3.9.2. Виды спектроанализаторов - Ашкинази Л.А.

Важное преимущество таких спектроанализаторов, назы­ваемых «времяпролетными»,— малое время измерения: как только самые тяжелые ионы достигли коллектора, прибор готов к измерению. Поэтому времяпролетные спектроанализаторы можно применять для исследования быстрых изменений состава газа.

Что касается влияния газа на работоспособность спектроанализатора, его газовыделения и откачивающего действия, то они зависят от того, какой катод используется в источнике электронов, и примерно таковы же, как в ионизационном ваку­умметре. Откачивающее действие спектроанализатора мало, но спектр газа в нем все же отличается от спектра в остальной вакуумной системе из-за реакций на накаленном катоде и из-за воздействия электронного пучка Электронный пучок разлагает молекулы. Из N₂ получается N, из 0₂ — О, из СН₄ - Н, С, СН, СН₂, СН₃, из Н₂0 — Н, О, ОН и т. д. Возможны и помехи от многократной ионизации, так как одинаковые атомы могут ионизоваться не только однократно. Например, из Аг обра­зуются ионы Аг⁺ и Аг²⁺, а это тоже будет искажать спектр. Ион Аг²⁺ будет приобретать в ускоряющем поле энергию в 2 раза большую, чем ион Аг⁺, и выйдет из него со скоростью в \/l раз большей. Не зная, что у Ar^{2 +} двойной заряд, мы можем принять его за ион с одинарным зарядом, но с двукратно меньшей массой, т. е. ион Ne⁺.

Принцип действия другого типа спектроанализатора основан на зависимости движения ионов в магнитном поле от их массы. Пусть ион с зарядом е, ускоренный разностью потенциалов U и имеющий, следовательно энергию eU и скорость \/2eV/m, влетает в магнитное поле с индукцией В (рис. 26).

Он будет двигаться по окружности радиуса . Ионы с разной массой движутся по окружностям разных радиу­сов. В реальных конструкциях ставят один коллектор и, плавне меняя U, «приводят» на коллектор ионы с разными отношениями т/е.

И, наконец, еще один тип спектроанализаторов — омегатрон Устройство омегатрона показано на рис. 27. К пластинам приложено переменное напряжение. Ионы, образующиеся на оси прибора в области электронного пучка, движутся по спирали. Частота вращения иона равна Ве/т. Если эта частота совпадает с частотой переменного напряжения 2k, то радиус траектории растет со временем,*) и ион движется по раскручивающейся спирали, пока не попадет на коллектор. Происходит так потому, что каждый раз, когда ион движется, например, вверх, он движется по полю, ускоряясь, и далее, когда он движется по другой половине окружности вниз, поле также меняет направ­ление и опять оказывается ускоряющим. Так ион все время получает энергию от поля и увеличивает радиус своей орбиты. Если же частота вращения иона не совпадает с частотой переменного напряжения, то до коллектора ему не добраться. Изменяя частоту переменного напряжения, на коллектор направ­ляют ионы с разными отношениями т/е и определяют состав остаточных газов в вакуумной системе.

*) Движение заряженной частицы в магнитном поле удовлетворяет усло­вию т ((a²R) = е (шЛ) В, где со²К — ускорение, a>R — линейная скорость, е (соЛ) В — сила Лоренца. Отсюда со = еВ/т. Сила, действующая со стороны электри­ческого поля, увеличивает линейную скорость, при этом увеличивается и R, так как со остается постоянной.