[发明专利]带电粒子束轨迹控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及电子离子光学设备，尤其是涉及一种带电粒子束轨迹控制装置。

背景技术

电子离子光学系统，是一种控制电子和离子在电磁场中运动和电子、离子束在电磁场中聚焦、成像、偏转的装置。它的理论依据是：带电粒子在电磁场中会受到库伦力(在电场中)和洛仑兹力的作用，产生类似于工程光学系统的效果，实现对带电粒子的聚焦、发散和方向控制。电子和离子光学系统广泛应用于无线电电子学、电子和离子显微学、质谱学、固体物理和表面物理、材料科学、高能加速器物理和等离子体物理等许多学科领域中。常见的电子离子光学器件有电子束管和显象管等，常见的电子离子光学电子仪器有质谱仪、能谱仪、电子显微镜等。

对带电粒子轨迹方向的控制通常使用两片平行金属板相对放置，两板上加不同的电压，就构成了一对带电粒子束轨迹控制装置，能够实现对离子束飞行方向的控制。在文献(Yongxuan Su,Yixiang Duan,and Zhe Jin，“Helium Plasma Source Time-of-Flight Mass Spectrometry:Off-Cone Sampling for Elemental Analysis”，Anal.Chem.2000,72,2455-2462)中采用的是两对平板式轨迹控制装置，控制离子在X和Y方向的飞行角度，结构如图2所示。图3为其在Y方向上的离子轨迹仿真图，可以看出这种平板式的轨迹控制装置虽然结构简单，只有电极固定板7、上电极板8和下电极板9组成，但板内场强受外部电场影响，电场弥散非常严重，对距离电极板不同位置的带电粒子偏转程度不同，造成带电粒子的角度发散，无法实现对带电粒子束飞行方向的精确控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种带电粒子束轨迹控制装置。

本发明设有电极固定板、上绝缘板、下绝缘板、上电极板阵列、下电极板阵列和分压电阻；

所述上绝缘板和下绝缘板分别固定于电极固定板的上下两面并镜向对称安装；在上绝缘板和下绝缘板上沿着带电粒子束飞行方向上电极板阵列和下电极板阵列构成2行电极板，每条电极板之间等距分布排列；上电极板阵列和下电极板阵列上的每条电极板通过分压电阻分压具有不同的电位。

所述电极固定板可采用金属电极固定板或非金属电极固定板。

所述上绝缘板和下绝缘板可采用非金属绝缘板。

所述上电极板阵列和下电极板阵列可采用金属板或者印刷电路板(PCB)，上电极板阵列的各电极板之间等间距直线排列，下电极板阵列的各电极板之间等间距直线排列，上电极板阵列中的电极板数量不限，下电极板阵列中的电极板数量不限，可根据需求而定。

本发明的工作原理如下：

工作时，上电极板阵列的电压施加在上电极板阵列的最左端电极板和上电极板阵列的最右端电极板之间，下电极板阵列的电压施加在下电极板阵列的最左端电极板和下电极板阵列的最右端电极板之间，其余中间部分的电极板通过电阻分压获得；上电极板阵列的最左端电极板和下电极板阵列的最右端电极板形成对角，上电极板阵列的最右端电极板和下电极板阵列的最左端电极板形成对角；其中一对角位置的电极板电位是同电位，记为V₀；另外一对角上的两电极板电位一个高于V₀，一个低于V₀，且它们与V₀电位差的绝对值相等，为V₀±ΔV，即在两列电极板上得到的是相反梯度变化的电位。最后在电极板阵列之间形成一个原点对称的电场。带电粒子束由电极固定板的左侧进入，在上、下电极板间形成的电场力作用下，就会以一定角度偏转，由电极固定板的右侧射出。由于经过的是一个原点对称电场，每个带电粒子的偏转角度与其离电极板距离无关，都能以同一角度偏转，无任何角度发散；通过调整上侧电极板和下侧电极板所加的电压，可以改变偏转角度大小，从而实现对带电粒子轨迹的控制。

本发明不受带电粒子束的位置影响，对距离电极板不同位置的带电粒子均以同一角度偏转；通过调节合适的电参数，就能使带电粒子按照预定的轨迹到达指定位置如图5；弥补了常规平板式轨迹控制装置因场弥散导致的对处于不同位置带电粒子偏转角度不同的缺点，从根本上解决了粒子束角发散的问题。本发明应用在电子枪、质谱仪等电子离子光学仪器中，可以显著改善仪器性能。

附图说明

图1为本发明实施例的平面结构示意图；

图2为传统的带电粒子束轨迹控制装置结构示意图；

图3为传统的带电粒子束轨迹控制装置计算机仿真图；

图4为本发明实施例的立体结构示意图；