Мас-сепаратор

1 Mac-сепаратор, що містить секторну магнітну призму, селекторну і апертурну діафрагми, коліматорну та фокусуючу електростатичні лінзи, який відрізняється тим, що він додат ково містить другу магнітну призму, при цьому обидві призми рознесені в просторі, а селекторна діафрагма розташована на ВХІДНІЙ границі другої магнітної призми 2 Mac-сепаратор по п 1, який відрізняється тим, що перша і друга призми містять похилі ВИХІДНІ границі 3 Mac-сепаратор по п 1, який відрізняється тим, що геометричні параметри першої і другої магнітних призм не однакові Винахід відноситься до розділення ІОНІВ ПО масах і може бути використаний в іонних мікрозондових приладах В іонному мікрозондовому аналізаторі досліджений зразок зондується первинним іонним пучком, котрий необхідно сепарувати з метою забезпечення необхідного складу і заряду бомбардуючих ІОНІВ При цьому, щоб усунути розширення іонного пучка в площині зображення, обумовлене розбіжністю початкових енергій ІОНІВ, використовують мас-сепаратори з ахроматичним фокусуванням, яке може бути реалізоване за допомогою секторних магнітних полів в поєднанні з електростатичними лінзами (див Черепин В Т Ионный зонд -Киев Наук, думка, 1981) Роздільна здатність ахроматичного массепаратора невелика, оскільки в таких системах використовується тільки половина магнітного поля для сепарації іонного пучка по масах, а друга служить для реверсування дисперсії Відомий мас-сепаратор з ахроматичним фокусуванням, в якому ефективність сепарації ІОНІВ ПО масах підвищена за рахунок використання магнітної призми з полем г1 (див Кузема О С , Шабля ВТ Призмовий мас-сепаратор з ахроматичним фокусуванням Український фізичний журнал №6, 1996) Пристрій складається із секторної магнітної призми, розділеної селекторною діафрагмою на дві половинки, коліматорної і фокусуючої електростатичних лінз та апертурної діафрагми, яка одночасно являється вхідною діафрагмою системи формування мікропучка Мас-сепаратор працює так Іонний пучок, що надходить в мас-сепаратор, фокусується коліматорною електростатичною лінзою на отвір в селекторній діафрагмі і одночасно розділяється по масах першою половиною магнітного поля призми Селекторна діафрагма пропускає іони вибраної маси в другу половину магнітного поля призми, яка разом із фокусуючою призмою компенсують дисперсію по масах другої половини магнітного поля призми Тому на отвір апертурної діафрагми попадає сфокусований іонний пучок однакових по масі ІОНІВ ОСКІЛЬКИ дисперсія поля г1 при однакових розмірах мас-сепаратора більша, ніж дисперсія однорідного магнітного поля, то використання магнітної призми з полем г1 сприяє підвищенню роздільної здатності мас-сепаратора Спільними суттєвими ознаками відомого і запропонованого технічних рішень є застосування секторних магнітних призм До причин, які перешкоджають досягненню технічного результату, що може бути отриманий при використанні запропонованого пристрою, відносяться секторна магнітна призма відомого пристрою не має похилих кордонів, що перешкоджає покращенню іонно-оптичних властивостей массепаратора, перша і друга частина магнітного поля призми просторово не розділені, що не дозволяє збільшити дисперсію і роздільну здатність масаналізатора В результаті зазначених причин не забезпечу (О ю 54916 ється ефеїсгивна сепарація іонного пучка і обмеперша магнітна призма 3, має кут нахилу вихідного жуються можливості покращення технічних хараккордону S 2 Геометричні параметри мастеристик мас-сепаратора сепаратора вибираються такими, щоб забезпечити рівність величин дисперсії і геометричного збільЗадачею запропонованого винаходу є усуненшення електростатичних лінз першого і другого ня вказаних недоліків відомого мас-сепаратора каскадів У цьому випадку на апертурну діафрагму шляхом удосконалення його конструкції 1 попаде сфокусований пучок ІОНІВ ОДНОГО сорту, Вирішення цього завдання досягається тим, що мають різні швидкості, тобто фокусування буде що мас-сепаратор, який складається із секторної ахроматичним і ширина "зображення" буде такою магнітної призми, селекторної і апертурної діафж як і ширина "об'єкту" рагм, коліматорної та фокусуючої електростатичних лінз, згідно винаходу, додатково містить другу Обґрунтуємо переваги запропонованого масмагнітну призму, при цьому обидві призми рознесепаратора Як показують розрахунки (див Кузема сені в просторі, а селекторна діафрагма розташоА С , Мордик С Н , Кузема С А Журнал техничесвана на ВХІДНІЙ границі другої магнітної призми кой физики, т 70, вып 6) дисперсія першого каскаКрім того, перша і друга призми мають похилі ВИду мас-сепаратора визначається виразом ХІДНІ границі геометричні параметри першої і другої магнітних призм не одинакові D= Схема іонно-оптичної системи мас-сепаратора приведена на фігурі (Фіг) Пристрій для сепарації У порівнянні з відомим мас-сепаратором, в іонного пучка 1 складається із таких елементів жому застосована магнітна призма з прямими корколіматорної лінзи 2, першої магнітної призми З, донами, дисперсія запропонованого масселекторної діафрагми 4, другої магнітної призми сепаратора більша на величину 5, фокусуючої лінзи 6 та апертурної діафрагми 7 Коліматорна лінза 2 розташована на відстані І_і від джерела ІОНІВ Перша магнітна призма 3 має кут Ф1 + 2 9єі 2 відхилення іонного пучка ері і похилий вихідний кордон із кутом нахилу єі На відстані І_2 від першої Це дозволяє ПІДВИЩИТИ роздільну здатність призми 3 розташована селекторна діафрагма 4 мас-сепаратора без збільшення габаритів призми Друга магнітна призма має кут відхилення іонного Дійсно, роздільна здатність мас-сепаратора за пучка ф і похилий вихідний кордон із кутом нахилу 2 означенням є відношення дисперсії до подвійної S На відстані І_з від фокусуючої лінзи 6 розміщена 2 ширини іонного пучка в площині розміщення селеапертурна діафрагма 7 системи формування міккторної діафрагми ропуска Mac-сепаратор працює так Іонний пучок 1, що має певне розходження, надходить в коліматорну лінзу 2, електричне поле якої змушує іонний пучок сходитись, тобто фокусує його Відразу після лінзи 2 іонний пучок входить в магнітне поле першої призми 3, в результаті чого він розділяється на окремі компоненти, що відрізняються величиною маси ІОНІВ Таким чином на діафрагму 4 поступають розділені по масі першою магнітною 3 ІОННІ пучки, кожен з яких сфокусований коліматорною лінзою 2 Похилий вихідний кордон першої магнітної призми 3 і ділянка простору між першою магнітною призмою 3 і селекторною діафрагмою 4 збільшують ефективність розділення ІОНІВ по масі Селекторна діафрагма 4 пропускає в другу магнітну призму лише пучок ІОНІВ потрібної маси Незважаючи на те, що іони пучка мають однакову масу, швидкості їх будуть різні через розбіжність енергій в процесі утворення ІОНІВ Тому ширина пучка в площині селекторної діафрагми буде більша, ніж на виході джерела ІОНІВ за рахунок дисперсії першої магнітної призми 3 Щоб усунути розширення пучка ІОНІВ потрібної маси, викликане різними швидкостями ІОНІВ, необхідно компенсувати дисперсію першого каскаду мас-сепаратора Цю функцію виконує другий каскад, утворений магнітною призмою 5 та фокусуючою лінзою 6 Після селекторної діафрагми 4 пучок ІОНІВ потрібної маси проходить магнітне поле другої призми 5, де розділяється по швидкостям Це збільшує кут їх входження в лінзу 6, електричне поле якої фокусує іонний пучок на апертурну діафрагму 7 Для збільшення дисперсії друга магнітна призма 5, як і ~ 2d Оскільки В мас-сепараторі здійснюється фокусування ІОНІВ ПО напрямку, то ширина іонного пучка в зоні розташування селекторної діафрагми буде = S + D-ди U ' де S - ширина "об'єкту" (ширина іонного пучка на виході із джерела ІОНІВ), ди ку U - відносна розбіжність енергій ІОНІВ В пуч Тоді вираз для обчислювання роздільної здатності матиме вигляд п А= 2 S + D ди ТГ Порівняємо величини дисперсії і роздільної здатності відомого пристрою і запропонованого при однакових геометричних параметрах призми (кут відхилення ІОНІВ і радіус центральної траєкторії) З точки зору зручності практичної реалізації мас-сепаратора візьмемо такі числові значення параметрів іонно-оптичної системи та іонного пучка го = 0,1м, S = 2 10 4 м, фі = 90°, І_і = 0,4м, єі = 45°, І_2 = 0,1 м, AU = 20эВ, U = 5000эВ Результати обчислень наведені в таблиці 54916 ється від величини його розширення за рахунок хроматичної аберації Характеристики Відомий Запропонований Просторове розділення магнітних призм домас-сепаратора пристрій пристрій зволяє використовувати призми, як з однаковими так і з різними геометричними параметрами, що Дисперсія 62мм 203мм відкриває можливість оптимізацм характеристик Роздільна здат70 100 мас-сепаратора ність Таким чином, запропонований мас-сепаратор в порівнянні з відомими забезпечує більш ефектиЯк видно із наведених даних дисперсія запровну сепарацію інших пучків, що дозволяє покращипонованого пристрою в три рази більша, ніж відоти основні характеристики приладів та обладнанмого пристрою, а роздільна здатність більша на ня, в яких використовується мас-сепараторами з 30% Особливо відчутні переваги запропонованого ахроматичним фокусуванням мас-сепаратора при сепарації широких іонних пучків, у яких початкова ширина не набагато відрізняТаблиця Ч 5