[实用新型]一种双等离子体离子源放电电源

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体电源领域，具体地来讲为一种双等离子体离子源放电电源。

背景技术

二次离子质谱仪是一种检测样品成分及其含量的科学仪器，具有超高的灵敏度和质量分辨率，被广泛应用于分析化学、环境科学、生命科学、地质科学等领域。其原理是经过聚焦的一次离子束轰击样品表面溅射出二次离子，产生二次离子进入质量分析器，根据不同离子质荷比的不同实现质谱分离，从而可以得知样品表面一定深度的元素分布和组成。

双等离子体离子源是二次离子质谱最常用的一种离子源，能够提供O^-、O₂⁺、Ar⁺和Xe⁺等气体离子，具有电离效率高、离子能量分散小、离子流稳定的特点。在离子源的阴极和阳极之间需要提供一种电源，能够让腔体内的气体放电，产生大量的气体离子，通过提取加速电极就得到所需要的一次离子束。

二次离子质谱分析中，被检测的离子是通过一次离子束轰击样品表面溅射产生的二次离子，所以一次离子束的性能影响二次离子质谱分析的结果。放电电源是气体放电产生一次离子束并保持持续稳定的能量来源，电源的稳定性和放电电流大小能够改变一次离子束的状态，所以放电电源的品质影响一次离子束的性能。

CN105515343A公开了“一种低温等离子体放电电源装置”，电源装置包括有电源壳体，所述电源壳体内设置控制单元、开关电源、逆变器、干式变压器和功率模块。该电源装置能够有效的对电源设备进行散热，减小温升对装置的影响，并且快速的与放电模块进行连接，易于安装、调试和维护。这种放电电源是用于介质阻挡放电，输出电压峰值5-20KV，输出频率10-30KHZ。但是双等离子体离子源需要放电电源输出的是直流高压，而“一种低温等离子体放电电源装置”中的电源装置输出的是交流电，不适合应用于双等离子体离子源。

CN201936841U公开了“一种辉光放电离子源装置用电源”，它包括高压变压器，该高压变压器的输出端依次经由桥式整流电路、滤波电路与调整电路的输入端连接，调整电路的正、负输出端分别与辉光放电离子源装置中的采样盘体、样品盘体连接，调整电路的正、负输出端与取样电路的输入端连接，取样电路的输出端、基准电压电路的输出端分别与比较放大电路的两个输入端连接，比较放大电路的输出端与调整电路的调整端连接，220伏交流电压源向高压变压器和比较放大电路提供220伏交流电压。这种电源提供的高压直流电的稳压效果好、输出电压可调节、输出电流大。但是双等离子体离子源需要放电电源不仅输出电压调节，而且电流也需要调节，而“一种辉恒光放电离子源装置用电源”中的电源输出电压能够调节，但是电流无法调节，不适合用于双等离子体离子源。

其他一些公开的放电电源，大部分都是恒压源，而一些恒压恒流电源,其输出电压、输出电流调节范围小，功率小等原因,不能满足双等离子体离子源的需要。

双等离子体离子源放电电源的工作方式、输出电压范围、输出电流范围、功率以及应用环境等特点，现有的电源都无法满足。因此需要设计一种放电电源来解决以下问题。

放电电源工作模式为恒压和恒流模式。在气体未放电时，电源处于一种恒压模式，能够持续不断的升高电压，升到气体击穿电压值。气体一旦击穿开始放电时，电源自动切换到恒流模式，通过调整放电电流的大小，改变一次离子束的状态。由于不同的气压、温度、工作气体，导致击穿电压值的不同，所以需要电压范围在0-3000V。放电电流大小反应气体放电的激烈程度，不同电流的大小，气体放电产生的离子比例不同，比如氧气，放电会产生O- 、O2-、O+ 、O2+等离子，每种离子的比例会根据放电电流的大小改变。所以需要电流范围在0-250mA。电源所需要的功率在750W左右，因为气体放电瞬间功率会比较大。

问题2：一次离子束的提取加速电极（10KV）是质谱仪的接地电位，所以双等离子体离子源处于高电位，放电电源则是在10KV高压上工作。放电电源输入不能直接接入市电，如果直接接入市电，相当于将高压引入市电，非常危险。

问题3：二次离子质谱实验过程比较久，一次离子束在实验过程中可能会出现不稳定的状态，比如放电中断，放电过程断断续续等，我们不能够及时并且轻易的发现，一次离子束的不稳定会影响实验数据，所得出数据结果不具有准确性。一次离子束的稳定性主要受离子源气体放电状态的影响。

离子源气体放电状态影响的因素较多，比如放电电源的品质、离子源温度的变化、离子源腔体内工作气压的变化、磁场强度的变化以及离子源的阳极孔和空心阴极管的孔腐蚀程度影响等。