a given portion of their kinetic energy and the main inert Tungsten gas is at pressures from 10 to 10 ⁵ Pa, the amount of electrons with characteristic energies arising from Penning ionization of atoms or molecules of impurities with metastable atoms of inert gas - He, Ne, etc., is determined, and the parameters of these electrons are determined. determine the composition of the impurities by measuring the current through at least one additional electrode placed in the anode region of the ionization chamber on at least one of its walls, depending on the scanning negative voltage applied between that electrode and the anode and the amount of electrode thrones with characteristic energies are determined when processing the measured current dependence through the additional electrode from the applied voltage, characterized in that the additional recording electrode - the sensor (4) is located in the near-edge part of the negative glowing plasma, where the plasma is with the highest concentration of excited and charged particles, and the field is weak and at such a distance from the surface of the cathode (2), which is outside the region of the cathodic layer of bulk charge, where there is a strong field and a considerable dusting of the cathode material (2). 2. Метод за анализ на примеси в газове, съгласно претенция 1, характеризираш се с това, че в йонизационна камера (1) се създава стационарна газоразрядна плазма между катод (2) и анод (16), ограничена от стените на камерата (1), катода (2) и сензора (17), а анодът (16) представляващ проводяща мрежа, разположена между катода (2) и сензора (17), позволява дифузията на характеристичните електрони в еквипотенциалното пространство между анода (16) и сензора (17), като налягането на основния инертен газ и пространствената конфигурация на електродите и стените на камерата се избират така, че разстоянието от произволна точка в плазмата до най- • ·· · · близката повърхност на сензора (17) или стените на камерата (1) да бъде по-малко от средната дължина на преместване на електроните до момента, в който те губят зададена част от кинетичната си енергия, при което сензорът (17) е разположен в нелокална плазма, а мрежестия анод (16) е разположен на такова разстояние от повърхността на катода (2), при което е извън областта на катодния слой на обемен заряд, където има силно поле,Method for the analysis of impurities in gases according to claim 1, characterized in that a stationary gas discharge plasma is formed in the ionization chamber (1) between the cathode (2) and the anode (16) bounded by the walls of the chamber (1) , the cathode (2) and the sensor (17), and the anode (16), representing a conducting network located between the cathode (2) and the sensor (17), allows diffusion of characteristic electrons in the equipotential space between the anode (16) and the sensor (17) such as the pressure of the main inert gas and the spatial configuration of the electrodes and chamber walls These are chosen such that the distance from any point in the plasma to the closest surface of the sensor (17) or the walls of the chamber (1) is less than the average electron displacement length so far, in which they lose a given portion of their kinetic energy, wherein the sensor (17) is located in nonlocal plasma and the mesh anode (16) is located at such a distance from the surface of the cathode (2) that it is outside the region of the cathode layer of volume charge where there is a strong field, 3. Метод за анализ на примеси в газове, съгласно претенция 1, 2, характеризираш се с това, че в йонизационната камера (1) са разположени множество идентични изолирани един от друг тлеещи разряди между катод (2) и мрежест анод (16), като анодът (16) е разположен между катода (2) и сензора (17), а на всеки от сензорите (17) се подава индивидуална стойност на сканиращо отрицателно напрежение по отношение на анодите (16), и се измерва тока през всеки от сензорите, като по съвкупността от измерените токове през сензорите (17) се намира количеството електрони с характеристична енергия, възникващи при Пенингова йонизация на атомите и молекулите на примесите, и се определя състава на примесите по параметрите на тези електрони.Method for the analysis of impurities in gases according to claim 1, 2, characterized in that a plurality of identical glowing discharges between the cathode (2) and the mesh anode (16) are arranged in the ionization chamber (1), the anode (16) being located between the cathode (2) and the sensor (17), and each of the sensors (17) being fed an individual value of scanning negative voltage with respect to the anodes (16), and measuring the current through each of the sensors , by the sum of the measured currents through the sensors (17) is the amount of electrons with character terrorist energy arising from the Penning ionization of atoms and impurity molecules, and the composition of the impurities is determined by the parameters of these electrons. 4. Метод за анализ на примеси в газове, съгласно претенция 1, 2, характеризираш се с това, че анализираният газ представляват атомите на твърд, проводящ материал включен в детектора като катод (23), чиито атоми се разпрашват под действието на газоразрядна плазма. Между катода (23) и сензора (26) е поставен мрежест анод (27).4. The method for the analysis of impurities in gases according to claim 1, 2, characterized in that the analyte gas is the atoms of a solid conductive material included in the detector such as a cathode (23) whose atoms are sputtered by the action of a discharge plasma. A mesh anode (27) is inserted between the cathode (23) and the sensor (26). 5. Йонизационен детектор за анализ на примеси в газове, състоящ се от напълнена с основен газ и примеси йонизационна камера, включваща катод, анод и стени, като катода и анода са свързани с източник на постоянно напрежение, а налягането на основния газ и пространствената конфигурация на електродите и стените на камерата се избират така, че да се изпълнява условието за формиране на нелокална плазма между катода и анода, като в прианодната област на йонизационната камера, най-малко на една от стените й е поставен допълнителен електрод, свързан през измерителен резистор с цифрово аналогов преобразувател и с аналогово цифров преобразувател, а анодът също е свързан с цифрово аналоговия преобразувател, като цифрово аналоговият преобразувател и аналогово цифровия преобразувател са свързани с компютър, характеризираш се с това, че регистриращия електрод - сензорът (4) е разположен в прикатодната част на плазмата на отрицателното тлеещо светене, на такова разстояние от повърхността на катода (2), при което е извън областта на катодния слой на обемен заряд, където има силно поле и значително разпрашване на катода (2).5. Ionization detector for the analysis of impurities in gases, consisting of a main gas-filled impurity ionization chamber comprising a cathode, anode and walls, the cathode and anode being connected to a source of constant voltage and the pressure of the basic gas and the spatial configuration the electrodes and the walls of the chamber are selected so as to fulfill the condition for the formation of a nonlocal plasma between the cathode and the anode, with an additional electrode connected to the atonode region of the ionization chamber at least on one of its walls. through a measuring resistor with a digital-to-analog converter and an analog-to-digital converter, and the anode is also connected to a digital-to-analog converter, the digital-to-analog converter and the analog-to-digital converter being connected to a computer, characterized in that the recording electrode (sensor) is a sensor (4) located in the cathode part of the negative glow plasma, at such a distance from the surface of the cathode (2), outside the region of the cathodic layer of bulk charge, where there is a strong field and cathode sputtering (2). 6. Йонизационен детектор за анализ на примеси в газове, съгласно претенция 5 характеризираш се с това, а катодът (2), анодът (3) и сензорът (4) са разположени в близост до стените на йонизационната камера (1).An ionization detector for the analysis of impurities in gases according to claim 5, characterized in that the cathode (2), the anode (3) and the sensor (4) are located near the walls of the ionization chamber (1). 7. Йонизационен детектор за анализ на примеси в газове съгласно претенция 5, 6, характеризираш се с това, че катодът (2) и анодът (3) имат плоска форма и са разположени паралелно един на друг, а сензорът (4), имащ също плоска форма е разположен в близост до една или няколко стени на йонизационната камера (1), имаща форма на паралелепипед.7. An ionization detector for the analysis of impurities in gases according to claim 5, 6, characterized in that the cathode (2) and the anode (3) are flat and parallel to one another, and the sensor (4) having also a flat shape is arranged adjacent to one or more walls of the ionization chamber (1) having a parallelepiped shape. 8. Йонизационен детектор за анализ на примеси в газове съгласно претенция 5, 6, при който катодът, анодът и допълнителния електрод имат плоска форма и са разположени паралелно едни на други, като анодът представлява проводяща мрежа, разположена между катода и допълнителният електрод, характеризираш се с това, че налягането на основния газ и пространствената конфигурация на електродите и стените на камерата (1) се избират така, че да се изпълнява условието за формиране на нелокална плазма между катода (2) и сензора (17), а мрежестия анод (16) е разположен на такова разстояние от повърхността на катода, при което е извън областта на катодния слой на обемен заряд, където има силно поле.An ionization detector for the analysis of impurities in gases according to claim 5, 6, wherein the cathode, the anode and the auxiliary electrode have a flat shape and are arranged parallel to each other, the anode being a conducting network located between the cathode and the auxiliary electrode, characterized by with the fact that the pressure of the main gas and the spatial configuration of the electrodes and the walls of the chamber (1) are chosen so as to satisfy the condition for the formation of nonlocal plasma between the cathode (2) and the sensor (17) and the mesh anode (16 ) is available married at such a distance from the cathode surface, wherein the outside area of the cathode layer of the space charge, which has a strong field. 9. Йонизационен детектор за анализ на примеси в газове съгласно претенция 5, 6, 8, характеризираш се с това, че в йонизационната камера (1) се разполагат множество идентични набора, над 20 броя, от катод (2), мрежест анод (16), и сензор (17), образуващи множество независими разряди при което анодите (16) са съединени един с друг и с източника на постоянно напрежение (10), катодите (2) също са свързани през баластни резистори (19) с източника на постоянно напрежение (10), а всеки от сензорите (17) е съединен със съответното рамо на делител на напрежение (20), по отношение на анодите (16). и с помощта на допълнителен източник на напрежениеAn ionization detector for the analysis of impurities in gases according to claim 5, 6, 8, characterized in that a plurality of identical sets, over 20 pieces, of a cathode (2), a mesh anode (16) are arranged in the ionization chamber (1). ), and a sensor (17) forming multiple independent discharges whereby the anodes (16) are connected to each other and to the constant voltage source (10), the cathodes (2) are also connected via ballast resistors (19) to the constant source voltage (10), and each of the sensors (17) is connected to the corresponding voltage divider arm (20) relative to It is of the anodes (16). and using an additional voltage source 10. Йонизационен детектор за анализ на примеси в газове съгласно претенция 5, 6, 8, характеризираш се с това, че при анализ на състава на проводящ твърд образец, твърдият образец (22) се включва като катод (23), а в корпуса на детектора (24) е поставен правоъгълен електрод - сензор (26) с плоско чело, насочено към повърхността на катода (23), като паралелно на него, между катода (23) и сензора (26) е поставен мрежест анод (27).An ionization detector for the analysis of impurities in gases according to claim 5, 6, 8, characterized in that when analyzing the composition of a conducting solid sample, the solid sample (22) is included as a cathode (23) and in the housing of a rectangular electrode sensor (26) with a flat face facing the surface of the cathode (23), parallel to it, a mesh anode (27) is placed between the cathode (23) and the sensor (26).