[实用新型]一种真空弧离子源飞行时间质谱仪

说明书

技术领域

本实用新型属于质谱仪技术领域，具体涉及一种真空弧离子源飞行时间质谱仪，尤其是一种离子源引出电压大于40kV的、可检测含氘金属电极单次脉冲放电后离子成份的飞行时间质谱仪。

背景技术

脉冲中子管在无损检测、脉冲中子测井等研究领域中有着广泛的应用，在核技术领域中有重要的应用。脉冲中子管的含氘金属电极真空弧离子源在放电过程中既产生氘离子，也产生氘分子离子和金属离子。对产生中子有用的是氘离子，而其他离子束流不仅对氚靶有损伤，而且会降低氘氚中子管的耐压性能。因此氘离子束流成份越高，意味着中子管中离子源的性能越好。为了改善脉冲中子管真空弧离子源性能，必须测量离子源引出的氘离子成份。实验已经证实离子源引出离子具有不均匀性，随着引出电压的不同，到达脉冲中子管靶端的离子束分布不同，导致氘离子成份随引出电压的变化而不同，因此离子源引出的氘离子成份测量中，尽可能接近脉冲中子管引出电压，以保证测量的准确性。飞行时间质谱仪是测量离子源输出氘离子束流的成份的优选设备。从离子引出方式可分反射式飞行时间质谱仪和直线式飞行时间质谱仪。分反射式飞行时间质谱仪从离子出口垂直方向引出离子，并经过反射器后使离子达到检测器。直线式飞行时间质谱仪从离子出口水平方向引出离子，离子以直线方式飞行到达检测器。

由于脉冲中子管中真空弧离子源单次脉冲半宽度通常小于20μs，加之放电过程的电磁干扰很大，用飞行时间质谱仪测量脉冲离子成份必须具有快的时间响应、较强的抗干扰能力、较高的质量分辨力和较高的测量精度。现有飞行时间质谱仪在测量脉冲离子源中的离子成分时都有着各自的缺点，无法有效地用于窄脉冲宽度的单次脉冲真空弧离子源。

2006年，俄罗斯的V.I.Gushenets等人在“REVIEWOFSCIENTIFICINSTRUMENTS”杂志的第77卷,第6期发表了题为“Simpleandinexpensivetime-of-flightcharge-to-massanalyzerforionbeamsourcecharacterization”文章，文中介绍了一种飞行时间质谱仪，采用金属蒸发真空弧离子源，离子源引出电压达到了30kV,产生频率可调的连续脉冲束，离子源脉冲半宽度达250μs左右。本专利申请人在该飞行时间质谱仪进行实验的结果证明，由于抗电磁干扰能力和脉冲离子取样方式的限制，该直线式飞行时间质谱仪无法测量脉冲半宽度低于100μs的窄脉冲离子束，更不适用于脉冲宽度较窄的单次脉冲真空弧离子源。

2010年5月，陈磊等人在2010年真空放电和电绝缘国际学术会议论文集上发表了题为“Plasmacharacteristicsofvacuumarcionsourcebyusingtime-of-flightmassspectrometry”的文章，介绍了一种反射式飞行时间谱仪，采用了窄脉冲含氢电极真空弧离子源，采用了正负双脉冲推斥和垂直离子引出方式，此类引出方式离子源引出电压-1.2kV。用该谱仪测量了真空弧离子源等离子体中的离子的百分比等参数，实现了脉冲半宽度10μs离子成份测量，但是由于在离子检测系统中采用微通道板，微通道板对不同质量的离子响应差别很大，所以测量精度不能保证。

2006年，贾韦韬等人在质谱学报第27卷第三期发表了题为“高效液相色谱检测器-高分辨飞行时间质谱仪的研制”，该谱仪也采用正负双脉冲推斥和垂直离子引出方式，离子源引出电压小于1kV。文章介绍了把微通道板设置工作在饱和状态，形成单离子峰信号计数，以减小不同质量的离子响应差别、提高精度。这种方法的前提是离子计数必须足够多，因此只适合脉冲半宽度较宽、且是连续脉冲的电喷雾分子离子源，不适合半宽度20μs以下较窄的单次脉冲真空弧离子源，因为此类离子源离子计数非常少，无法定量。

发明内容

本实用新型提供了一种真空弧离子源飞行时间质谱仪，它采用脉冲真空弧离子源，离子源引出电压大于40kV，脉冲半宽度大于6μs，能够测量含氘金属电极在离子源脉冲放电中产生的离子种类和离子成份。离子检测采用法拉第杯，测得的离子谱峰完全响应不同质量离子，克服了其它飞行时间谱仪的局限性。