[發明專利]改進飛行時間質譜測量激光燒蝕離子物種的質譜分辨裝置

有效

• 申請號: 201910504585.3
• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110176386B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 丁洪斌;郝媛杰;吳鼎;馮春雷;李聰;海然
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01J49/24
• 分類號: H01J49/24;H01J49/40;G01N27/62
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 裴毓英

本發明涉及質譜分析技術領域，提供一種改進飛行時間質譜測量激光燒蝕離子物種的質譜分辨裝置，包括：真空系統單元、等離子體產生單元和粒子約束選擇及分離單元，其中：所述粒子約束選擇及分離單元包括：粒子限制選擇器和多個離子脈沖加速電極板；所述粒子限制選擇器包括約束器托舉塊、約束器和約束器選擇擋片；所述約束器托舉塊中開設一個通孔；所述約束器選擇擋片上設置不同孔徑的多個圓孔，所述約束器和約束器選擇擋片設置在約束器托舉塊中并且可以移動；所述離子脈沖加速電極板設置在粒子前進方向上，并與約束器托舉塊軸向平行。本發明能夠提高飛行時間質譜分辨率，能夠選擇控制引入等離子體的范圍，具有更好的實用性效果。

技術領域

本發明涉及質譜分析技術領域，尤其涉及一種改進飛行時間質譜測量激光燒蝕離子物種的質譜分辨裝置。

背景技術

質譜儀器技術是當前國際前沿科學與技術發展的熱點之一，由于質譜技術涉及到物理、化學、生物、微電子、計算機、工程等多門學科，再加上科研人員可以根據自己的實驗要求自主進行設計與組裝搭建質譜實驗系統，因此，一直被認為是最有挑戰的高科技技術之一。

飛行時間質譜法很早之前被作為帶電粒子的荷質比的測量及分析方法，直到1955年威利和麥克拉倫完成了質譜儀系統的設計，才成為了近代商品飛行時間質譜儀的原型。飛行時間質譜法利用離子的不同質量，在相同的加速電場作用下離子在無場漂移中的速度分離而進行測量。所以對于等離子體，通過測量飛行時間質譜數據可以探測到粒子種類，也可以獲得等離子體演化過程中粒子的物種變化。飛行時間質譜技術探測靈敏度很高，已經被廣泛應用于物種分布的分析中，理論及實驗研究表明，質譜方法可以一次得到很寬的質量范圍內的全譜圖。飛行時間質譜技術與激光燒蝕等離子體的結合，可以產生激光燒蝕飛行時間質譜等離子體診斷技術。所以可以利用飛行時間質譜方法離線診斷托卡馬克磁約束核聚變實驗裝置第一壁材料的表面成分變化。

在對托卡馬克磁約束核聚變實驗裝置第一壁材料的各種診斷手段比較可知，飛行時間質譜可以獲得激光燒蝕產生等離子體中全部物種的信息。激光燒蝕材料產生物種的橫向速度是研究過程中比較重要的參數，在質譜中粒子被探測到的時間直接對應于不同物種粒子的質荷比，而質譜峰的展寬則攜帶了粒子的橫向速度信息。常規飛行時間質譜儀在測量真空中等離子體羽的物種分布時，由于膨脹速度過快，使得不同物種的峰展寬太大區分度較低，這就導致飛行時間質譜儀的分辨率較低，對物種成分的判斷造成影響。經粒子限制選擇器的限制與選擇后使得等離子體中粒子沿垂直于等軸方向的橫向速度變小，提高了飛行時間質譜儀的分辨率。通過分析質譜峰的展寬讀取出峰的t_min和t_max值即可獲得相應的粒子橫向運動速度。飛行時間質譜中粒子的回轉時間可由以下公式計算：

將實驗所得質譜數據中提取出來的質譜峰的展寬信息帶入上式，即可計算出相應的初始橫向速度u₀。

綜上所述，利用激光燒蝕飛行時間質譜技術可以檢測磁約束核聚變托卡馬克裝置第一壁灰塵沉積層成分，也能夠研究激光燒蝕等離子體膨脹過程中穩定物種成分及速度分布等信息。

發明內容

本發明主要解決現有技術的激光燒蝕飛行時間質譜技術中檢測樣品內不同物種時空分布以及初始橫向速度展寬太大等技術問題，提出一種改進飛行時間質譜測量激光燒蝕離子物種的質譜分辨裝置，采用能夠橫向速度限制的粒子限制選擇器，能夠限制、選擇出不同延時下的粒子并引入脈沖引出場中加以脈沖電壓，經過電場加速的離子，在無場漂移區運動時不同物種會彼此分離，到達最終位置時的時間差被檢測到，即獲得激光燒蝕樣品產生的離子物種組分信息及時間演化分布，適用于多種等離子體環境，實用性強。

本發明提供了一種改進飛行時間質譜測量激光燒蝕等離子體中離子物種的質譜分辨裝置，包括：真空系統單元(1)、等離子體產生單元(2)和粒子約束選擇及分離單元(3)，其中：

所述真空系統單元(1)包括真空脈沖引出場腔室(11)和真空無場漂移腔室(12)；