[发明专利]同位素分辨的离子速度成像仪及其控制方法

说明书

本发明公开了一种同位素分辨的离子速度成像仪及其控制方法，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板沿着水平方向依次设置并且均为中间带圆孔的带电极板，气体导管穿过壳体一端端部固定在壳体内，气体进样脉冲阀门设置在气体导管一端端部，激光束设置在第一带电极板和第二带电极板之间并且与气体导管位置对应，第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管沿水平方向设置，偏转极板设置在第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管之间，第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管与偏转极板靠近的一端分别设置有栅网，探测器设置在壳体另一端端部。本发明可以实现高分辨区分同位素进行离子速度成像，可以区分质量数很近的同位素离子。

技术领域

本发明涉及一种离子速度成像仪及其控制方法，特别是一种同位素分辨的离子速度成像仪及其控制方法。

背景技术

目前通行的离子速度成像仪是由荷兰科学家Eppink和Parker于1997年设计，他们通过设计三块带圆孔的极板，在一定的优化电压配置下，形成离子透镜，实现对具有相同速度但是不同位置的带电粒子进行聚焦，然后被飞行管后端MCPPS（Micro-channel Plate Phorsphor Screen, 微通道板磷光屏）探测器收集，如图5(a)所示，其中P1是排斥级极板，P2是加速级极板，P3是接地级极板。在离子透镜作用下，不同位置的带电粒子聚焦在探测器的一个点上，这大大提高了离子速度成像的分辨率。将带孔圆盘的加上合适电压后，形成离子透镜，如图5(b)所示。

然而，目前通行的基于三极板设计的离子速度成像仪以及后来发展的多极板离子速度成像仪，都无法对同位素母体离子或者碎片离子进行分辨成像。尽管逐步发展起来的“质量门”技术可以对质量数差异较大的带电离子碎片进行分辨成像，但是对于质量数差异极小的同位素碎片，例如12C、13C的离子很难高分辨成像，这是由于“质量门”技术是基于控制探测器电压让探测器不工作状态，而当感兴趣的离子到达时候，试图让探测器“瞬间”处于高压状态使其工作，从而选择性探测感兴趣的一定质量离子。但是这种电压的变化是很难通过“瞬间”来完成，因此现有技术很难区分质量数很近的离子，如同位素离子12C、13C；同时探测器电压从高压“瞬间”降低到0，时而会产生放电现象，不仅可能损坏探测器，而且对成像效果有影响，造成错误的实验结果；同时离子速度成像业内人士众所周知的是MCPPS探测器价格非常昂贵，长期这样操作会降低探测器寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种同位素分辨的离子速度成像仪及其控制方法，区分质量数很近的同位素离子。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种同位素分辨的离子速度成像仪，其特征在于：包含壳体以及设置在壳体内的第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板、第五带电极板、第一飞行屏蔽管、偏转极板、第二飞行屏蔽管、探测器、气体导管、气体进样脉冲阀门和激光束，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板沿着水平方向依次设置并且均为中间带圆孔的带电极板，气体导管穿过壳体一端端部固定在壳体内，气体进样脉冲阀门设置在气体导管一端端部，激光束设置在第一带电极板和第二带电极板之间并且与气体导管位置对应，第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管沿水平方向设置，偏转极板设置在第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管之间，第一飞行屏蔽管和第二飞行屏蔽管与偏转极板靠近的一端分别设置有栅网，探测器设置在壳体另一端端部。

进一步地，所述壳体长度为1417mm，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板均为开圆孔的圆形极板，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板的厚度为2mm，外径均为140mm，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板的内径分别为10mm、20mm、30mm、40mm和25mm，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板、第四带电极板和第五带电极板的间距为38mm，第一带电极板与壳体端部间距为100mm。