[发明专利]轴向磁离子源及相关电离方法

摘要

一种离子源，其配置成用于电子电离并产生同轴的电子和离子束。该离子源包括沿轴线的电离室、配置成用于在所述电离室中产生轴向磁场的磁体组件、电子源、以及透镜组件，其配置成用于沿着轴线将离子束从电离室引出，朝向电子源将电子束反射回，以及将更高能量的离子从离子源传送出同时朝向透镜元件反射更低能量的离子进行中和。 1

主权项

1.一种离子源，包括：

主体，其包括电离室和通入所述电离室的样品入口，所述电离室包括第一端和第二端，并且具有沿着源轴线从所述第一端至第二端的长度；

磁体组件，其围绕着所述主体并且配置成用于在所述电离室中产生轴向磁场；

电子源，其定位在所述第一端并且包括热离子阴极和电子反射器，所述电子源配置成用于沿着所述源轴线加速电子束通过电离室；以及

透镜组件，其包括位于所述第二端的提取器、在所述电离室外部并且沿着所述源轴线与所述提取器间隔开的第一透镜元件、以及沿着所述源轴线与所述第一透镜元件间隔开的第二透镜元件，其中，所述提取器配置成用于沿着所述源轴线将离子束从所述电离室引出，所述第一透镜元件配置成用于朝向所述电子源反射电子束，所述第二透镜元件配置成用于传送更高能量的离子同时朝向第一透镜元件反射更低能量的离子。

2.根据权利要求1所述的离子源，其中，所述电离室具有沿长度恒定的横截面面积或者沿至少一部分长度增大的横截面面积。

3.根据权利要求1或2所述的离子源，其中，所述磁体组件包括以下中的至少一个：

多个磁体，其绕着所述源轴线沿周向彼此间隔开；以及

在轴线上的磁体，其定位在所述电离室外面的源轴线上并且配置成用于修改所述轴向磁场，以使得电子束在朝向所述提取器的方向上发散。

4.根据权利要求1或2所述的离子源，包括定位在所述阴极与提取器之间的第一端的离子排斥器。

5.根据权利要求1或2所述的离子源，包括与所述电子源和透镜组件信号连通的电压源，以及配置成用于控制电压源操作的控制器，所述电压源选自由以下构成的组：

调节施加至所述阴极的电压；

维持所述阴极与定位在所述阴极与提取器之间的第一端的离子排斥器之间的固定电位差，同时调节施加至所述阴极的电压；

基于对施加至所述阴极的电压的调节，调节施加至所述第一透镜元件的电压；

将施加至所述阴极和第一透镜元件的电压设定成足以维持电子束在所述阴极与第一透镜元件之间反射的相应值；

将施加至所述阴极和第一透镜元件的电压设定成足以维持电子束在所述阴极与第一透镜元件之间反射的相应值，并且相对于所述阴极将电压偏移添加至所述第一透镜元件，以增加电子束从第一透镜元件的反射；

将施加至所述第二透镜元件的电压设定成足以用于朝向所述第一透镜元件加速被俘获在所述第二透镜元件与提取器之间的离子的值；

将电压脉冲施加至所述电子源的导电元件；

将电压脉冲施加至所述透镜组件的导电元件；

将电压脉冲施加至所述主体；

选通电子束；以及

前述中的两个或更多个。

6.一种用于执行电子电离的方法，所述方法包括：

引导作为电子束的电子从电子源通过具有沿着电子源与透镜组件之间的源轴线的长度的电离室；

通过将轴向磁场施加至所述电离室，沿着所述源轴线聚焦电子束；

沿着所述源轴线在所述电子源与透镜组件之间来回反射电子；

通过将样品材料引入所述电离室朝向电子束来产生离子，其中，所述离子沿着所述源轴线聚焦成离子束；

沿着所述源轴线通过透镜组件传送离子；以及

反射俘获在透镜组件中的离子，以防止这些被俘获的离子离开透镜组件，同时将非俘获的离子从所述透镜组件传送出。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，进行聚焦电子以使得电子束在朝向提取器的方向上发散。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，聚焦电子包括利用绕着所述源轴线沿周向彼此间隔开的多个磁体和定位在所述电离室外面的源轴线上的在轴线上的磁体。

9.根据权利要求6至7中任一项所述的方法，其中，通过将电压施加至阴极来进行产生电子，并且还包括以下中的至少一个：

通过调节电压来调节电子的能量；

通过调节电压来调节电子的能量，并且同时调节在阴极上的电压，调节定位在所述阴极与透镜组件之间的离子排斥器上的电压来维持在所述阴极与离子排斥器之间的固定电位差；

通过调节电压来调节电子的能量，并且将电压施加至所述透镜组件的透镜元件，以将电子束反射回所述电离室中，并且同时调节在阴极上的电压，等量地调节在透镜元件上的电压；

将电压施加至所述透镜组件的透镜元件，以将电子束反射回所述电离室中；

将电压施加至所述透镜组件的透镜元件，以将电子束反射回所述电离室中，并且将施加至所述阴极和透镜元件的电压设定成足以维持电子束在所述阴极与透镜元件之间反射的相应值；以及

将电压施加至所述透镜组件的透镜元件，以将电子束反射回所述电离室中，将施加至所述阴极和透镜元件的电压设定成足以维持电子束在所述阴极与透镜元件之间反射的相应值，并且将施加至所述阴极和透镜元件的相应电压设定成相等的值，或者相对于施加至阴极的电压将施加至透镜元件的电压增加偏移量，以增加在透镜元件的反射。

10.根据权利要求6至7中任一项所述的方法，包括以下中的至少一个:

将电压施加至所述透镜组件的提取器，以将离子从所述电离室传送到透镜组件中；

将电压施加至所述透镜组件的提取器，以将离子从所述电离室传送到透镜组件中，并且将电压施加至定位在所述电离室外部的透镜组件的第一透镜元件，以反射电子束通过提取器并进入电离室；

将电压施加至所述透镜组件的提取器，以将离子从所述电离室传送到透镜组件中，将电压施加至定位在所述电离室外部的透镜组件的第一透镜元件，以反射电子束通过提取器并进入电离室，并且将电压施加至所述透镜组件的第二透镜元件，以反射被俘获的离子与所述第一透镜元件碰撞；

将电压施加至所述透镜组件的透镜元件，以反射被俘获的离子与所述透镜组件的另一透镜元件碰撞；以及

执行脉冲步骤，其选自由以下构成的组：将电压脉冲施加至所述电子源的导电元件；将电压脉冲施加至所述透镜组件的导电元件；将电压脉冲施加至限定至少一部分电离室的主体；选通电子束；以及前述中的两个或更多个。