[发明专利]一种中性粒子分析器及分析电磁场和探测面的布置方法

权利要求书

1.一种中性粒子分析器，其特征在于：包括磁场区(1)、电场区(2)和自由飞行区(3)；

所述的磁场区(1)为直角倒梯形，直角梯形长边位于一侧，离子入射方向垂直磁力线方向；

所述的电场区(2)为倒梯形；所述的电场区(2)倒梯形斜边与磁场区(1)的直角倒梯形斜边平行，两者之间具有间隙，形成绝缘区(5)；

所述的电场区(2)的外侧设置探测面(4)；

所述的探测面(4)位于电场区2上下两边延长线之间；

电场区(2)的边缘、电场区(2)上下两边的延长线、探测面(4)所包围的区域形成自由飞行区(3)；探测面(4)安装在自由飞行区(3)边界；

将磁场区(1)、电场区(2)、绝缘区(5)和探测面(4)均置于真空环境下。

2.如权利要求1所述的一种中性粒子分析器，其特征在于：所述的磁场区(1)和电场区(2)分别为磁铁和静电极板，磁铁为直角倒梯形，静电极板为倒梯形，两个梯形斜边平行。

3.如权利要求2所述的一种中性粒子分析器，其特征在于：所述的直角倒梯形长边20cm，短边7cm，高度30cm；所述的倒梯形的长边10cm，短边2cm，高度30cm；所述的电场区(2)倒梯形斜边与磁场区(1)的直角倒梯形斜边平行，两边相隔1cm；所述的自由飞行区(3)为倒梯形，长边为19.2cm，短边为8cm。

4.如权利要求2所述的一种中性粒子分析器，其特征在于：所述的磁铁和静电极板通过同一平面壁进行支撑固定。

5.一种中性粒子分析器分析电磁场和探测面的布置方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)设计磁场区(1)

磁场区(1)为直角倒梯形，直角梯形长边位于一侧，离子入射方向垂直磁力线；

2)设计电场区(2)

电场区(2)采用倒梯形设计

3)磁场区(1)和电场区(2)之间形成绝缘区(5)

电场区(2)倒梯形斜边与磁场区(1)的直角倒梯形斜边平行

4)电场区(2)的外侧设置探测面4，电场区(2)的边缘、电场区(2)上下两边的延长线、探测面(4)所包围的区域形成自由飞行区(3)；

将磁场区(1)、电场区(2)、绝缘区(5)和探测面(4)均置于真空环境下；

自由飞行区(3)的尺寸形状根据与飞行单元的磁场区(1)和电场区(2)尺寸关系确定需满足l₁(l₁+2l₂)/p²＝c

其中，l₁为离子在垂直于磁场方向上在电场区(2)的飞行轨迹长度；l₂为同一动量的离子在垂直于磁场方向上，在自由飞行区(3)中的飞行轨迹长度，p为离子动量，c为分析器本身所决定的常数；

5)确定自由飞行区(3)的边界，即探测面(4)的位置；

5.1)确定E＝80keV的D⁺离子在垂直于磁场方向上在电场区(2)的飞行轨迹长度l₁、同一动量的离子在垂直于磁场方向上，在自由飞行区(3)中的飞行轨迹长度l₂、飞行轨迹在自由飞行区(3)边界交点D的坐标和常数c；

5.2)确定E＝20keV的D⁺飞行轨迹中与磁场区(1)、电场区(2)、自由飞行区(3)边界的交点A′、B′、C′，根据确定的常数c，求出其在自由飞行区(30中的飞行轨迹长度l₂′，由此得出E＝20keV的D⁺飞行轨迹在自由飞行区(3)边界交点D′坐标；

5.3)根据求得的D、D′坐标，得出自由飞行区(3)边界的方程，由此得到自由飞行区(3)上下宽度，根据此宽度，将探测面(4)布置于自由飞行区的边界。