Встраиваемый двухсекционный анализатор масс ионов компонентного состава плазмы для установки ПР-2 - Дипломная работа

Для исследований в области физики плазмы на линейных симуляторах важно контролировать ионный состав плазмы разряда, а также необходимо контролировать состав примесей. Вторая группа - это ионы средних масс, разнообразные углеводороды (С , СН , CH3 ,CH2 , CH4 , CO , С2H2 и др.), ионы кислорода, азота, т.е. необходимо регистрировать диапазон масс от 9-10 до 45.Литературный обзор имеет своей целью обзор основных типов существующих масс-анализаторов, их принципов работы и исследования их применения в области физики плазмы.Масс-спектрометры, приборы для разделения ионизированных частиц вещества по их массам, основанные на воздействии магнитных и электрических полей на пучки ионов, летящих в вакууме [1]. В статических масс-анализаторах для разделения ионов используются электрические и магнитные поля, постоянные или практически не изменяющиеся за время пролета иона через прибор. Разделение ионов является в этом случае пространственным: ионы с разными значениями m/е движутся в анализаторе по разным траекториям. В статических масс-спектрометрах пучок ионов с заданным m/е фокусируется на щель приемника ионов. Однако такие приборы имеют и некоторые недостатки: низкое быстродействие, высокие требования к стабильности источников питания, большие габариты и массу, высокую стоимость и пр.В этих масс-спектрометрах ионы, покидающие источник, ускоряются и проходят через сектор, в котором магнитное или электрическое поле прикладывается перпендикулярно к направлению движения ионов. Поле изгибает траекторию полета ионов с различным отношением m/z таким образом, что они разлетаются веером. В масс-спектрометре с одноканальным детектором ионы регистрируются путем последовательного сканирования.С учетом соотношения, выражающего величину кинетической энергии через массу и скорость, очевидно, что в зависимости от массы ионы будут двигаться с разными скоростями и, соответственно, в разное время достигнут детектора. Ионы с большим значением отношения m/z движутся к детектору медленнее, чем ионы с малым значением m/z. Поскольку ионы с большим значением m/z движутся к детектору медленнее, они позже его достигают по сравнению с ионами, обладающими малым значением m/z. Измерив время пролета ионов, можно установить их значения m/z и массу [4]. Под действием прилагаемого высокочастотного поля ионы в соответствии с величиной m/z ионы резонансно поглощают энергию, ускоряются и начинают вращаться на более высоких орбитах.Между радиусом траектории иона, его отношением массы к заряду, ускоряющим напряжением и напряженностью магнитного поля существуют следующие соотношения: (2.1) Отсюда видно, что при фиксированных значениях ускоряющего потенциала и напряженности магнитного поля, приемник зарегистрирует лишь ионы с определенным отношением , или, как получается на практике, ионы величина отношения которых лежит в некотором узком интервале значений. Дисперсия по массе определяется как коэффициент пропорциональности между относительной разностью масс двух близких по массе и одинаковых по энергии групп ионов и расстоянием между изображениями выходной щели источника, образованными этими группами: (2.2) Это объясняется тем, что ионы одной массы распределяются в фокальной плоскости по большей площади и сильнее перекрываются ионами, соседними по массе, также занимающими теперь большую площадь. Напротив, протяженность окна источника в направлении, параллельном силовым линиям, приводит в основном к возрастанию размера изображения в этом же направлении, перпендикулярном к направлению дисперсии, что не вызывает существенного снижения разрешающей способности.Анализатор планируется поставить в то место установки, где есть наибольшее магнитное поле, то есть в пробку. В Maxwellмоделирование поля проводится при заданной геометрии катушек и определенном типе задания возбуждения в катушках (для данной задачи: плотность тока, ток). Т.е. ведется учет тока в предположении, что есть один виток, по которому течет ток, равный суммарному току, текущему в обмотке катушки. Узнать напрямую значение суммарного тока в обмотке катушек пробкотрона не представляется возможным изза того, что не известно точное количество витков в обмотках катушек, хотя известно значение тока в шине обмотки, можно узнать. Для пробкотрона известно значение коэффициета, связывающего значение магнитного поля на оси пробкотрона в пробке с током текущим в обмотке.Плазменный шнур без приложения внешних полей, но пронизываемый интенсивным и мощным электронным пучком, оказывается эффективным средством внутренней инжекции горячей плазмы в открытые ловушки. С помощью неустойчивого пучка удалось получить плазму с плотностью горячих протонов ті = 1011 см-3 (Ti = 1 - 2 КЭВ). Интенсивный электронный пучок при транспортировке в разряженном газе, ионизируя нейтральные молекулы, создает необходимую для начала развития коллективных взаимодействий форплазму. При этом динамическое равновесие в системе может устанавливаться на таком уровне, когда роль плазменных электронов в ионообразовании становится преобладающей по с

Оглавление

Введение

Глава I. Литературный обзор

1.1 Общий принцип действия масс-анализаторов

1.2 Виды масс-анализаторов.

1.2.1 Непрерывные масс-анализаторы

1.2.2 Пульсовые масс-анализаторы

Глава II. Теоретический обзор

2.1 Разрешающая способность анализатора и факторы ее определяющие

2.2 Магнитные поля установки

Глава III. Описание установки

3.1 Описание установки ПР-2

Глава IV. Описание систем диагностики и экспериментальные результаты

4.1 Описание масс-анализатора по легким ионам

4.2 Экспериментальные результаты по легким ионам

4.3 Уширение пиков легких ионов за счет высокочастотных мод шумов в плазме

4.4 Описание масс-анализатора по средним ионам

4.5 Описание масс-анализатора по тяжелым ионам

Заключение

Список используемой литературы

Для исследований в области физики плазмы на линейных симуляторах важно контролировать ионный состав плазмы разряда, а также необходимо контролировать состав примесей. Исходя из оценочных соображений были выделены три группы регистрируемых ионов, для каждой из которых необходим свой регистрационный подход.

Первая группа - это легкие ионы водорода, дейтерия, гелия, т.е. диапазон масс от 1 до 6.

Вторая группа - это ионы средних масс, разнообразные углеводороды (С , СН , CH3 ,CH2 , CH4 , CO , С2H2 и др.), ионы кислорода, азота, т.е. необходимо регистрировать диапазон масс от 9-10 до 45.

Третья группа - это тяжелые ионы распыленного образца. В настоящее время появилась необходимость регистрации вольфрама. Стояла задача разрешать пик в области 184 массы.

Для каждой группы разрабатывался свой отдельный сегмент анализатора, все вместе они представляют собой единый комбинированный прибор, позволяющий работать в широком диапазоне масс.