[發明專利]同位素分辨的離子速度成像儀及其控制方法

有效

• 申請號: 201810199443.6
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN108565202B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 劉玉柱;章炎麟;常運華;顏逸輝;尹文怡;祝若松;錢曉陸;張啟航;周馮斌
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: H01J49/40
• 分類號: H01J49/40;H01J49/00
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發明公開了一種同位素分辨的離子速度成像儀及其控制方法，第一帶電極板、第二帶電極板、第三帶電極板、第四帶電極板和第五帶電極板沿著水平方向依次設置并且均為中間帶圓孔的帶電極板，氣體導管穿過殼體一端端部固定在殼體內，氣體進樣脈沖閥門設置在氣體導管一端端部，激光束設置在第一帶電極板和第二帶電極板之間并且與氣體導管位置對應，第一飛行屏蔽管和第二飛行屏蔽管沿水平方向設置，偏轉極板設置在第一飛行屏蔽管和第二飛行屏蔽管之間，第一飛行屏蔽管和第二飛行屏蔽管與偏轉極板靠近的一端分別設置有柵網，探測器設置在殼體另一端端部。本發明可以實現高分辨區分同位素進行離子速度成像，可以區分質量數很近的同位素離子。

技術領域

本發明涉及一種離子速度成像儀及其控制方法，特別是一種同位素分辨的離子速度成像儀及其控制方法。

背景技術

目前通行的離子速度成像儀是由荷蘭科學家Eppink和Parker于1997年設計，他們通過設計三塊帶圓孔的極板，在一定的優化電壓配置下，形成離子透鏡，實現對具有相同速度但是不同位置的帶電粒子進行聚焦，然后被飛行管后端MCPPS（Micro-channel?Plate?Phorsphor?Screen,?微通道板磷光屏）探測器收集，如圖5(a)所示，其中P1是排斥級極板，P2是加速級極板，P3是接地級極板。在離子透鏡作用下，不同位置的帶電粒子聚焦在探測器的一個點上，這大大提高了離子速度成像的分辨率。將帶孔圓盤的加上合適電壓后，形成離子透鏡，如圖5(b)所示。

然而，目前通行的基于三極板設計的離子速度成像儀以及后來發展的多極板離子速度成像儀，都無法對同位素母體離子或者碎片離子進行分辨成像。盡管逐步發展起來的“質量門”技術可以對質量數差異較大的帶電離子碎片進行分辨成像，但是對于質量數差異極小的同位素碎片，例如12C、13C的離子很難高分辨成像，這是由于“質量門”技術是基于控制探測器電壓讓探測器不工作狀態，而當感興趣的離子到達時候，試圖讓探測器“瞬間”處于高壓狀態使其工作，從而選擇性探測感興趣的一定質量離子。但是這種電壓的變化是很難通過“瞬間”來完成，因此現有技術很難區分質量數很近的離子，如同位素離子12C、13C；同時探測器電壓從高壓“瞬間”降低到0，時而會產生放電現象，不僅可能損壞探測器，而且對成像效果有影響，造成錯誤的實驗結果；同時離子速度成像業內人士眾所周知的是MCPPS探測器價格非常昂貴，長期這樣操作會降低探測器壽命。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種同位素分辨的離子速度成像儀及其控制方法，區分質量數很近的同位素離子。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種同位素分辨的離子速度成像儀，其特征在于：包含殼體以及設置在殼體內的第一帶電極板、第二帶電極板、第三帶電極板、第四帶電極板、第五帶電極板、第一飛行屏蔽管、偏轉極板、第二飛行屏蔽管、探測器、氣體導管、氣體進樣脈沖閥門和激光束，第一帶電極板、第二帶電極板、第三帶電極板、第四帶電極板和第五帶電極板沿著水平方向依次設置并且均為中間帶圓孔的帶電極板，氣體導管穿過殼體一端端部固定在殼體內，氣體進樣脈沖閥門設置在氣體導管一端端部，激光束設置在第一帶電極板和第二帶電極板之間并且與氣體導管位置對應，第一飛行屏蔽管和第二飛行屏蔽管沿水平方向設置，偏轉極板設置在第一飛行屏蔽管和第二飛行屏蔽管之間，第一飛行屏蔽管和第二飛行屏蔽管與偏轉極板靠近的一端分別設置有柵網，探測器設置在殼體另一端端部。

進一步地，所述殼體長度為1417mm，第一帶電極板、第二帶電極板、第三帶電極板、第四帶電極板和第五帶電極板均為開圓孔的圓形極板，第一帶電極板、第二帶電極板、第三帶電極板、第四帶電極板和第五帶電極板的厚度為2mm，外徑均為140mm，第一帶電極板、第二帶電極板、第三帶電極板、第四帶電極板和第五帶電極板的內徑分別為10mm、20mm、30mm、40mm和25mm，第一帶電極板、第二帶電極板、第三帶電極板、第四帶電極板和第五帶電極板的間距為38mm，第一帶電極板與殼體端部間距為100mm。