[發(fā)明專利]一種微電流銫離子源

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910738103.0
• 申請日: 2019-08-12
• 公開（公告）號: CN110444463B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 祁康成;陳聞斌;何豐耘;曹貴川;王小菊
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01J49/16
• 分類號: H01J49/16;H01J49/10
• 代理公司: 北京勁創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11589
• 代理人: 張鐵蘭

一種微電流銫離子源，屬于離子源技術(shù)領(lǐng)域。該離子源包括銫儲器體以及與銫儲器體材料不同的密封蓋，密封蓋所用材料的逸出功高于銫的電離能，密封蓋布置為與銫儲器體的一端接合形成真空密封，所述銫離子源還包括加熱銫源的加熱器，加熱器布置為與密封蓋相靠近側(cè)，使得銫鹽分解、單質(zhì)銫氣化、銫原子通過密封蓋擴(kuò)散到密封蓋外表面并在外表面電離產(chǎn)生銫離子流。本發(fā)明利用銫原子在密封蓋中的擴(kuò)散作用向其外表面源源不斷地輸送銫原子并基于表面電離引出銫離子流。本發(fā)明提供了一種電流可調(diào)、可暴露大氣、壽命長的銫離子源，降低了對真空系統(tǒng)要求的同時(shí)還兼具結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，銫利用率高等優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于離子源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微電流銫離子源。

背景技術(shù)

銫離子源在材料分析、光電技術(shù)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用前景：

在材料分析領(lǐng)域，金屬銫(Cs)常被用作對位于元素周期表右端的那些元素進(jìn)行二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)檢測時(shí)的一次離子。SIMS技術(shù)通過用高能離子束(“一次”離子束)轟擊樣品來生成分析信號，該高能離子束從樣品表面上“濺射”原子。5-15keV一次離子的每次撞擊都使靶表面發(fā)射少量的原子。一小部分發(fā)射出的原子在發(fā)射時(shí)被電離并且這些“二次”離子可以加速進(jìn)入質(zhì)譜儀中并且進(jìn)行質(zhì)量分析以便產(chǎn)生關(guān)于樣品的化學(xué)構(gòu)成和同位素構(gòu)成的信息。在高能量一次離子束轟擊下，通過級聯(lián)和能量交換，樣品表面附近的原子、分子或分子團(tuán)獲得了足夠的能量，得以克服束縛而被濺射出來，在SIMS分析過程中，如果在一次離子所轟擊的樣品表面附近存在銫原子,由于金屬銫是具有較強(qiáng)正電性的元素，采用正電性離子轟擊時(shí)，表面功和勢壘下降，有利于濺射粒子獲得額外的電子成為負(fù)離子，提高二次負(fù)離子的產(chǎn)額。尤其是Ⅵ族元素以及位于元素周期表右端的那些元素,銫原子的存在, 可以使它們的負(fù)離子產(chǎn)額高于存在氧時(shí)的正離子產(chǎn)額，從而提高這些元素的二次離子質(zhì)譜分析極限。

在光電技術(shù)領(lǐng)域，在研究Ⅲ-Ⅴ族光電發(fā)射體中可使用銫離子源作為堿金屬銫源，用以避免銫金屬沉積到光陰極以外的區(qū)域，精確控制光陰極上銫原子吸附量。銫離子源還用于原子碰撞和離子碰撞研究中以及在低氣壓(p≈10^-5托)情況下伴隨電擊穿現(xiàn)象的研究中，此時(shí)把平穩(wěn)的離子流作為研究用的一種探針。此外，基于離子束通過電場加速聚焦的原理，銫離子源也作為銫離子加速器的核心部件。

在以上這些應(yīng)用中，對于銫離子流都要求其能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生皮安到亞微安量級的微小銫離子電流。現(xiàn)有關(guān)于銫離子源的研究中，得以應(yīng)用的銫離子源存在諸多不足，比如：無法暴露在大氣中導(dǎo)致使用條件嚴(yán)苛，離子源的電流大小難以控制，以及使用壽命較短等。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有銫離子源存在的問題，本發(fā)明提供一種微電流銫離子源，該離子源產(chǎn)生電流大小方便調(diào)節(jié)，并且能夠長時(shí)間暴露在大氣中，降低了對于使用離子源的真空系統(tǒng)的要求。

本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的：

一種微電流銫離子源，其特征在于，包括銫儲器體，所述銫儲器體具有容納銫源的腔體，還包括與銫儲器體材料不同的密封蓋，密封蓋所用材料的逸出功高于銫的電離能，密封蓋布置為與銫儲器體的一端接合形成真空密封，所述銫離子源還包括加熱銫源的加熱器，使得氣態(tài)單質(zhì)銫通過密封蓋擴(kuò)散到密封蓋表面產(chǎn)生銫離子流。

進(jìn)一步地，密封蓋的材料選擇高逸出功材料，包括但不限于鎢、鉬或其合金；具體的，所述密封蓋的材料選擇致密性良好的塊材。進(jìn)一步地，為滿足離子束引出電子光學(xué)系統(tǒng)的需要，密封蓋的表面可以是平面，也可以是曲面。

進(jìn)一步地，所述銫儲器體的材料選擇鉭、鎳或其合金。

進(jìn)一步地，所述銫儲器體與密封蓋采用諸如釬焊、電子束焊、氬弧焊或激光焊等焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)真空密封焊接。

進(jìn)一步地，所述銫源可以是單質(zhì)銫，也可以是在高溫下化學(xué)反應(yīng)可生成單質(zhì)銫的銫鹽，其中銫鹽的選擇包括但不限于銫的碳酸鹽、銫的硝酸鹽、銫的鉻酸鹽及銫的重鉻酸鹽。