[發明專利]一種雙等離子體離子源放電電源

在審

• 申請號: 201711011663.3
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107579662A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 邱春玲;李騰飛;龍濤;包澤民;田地
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/32
• 代理公司: 沈陽銘揚聯創知識產權代理事務所(普通合伙)21241
• 代理人: 屈芳

技術領域

本發明涉及等離子體電源領域，具體地來講為一種雙等離子體離子源放電電源。

背景技術

二次離子質譜儀是一種檢測樣品成分及其含量的科學儀器，具有超高的靈敏度和質量分辨率，被廣泛應用于分析化學、環境科學、生命科學、地質科學等領域。其原理是經過聚焦的一次離子束轟擊樣品表面濺射出二次離子，產生二次離子進入質量分析器，根據不同離子質荷比的不同實現質譜分離，從而可以得知樣品表面一定深度的元素分布和組成。

雙等離子體離子源是二次離子質譜最常用的一種離子源，能夠提供O^- 、O₂⁺ 、Ar⁺和Xe⁺ 等氣體離子，具有電離效率高、離子能量分散小、離子流穩定的特點。在離子源的陰極和陽極之間需要提供一種電源，能夠讓腔體內的氣體放電，產生大量的氣體離子，通過提取加速電極就得到所需要的一次離子束。

二次離子質譜分析中，被檢測的離子是通過一次離子束轟擊樣品表面濺射產生的二次離子，所以一次離子束的性能影響二次離子質譜分析的結果。放電電源是氣體放電產生一次離子束并保持持續穩定的能量來源，電源的穩定性和放電電流大小能夠改變一次離子束的狀態，所以放電電源的品質影響一次離子束的性能。

CN105515343A公開了“一種低溫等離子體放電電源裝置”，電源裝置包括有電源殼體，所述電源殼體內設置控制單元、開關電源、逆變器、干式變壓器和功率模塊。該電源裝置能夠有效的對電源設備進行散熱，減小溫升對裝置的影響，并且快速的與放電模塊進行連接，易于安裝、調試和維護。這種放電電源是用于介質阻擋放電，輸出電壓峰值5-20KV，輸出頻率10-30KHZ。但是雙等離子體離子源需要放電電源輸出的是直流高壓，而“一種低溫等離子體放電電源裝置”中的電源裝置輸出的是交流電，不適合應用于雙等離子體離子源。

CN201936841U公開了“一種輝光放電離子源裝置用電源”，它包括高壓變壓器，該高壓變壓器的輸出端依次經由橋式整流電路、濾波電路與調整電路的輸入端連接，調整電路的正、負輸出端分別與輝光放電離子源裝置中的采樣盤體、樣品盤體連接，調整電路的正、負輸出端與取樣電路的輸入端連接，取樣電路的輸出端、基準電壓電路的輸出端分別與比較放大電路的兩個輸入端連接，比較放大電路的輸出端與調整電路的調整端連接，220伏交流電壓源向高壓變壓器和比較放大電路提供220伏交流電壓。這種電源提供的高壓直流電的穩壓效果好、輸出電壓可調節、輸出電流大。但是雙等離子體離子源需要放電電源不僅輸出電壓調節，而且電流也需要調節，而“一種輝恒光放電離子源裝置用電源”中的電源輸出電壓能夠調節，但是電流無法調節，不適合用于雙等離子體離子源。

其他一些公開的放電電源，大部分都是恒壓源，而一些恒壓恒流電源,其輸出電壓、輸出電流調節范圍小，功率小等原因,不能滿足雙等離子體離子源的需要。

雙等離子體離子源放電電源的工作方式、輸出電壓范圍、輸出電流范圍、功率以及應用環境等特點，現有的電源都無法滿足。因此需要設計一種放電電源來解決以下問題。

放電電源工作模式為恒壓和恒流模式。在氣體未放電時，電源處于一種恒壓模式，能夠持續不斷的升高電壓，升到氣體擊穿電壓值。氣體一旦擊穿開始放電時，電源自動切換到恒流模式，通過調整放電電流的大小，改變一次離子束的狀態。由于不同的氣壓、溫度、工作氣體，導致擊穿電壓值的不同，所以需要電壓范圍在0-3000V。放電電流大小反應氣體放電的激烈程度，不同電流的大小，氣體放電產生的離子比例不同，比如氧氣，放電會產生O- 、O2-、O+ 、O2+等離子，每種離子的比例會根據放電電流的大小改變。所以需要電流范圍在0-250mA。電源所需要的功率在750W左右，因為氣體放電瞬間功率會比較大。

問題2：一次離子束的提取加速電極（10KV）是質譜儀的接地電位，所以雙等離子體離子源處于高電位，放電電源則是在10KV高壓上工作。放電電源輸入不能直接接入市電，如果直接接入市電，相當于將高壓引入市電，非常危險。

問題3：二次離子質譜實驗過程比較久，一次離子束在實驗過程中可能會出現不穩定的狀態，比如放電中斷，放電過程斷斷續續等，我們不能夠及時并且輕易的發現，一次離子束的不穩定會影響實驗數據，所得出數據結果不具有準確性。一次離子束的穩定性主要受離子源氣體放電狀態的影響。