[发明专利]一种基于光电离的低动能脉冲离子源

说明书

本发明属于离子‑分子交叉束散射技术领域，涉及一种基于光电离的低动能脉冲离子源，包括：离子加速透镜组、偏转电极组、第一聚焦电极组、第二聚焦电极组和离子减速组件；离子加速透镜组，用于产生并加速离子，并对离子束进行初步聚焦；偏转电极组，用于对经过初步聚焦的离子束进行空间位置和速度方向的修正；第一聚焦电极组，用于对经过修正的离子束进行二次聚焦；第二聚焦电极组，用于对离子束进行第三次聚焦，以使离子束焦点落在反应区中心；离子减速组件，用于将经过第三次聚焦的离子束减速，并配合第一聚焦电极组和第二聚焦电极组优化离子束的聚焦状态。其采用多级聚焦的方式，以保证离子在动能降到很低的情况下也保持良好的聚焦状态。

技术领域

本发明涉及一种基于光电离的低动能脉冲离子源，属于离子-分子交叉束散射技术领域，特别涉及低动能脉冲离子源技术领域。

背景技术

分子反应动力学是在原子、分子层次上研究化学反应中的分子动态结构、反应过程、反应速率和反应机理的学科，它既涉及分子的内部运动，又涉及分子间的碰撞。从分子层次弄清一个反应体系的微观动力学机理是理解整个体系宏观动力学行为的关键。离子与分子之间的碰撞反应及能量传递过程广泛存在于行星大气、星际空间、等离子体以及燃烧过程等复杂的气相环境中，研究离子与分子之间的碰撞动力学过程对理解这些复杂气相环境的化学性质及演化过程有重要的科学意义。与此同时，离子与分子之间的碰撞动力学也是气相分子反应动力学研究的重要方向之一，已有超过一个世纪的历史。这些研究不仅大大加深了人们对离子-分子碰撞机理的理解，也极大地推动了各种先进仪器设备的发展。

目前为止，研究离子-分子反应的实验方法主要有离子选择-流动管技术、导向离子束技术、离子阱技术和交叉分子束技术等。前三种技术侧重于对反应总速率和产物通道分支比的测量，而对反应产物所处的量子态、微分散射截面等信息却难以准确地测量。近些年来，随着离子速度成像技术的发展，基于离子速度成像的交叉分子束技术在离子-分子反应动力学领域发挥越来越重要的作用。它不仅能获得反应产物的通道分支比，而且可以获得产物的量子态分布及其微分散射截面信息，进而获得反应的详细动力学信息。

一个在较低动能范围内(5eV)连续可调、动能展宽小、在时间和空间上聚焦良好的脉冲离子源系统是离子-分子交叉分子束装置的最重要组成部分。对于一个聚焦能力良好的离子速度成像系统，足够小的反应体积是获得高分辨离子速度成像谱图的关键。由于离子带有电荷，库伦排斥使得离子在飞行过程中容易产生较大的空间展宽和动能展宽。当离子束进入反应区与中性分子束发生交叉碰撞时会形成一个较大的反应体积，这是制约离子-分子交叉分子束实验中产物速度测量分辨率的重要因素。同时，较大的动能展宽对反应产物能态分析和反应机理的解释也会带来不确定性。因此，一个空间上聚焦良好且动能展宽小的离子源系统对深入研究离子-分子反应机理是必不可少的。

目前，国内外已有多个课题组在发展和使用基于三维离子速度成像技术的交叉分子束装置，用于研究离子与分子之间的碰撞动力学过程，例如奥地利Innsbruck大学的Wester教授课题组和中国科学技术大学的田善喜教授课题组。Wester教授和田善喜教授课题组设计的离子源都是用电子轰击的方式产生反应物离子，该方法产生的离子不具有量子态选择性，会对反应机理的解释带来极大的不确定性。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供了一种基于光电离的低动能脉冲离子源，其采用多级聚焦的方式，以保证离子在动能降到很低的情况下也保持良好的聚焦状态。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于光电离的低动能脉冲离子源，包括：离子加速透镜组、偏转电极组、第一聚焦电极组、第二聚焦电极组和离子减速组件；离子加速透镜组，用于产生并加速离子，并对离子束进行初步聚焦；偏转电极组，用于对经过初步聚焦的离子束进行空间位置和速度方向的修正；第一聚焦电极组，用于对经过修正的离子束进行二次聚焦；第二聚焦电极组，用于对离子束进行第三次聚焦，以使离子束焦点落在反应区中心；离子减速组件，用于将经过第三次聚焦的离子束减速，并配合第一聚焦电极组和第二聚焦电极组优化离子束的聚焦状态。