RU81442U1 - DEVICE FOR CALIBRATING A MASS SPECTROMETER - Google Patents

Abstract

Устройство для калибровки масс-спектрометра относится к технике лазерного разделения изотопов, масс-спектрометрической технике и может быть использовано в области исследования изотопного состава веществ. Устройство для калибровки масс-спектрометра, содержит ионизационную камеру, испаритель, источник лазерного излучения, и ионопровод с вытягивающей линзой. Дополнительно над ионизационной камерой расположен источник электронов, состоящий из проволочного катода и кольцевого анода, установленного соосно с отверстиями ионизационной камеры и вытягивающей линзы ионопровода. Техническим результатом является возможность использования двух видов ионизирующего излучения, расширение возможностей практической реализации процесса калибровки. 1н.п. ф-лы, 3 ил.A device for calibrating a mass spectrometer relates to laser isotope separation technique, mass spectrometric technique and can be used in the field of studying the isotopic composition of substances. A device for calibrating a mass spectrometer contains an ionization chamber, an evaporator, a laser radiation source, and an ion guide with an extractive lens. Additionally, an electron source is located above the ionization chamber, consisting of a wire cathode and a ring anode mounted coaxially with the holes of the ionization chamber and an ion guide traction lens. The technical result is the possibility of using two types of ionizing radiation, expanding the possibilities of practical implementation of the calibration process. 1 n.p. f-ly, 3 ill.

Description

Заявляемая полезная модель относиться к технике лазерного разделения изотопов, масс-спектрометрической технике и может быть использована в области исследования изотопного состава веществ.The inventive utility model relates to the technique of laser isotope separation, mass spectrometric technology and can be used in the field of research of the isotopic composition of substances.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для калибровки масс-спектрометра С.И.Яковленко. «Основные физические проблемы лазерного выделения весовых количеств редкого изотопа иттербия», ж. «Квантовая электроника». 25, №-11, с.971-988, 1998 г. Устройство по прототипу содержит ионизационную камеру, испаритель, источник лазерного излучения и ионопровод с вытягивающей линзой масс-спектрометра. Для накачки лазеров на красителях использованы лазеры на парах меди. Система лазеров на красителях состояла из трех каналов, построенных по схеме задающий генератор-усилитель. Качество излучения контролировалось по ионному составу лазерной плазмы с помощью масс-спектрометра. Лазерные пучки сводились в один составной пучок с помощью зеркала сведения. Составной пучок вводился в вакуумную камеру масс-спектрометра и пропускался через пучок атомного пара, формируемого испарителем. В результате фотоионизации атомов появлялись ионы различных изотопов. В состав внутрикамерного оборудования вакуумной камеры входили испаритель, система экстракторов и датчики контроля плотности пара.Closest to the claimed device is a device for calibrating a mass spectrometer S.I. Yakovlenko. “The main physical problems of laser separation of weighted amounts of the rare ytterbium isotope”, g. "Quantum Electronics." 25, No. 11, pp. 971-988, 1998. The prototype device comprises an ionization chamber, an evaporator, a laser radiation source and an ion guide with an extractive lens of the mass spectrometer. Copper vapor lasers were used to pump dye lasers. The system of dye lasers consisted of three channels constructed according to the master oscillator-amplifier circuit. The radiation quality was monitored by the ion composition of the laser plasma using a mass spectrometer. Laser beams were reduced to a single composite beam using an information mirror. The composite beam was introduced into the vacuum chamber of the mass spectrometer and passed through a beam of atomic vapor formed by the evaporator. As a result of photoionization of atoms, ions of various isotopes appeared. Intra-chamber equipment of the vacuum chamber included an evaporator, an extractor system, and steam density control sensors.

К недостаткам данного устройства по прототипу можно отнести ограничения по диапазону энергий используемого ионизирующего излучения.The disadvantages of this device on the prototype include restrictions on the energy range of the used ionizing radiation.

При создании заявляемой полезной модели решалась задача использования двух видов ионизирующего излучения.When creating the inventive utility model, the problem of using two types of ionizing radiation was solved.

Техническим результатом при решении данной задачи являлось расширение возможностей практической реализации процесса калибровки.The technical result in solving this problem was to expand the capabilities of the practical implementation of the calibration process.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным устройством калибровки масс-спектрометра, содержащим ионизационную камеру, испаритель, источник лазерного излучения и ионопровод с вытягивающей линзой, в заявляемом устройстве дополнительно над ионизационной камерой расположен источник электронов, состоящий из проволочного катода и кольцевого анода, установленного соосно с отверстиями ионизационной камеры и вытягивающей линзы ионопровода.The specified technical result is achieved by the fact that, in comparison with the known device for calibrating a mass spectrometer containing an ionization chamber, an evaporator, a laser radiation source and an ion guide with a pulling lens, in the inventive device, an electron source consisting of a wire cathode and a ring anode is additionally located above the ionization chamber mounted coaxially with the holes of the ionization chamber and the ion guide traction lens.

На фиг.1 изображено заявляемое устройство для калибровки масс-спектрометра.Figure 1 shows the inventive device for calibrating a mass spectrometer.

На фиг.2 изображен спектр изотопов иттербия, полученный при фотоионизации лазерным излучением.Figure 2 shows the spectrum of ytterbium isotopes obtained by photoionization by laser radiation.

На фиг.3 изображен спектр изотопов иттербия, полученный при ионизации электронным ударом.Figure 3 shows the spectrum of ytterbium isotopes obtained by ionization by electron impact.

На фиг.1 обозначено:In figure 1 is indicated:

1 - ионизационная камера;1 - ionization chamber;

2 - испаритель;2 - evaporator;

3 - источник лазерного излучения;3 - a source of laser radiation;

4 - ионопровод;4 - ion guide;

5 - вытягивающая линза;5 - a pulling lens;

6 - источник электронов - диод;6 - electron source - diode;

7 - проволочный катод;7 - wire cathode;

8 - анод;8 - anode;

9 - вакуумная камера;9 - a vacuum chamber;

10 - отверстие в ионизационной камере;10 - hole in the ionization chamber;

11 - окно вакуумной камеры;11 - a window of a vacuum chamber;

12 - отклоняющий магнит;12 - deflecting magnet;

13 - диафрагмы;13 - aperture;

14 - электронный усилитель ВЭУ;14 - electronic amplifier of a wind turbine;

15 - атомный пар.15 - atomic vapor.

Заявляемое устройство калибровки масс-спектрометра содержит ионизационную камеру 1, испаритель 2, источник лазерного излучения 3, и ионопровод 4 с вытягивающей линзой 5. Дополнительно над ионизационной камерой расположен источник электронов 6, состоящий из проволочного катода 7 и кольцевого анода 8, установленного соосно с отверстиями ионизационной камеры 1 и вытягивающей линзы 5 ионопровода 4.The inventive mass spectrometer calibration device comprises an ionization chamber 1, an evaporator 2, a laser radiation source 3, and an ion guide 4 with an extractive lens 5. In addition, an electron source 6 is located above the ionization chamber, consisting of a wire cathode 7 and an annular anode 8 mounted coaxially with holes the ionization chamber 1 and the stretching lens 5 of the ion guide 4.

В примере конкретного выполнения заявляемого устройства ионизационная камера выполнена из стали, с четырьмя технологическими отверстиями по периметру для ввода атомного пара и лазерного излучения, а так же с отверстием диаметром 8 мм, расположенного соосно над отверстием вытягивающей линзы ионопровода. Над ионизационной камерой на керамических изоляторах расположен плоский стальной анод с отверстием, совпадающим по оси с отверстием вытягивающей линзы ионопровода. Катод представляет собой вольфрамовую спираль, закрепленную на стальных держателях и введенный в вакуумную камеру над отверстием анода. Испаритель представляет собой омический нагреватель из вольфрамовой спирали. Внутри спирали находится фольга распыляемого материала в нашем случае иттербия.In an example of a specific embodiment of the inventive device, the ionization chamber is made of steel, with four technological holes around the perimeter for introducing atomic vapor and laser radiation, as well as with a hole with a diameter of 8 mm, located coaxially above the hole of the ion duct pulling lens. A ceramic steel insulator is located above the ionization chamber on ceramic insulators with an aperture that coincides in axis with the aperture of the ion guide traction lens. The cathode is a tungsten spiral mounted on steel holders and inserted into the vacuum chamber above the anode opening. The evaporator is an ohmic tungsten heater. Inside the spiral there is a foil of sprayed material in our case of ytterbium.

Заявляемое устройство позволяет осуществлять калибровку масс-спектрометра, используя два вида ионизирующего излучения.The inventive device allows the calibration of the mass spectrometer using two types of ionizing radiation.

Калибровка масс-спектрометра с использованием фотоионизации производится следующим образом. Лазерный пучок от источника 3 через окно 11 в вакуумной камере вводился в ионизационную камеру 1 масс-спектрометра и пропускался через пучок атомного пара 15, формируемого в испарителе 2. В результате фотоионизации атомов иттербия появляются ионы различных изотопов иттербия. Пучок ионов формируется в ионопроводе 4 с помощью системы электростатических линз. В качестве диспергирующего элемента в масс-спектрометре используется отклоняющий секторный постоянный магнит 12, который обладает также фокусирующими свойствами для моноэнергетических ионов. Селекция ионов происходит за счет линейно изменяющегося (пилообразного) напряжения, подаваемого на линзу 5, вытягивающую ионы из плазмы. Ионы разной массы попадают в различное время на электронный усилитель 14, расположенный на выходе ионопровода 4 и предназначенный для усиления электрического импульса. Сигналы (отдельные пики) разделяются на экране осциллографа (Фиг.2).Calibration of the mass spectrometer using photoionization is as follows. The laser beam from source 3 through the window 11 in the vacuum chamber was introduced into the ionization chamber 1 of the mass spectrometer and passed through a beam of atomic vapor 15 formed in the evaporator 2. As a result of photoionization of ytterbium atoms, ions of various ytterbium isotopes appear. An ion beam is formed in the ion guide 4 using a system of electrostatic lenses. As a dispersing element in the mass spectrometer, a deflecting sector permanent magnet 12 is used, which also has focusing properties for monoenergetic ions. The selection of ions occurs due to a linearly varying (sawtooth) voltage applied to the lens 5, which draws ions from the plasma. Ions of different masses fall at different times to an electronic amplifier 14 located at the output of the ion guide 4 and designed to amplify the electric pulse. The signals (individual peaks) are separated on the oscilloscope screen (Figure 2).

Калибровка с использованием ионизации электронным ударом производится следующим образом. В вакуумной камере 9 масс-спектрометра над ионопроводом 4 был расположен источник электронов 6. Полученные при термоэлектронной эмиссии электроны ускоряются разностью потенциалов между катодом 7 и анодом 8. Ускоренные электроны, проходя через пучок атомного пара 15, ионизуют иттербий. Регистрация масс-спектра изотопного продукта осуществлялась с помощью компьютеризованной системы и дублировалась на осциллографе. Полученный масс-спектр (Фиг.3) содержал все стабильные изотопы и оптимизировался по разрешению с помощью линз ионопровода 4 и отклоняющим магнитом 12 до эталонного масс-спектра (см., таблицы масс-спектров, например, Ф.В.Астон. «Масс-спектры и изотопы», М., государственное издательство иностранной литературы, 1948 г). Напряжение, подаваемое на линзы, и положение магнита при этом фиксировались.Calibration using electron impact ionization is as follows. An electron source 6 was located above the ion conductor 4 in the vacuum chamber 9 of the mass spectrometer 4. Electrons obtained by thermionic emission are accelerated by the potential difference between the cathode 7 and anode 8. Accelerated electrons passing through the atomic vapor beam 15 ionize ytterbium. The mass spectrum of the isotope product was recorded using a computerized system and duplicated on an oscilloscope. The obtained mass spectrum (Fig. 3) contained all stable isotopes and was optimized by resolution with the help of lenses of the ion guide 4 and deflecting magnet 12 to the reference mass spectrum (see, tables of mass spectra, for example, F.V. Aston. “Mass -spectra and isotopes ”, M., State Publishing House of Foreign Literature, 1948). The voltage applied to the lenses and the position of the magnet were fixed.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет расширить возможности практической реализации процесса калибровки при использовании ионизации, как лазерным излучением, так и электронным ударом.Thus, the inventive device allows you to expand the practical implementation of the calibration process using ionization, both laser radiation and electron impact.

Claims (1)

Устройство для калибровки масс-спектрометра, содержащее ионизационную камеру, испаритель, источник лазерного излучения и ионопровод с вытягивающей линзой, отличающееся тем, что дополнительно над ионизационной камерой расположен источник электронов, состоящий из проволочного катода и кольцевого анода, установленного соосно с отверстиями ионизационной камеры и вытягивающей линзы ионопровода.

A device for calibrating a mass spectrometer containing an ionization chamber, an evaporator, a laser source and an ion guide with an extractive lens, characterized in that an electron source is further arranged above the ionization chamber, consisting of a wire cathode and a ring anode mounted coaxially with the openings of the ionization chamber and the extractive ion guide lenses.