[实用新型]一种碰撞角度及探测角度可调的交叉分子束实验装置

说明书

本实用新型公开了一种碰撞角度及探测角度可调的交叉分子束实验装置，该装置主要包括可转动束源制备腔和反应/探测腔。本实用新型通过可转动束源制备腔内同时配置一个相对固定的分子束源及一个角度可经传动连接杆进行调谐的分子束源，在不破坏真空的情况下，高效便捷地实现两个束源之间的碰撞角度以及两个束源相对于探测器角度的独立调谐。在改变探测角度之时，可转动束源制备腔与反应/探测腔之间的同心度是通过采用大尺寸高精度轴承加以保证，而动态密封性能则是采用弹簧橡胶圈与差分抽系统的配合来实现的。通过这一系列的设计使交叉分子束实验装置适用于研究不同碰撞能下的同一化学反应产物在各个探测角度之下的速度分布。

技术领域

本实用新型涉及一种交叉分子束实验装置，具体是一种碰撞角度及探测角度均可独立连续调谐的交叉分子束实验装置。

背景技术

交叉分子束技术是现代物理化学实验研究中实现量子态分辨的基元化学反应研究的重要工具。所谓交叉分子束技术，是将两个分子束源以一定角度在高真空环境下进行单次碰撞，进而发生弹性/非弹性散射或化学反应过程。在具体的实验研究过程中，基元化学反应的能量分配、产物空间分布等动力学信息会因碰撞能的不同而呈现出差异化，因此在不同碰撞能下捕捉这些微观动态变化信息是研究一个基元化学反应的重要课题之一。

基于交叉分子束技术的基元化学反应研究实验装置一般均是通过改变碰撞角度或分子束中的反应物分子的速度来实现碰撞能的改变的。以往的交叉分子束实验装置通常会配置了好几个束源腔，一个束源腔对应一个固定的碰撞角度，碰撞角度之间的切换需要通过开腔破坏真空后拆卸调换束源腔才能得以实现。即使这样，基于制造成本的考虑，一套实验装置只能配置诸如45度、90度这样常规的碰撞角度所对应的束源腔体。

为了实现更多碰撞角度下的实验研究，研究者们需要在制备分子束源的气体中掺杂稀有气体，以改变分子束的最终速度来实现碰撞能变化的目的。然而，分子束源的最终速度只随掺杂气体的质量及其比例的改变而发生变化，由于稀有气体的种类有限，且当掺杂比例太大时，探测信号将因分子束源中反应物分子的稀释而迅速衰减。由此可见，通过掺杂稀有气体这一方法无法实现分子束源最终速度的连续可调，也即意味着碰撞能的改变也无法实现自由调节。

另一方面，为了捕捉基元化学反应的能量分配、产物空间分布等动力学信息，需要测得质心坐标系对应的0~180度下的产物速度分布，进而推导出产物在全角度下的产物空间分布、产物能量分布等信息。为了实现这一研究目的，以往的交叉分子束实验装置采用质谱探测技术，将商用质谱安装在角度可调谐的质谱探测腔内，每间隔一定角度测一张产物速度分布图，结合数值拟合的方法获取全角度下的产物信息。由于质谱探测区域需要在超高真空环境下工作才能保证实验的信噪比，因此质谱探测腔必须配备多级差分抽真空系统，并可结合液氮进行冷却处理，从而达到质谱探测区域的真空度要求。按照此设计方案，质谱探测腔的体积就会变得极其复杂庞大，而需要容纳整个质谱探测腔的反应/探测腔也随之变大，大大增加制造成本。此外，质谱探测器是高精密的探测工具，外部的电源控制器及信号控制器需与质谱探测器保持相对静止，以免连接线的轻微拉扯导致信号的不稳定。然而，这在具体实施时极为不便，稳定性也不能完全确保。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型提供了一种碰撞角度及探测角度可调的交叉分子束实验装置。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：

本实用新型主要包括可转动束源制备腔和反应/探测腔。

所述的可转动束源制备腔由可转动底盘、第一束源腔和第二束源腔组成，可转动束源制备腔内部由安装在可转动底盘底部的第一真空泵抽真空，以实现并维持束源制备所需的真空度。