Лекция ВАКУУМ (РЛ-6) (2015) студентам
.pdf
Ионизационный датчик
Ионизационный датчик
10 3...10 8
Преобразователь Баярда-Альперта
Ионизационный датчик
Измерения парциальных давлений - массспектрометры
Все приборы для измерения парциальных давлений основаны на принципе ионизации газа или пара в
вакуумной системе и последующем разделении полученных ионов в электрическом и магнитном поле в зависимости от отношения массы иона, измеряемой
в атомных единицах массы (а.е.м.) к его заряду М/q (массового числа ).
При разделении ионного тока на составляющие используют различие в скоростях движения ионов
разных газов в электрическом поле.
V 2Uq / M
где: V - скорость ионов, м с-1
q - заряд иона, К (q = 1,59 10-19 K для иона+)
M - масса иона, кг;
М = М (а.е.м.)/Na = М(а.е.м.)/(6,023 1023)
U - пройденная ионом разность потенциалов, В
В большинстве случаев при ионизации медленными электронами образуются ионы, имеющие единичный
элементарный заряд+, т.е. q = e.
Основная характеристика масс-спектрометров: М/( М) –
разрешающая способность, где М – полусумма массовых чисел двух соседних пиков (которые хотят разделить, или
“разрешить” на осциллограмме); М – минимальное значение разности массовых чисел, которые еще могут быть разделены
(разрешены) данным прибором.
Чувствительность прибора определяется минимальным
измеряемым давлением. Максимальное рабочее давление
определяется долговечностью катода ионизатора.
Статические масс-спектрометры
В статическом масс-спектрометре для анализа газов
используют различие в искривлении траектории ионов,
движущихся во взаимно-перпендикулярных электрическом и
магнитном полях.
Статические масс-спектрометры
1 – катод; 2 – ионизатор; 3 – траектории ионов; 4 – корпус; 5 – манометр магнитно-разрядный; 6 – присоединительный патрубок; 7 – диафрагма; 8 – супрессорная сетка; 9 – коллектор ионов; 10 – источник разгоняющего напряжения; 11 – стабилизатор эмиссии; 12 – выносной прибор; 13 - усилитель
Статические масс-спектрометры
Ускоренные ионы, попадающие в камеру через щель входной диафрагмы, отклоняются магнитным полем за счет действия сил Лоренца и летят по круговым траекториям:
R |
2UM /q |
|
H |
||
|
где R – радиус, м ;
H – напряженность магнитного поля, А/м; U=300-400В – разгоняющее напряжение, “-” подан
на корпус камеры, а “+” на коробку ионизатора, В;
M/q – массовое число иона (отношение массы иона М к заряду q), кг К-1.
Динамические масс-спектрометры
Принцип работы динамических масс-спектрометров
основан на использовании различий в динамических
(инерционных) характеристиках ионов с различными массовыми числами. К таким приборам относятся омегатрон
(радиочастотный МС), импульсный времяпролетный МС,
фарвитрон, электрический фильтр масс и др. Разрешающая
способность таких приборов невысока (20…100 вместо
500…1000 у статического МС), но они более портативны,
просты, удобны в эксплуатации.