一种产生低能离子的装置制造方法及图纸

一种产生低能离子的装置，该装置包括高能离子产生单元、离子聚焦单元、离子减速单元、离子选择单元以及真空腔，所述离子产生单元产生离子注入上述离子聚焦单元，离子经上述离子聚焦单元聚焦后输入上述离子减速单元，离子经离子减速单元减速后进入上述离子选择单元，由离子选择单元对离子进行筛选后输出所需低能离子，上述离子产生单元、离子聚焦单元、离子减速单元及离子选择单元都置于上述真空腔中。该装置可以通过添加不同的原子源，可以获得不同种类低能离子，具有普适性、低能量性，同时离子流可以连续产生，具有持续性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及原子分子物理学，更具体涉及低能离子产生技术。
技术介绍
在原子分子物理学科中，离子产生技术至关重要，现阶段，离子的产生主要有电子轰击及光电离。对于电子轰击，其采用高速电子轰击靶原子，从而使原子电离形成离子，优势在于：由于电子能量较高且覆盖范围广，故其电离效率高，适用范围广，且结构简单操作方便；但其缺点也很明显：即离子能量分布不集中，离子能量过高，后续难以实现离子的囚禁等。对于激光电离，优势在于电离的离子纯度高，能量低；其不足在于激光频率覆盖范围有限，获得大多数种类离子所需的电离能不在激光频率覆盖范围内。随着原子分子物理的发展，我们需要对一些难以激光电离获得，而又需要低能量加以囚禁的离子进行研究，就需要寻求其他的解决方法。本专利技术利用电子轰击靶原子产生高能离子，经由各部分进行聚焦、减速、筛选后可以获得同激光电离能量相仿，能用于进一步冷却，光谱实验的低能离子。现阶段的高能离子源装置多采用聚焦电子束轰击靶原子技术，有效的产生大量的各种能级的离子再通过加速电极引出，这一方法在实验室已普遍使用，具体如R.A.Holt等的文献Metastableionsource，Rev.Sci.Instrum.52(2),Feb,1981[1]，一般获得为能量在100eV-MeV之间，具有一定宽度速度分布的离子束。在离子束的传输及聚焦中，一般采用电场或磁场或混合场对离子束进行人为控制传输聚焦，而静电势的离子透镜是对离子束进行准直聚焦的最有效最简单的方法，如YorkUniversity在Characterizationofametastablelithiumionsource中的描述。利用静电场对离子进行聚焦、传输的方案，其原理简单，且相应的系统易于设计。在离子囚禁领域，较为常见的Paul阱，由双曲面构成，但后经D.R.Denison在文献“OperatingParametersofaQuadrupoleinaGroundedCylindricalHousing[J].JVac.SciTechnol,1971,8(1):266-269”中分析，在采用圆柱形四极杆电极取代双曲面极时，当圆柱形电极半径R与离子阱轴心到电极表面的距离r0满足R/r0=1.144时，阱的径向囚禁因子接近于1，此时势场非常接近双曲面谐振势，由此这一阱的尺寸参数被普遍应用。在质谱技术中，弯曲四极杆质谱分析得到了广泛应用，也有相关弯曲四极杆的详细分析，同样上述Paul阱几何参数的最优选择对弯曲的四极杆阱适用，但在弯曲部分需要对势场进行一定的补偿，具体有日本的WO2012/124041A1专利离子传输及质量分析装置有具体介绍，以及周晓煜的“离子阱质谱的非线性理论研究”有理论计算分析。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种产生低能离子源的装置，该装置由高能离子产生单元、离子聚焦单元、离子减速单元、离子选择单元和真空腔组成。本专利技术在现有高能离子源技术和真空技术基础上，结合离子聚焦单元、离子减速单元和离子选择单元，完成离子的高能输入到低能输出，选择性获得所需低能离子，解决了部分离子无法低能获得的难题。本专利技术能通过添加不同的原子源，调节各部分的电势及射频参数获得不同种类低能离子，具有普适性，同时离子流获得具有连续性，离子低能性的特点。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种产生低能离子源的装置，该装置由高能离子产生单元、离子聚焦单元、离子减速单元、离子选择单元和真空腔组成；高能离子产生单元为现有技术；离子聚焦单元由第一极板、第二极板、第三极板和陶瓷连接柱组成；三个极板均由直径相同的圆筒和圆锥连接构成，在圆锥顶端都开有小孔，第一极板、第二极板和第三极板的小孔直径比例为1：2：1，三个极板依次同轴同向固定在陶瓷连接柱上；离子减速单元由圆形极板和光学支柱组成，圆形极板的圆心开有小孔，小孔直径和第一极板的小孔直径相同；圆形极板固定在光学支柱上；离子选择单元由四极杆阱和支撑架组成，四极杆阱每个极杆半径为R，四极杆阱横截面中心距任意一根极杆表面的距离为r0，其中1.1≤R/r0≤1.2，四极杆阱弯曲成半径为r1的1/4圆弧形，用支撑架固定；高能离子产生单元产生的离子输出方向与离子聚焦单元三个极板的中心轴、离子减速单元圆形极板的中心轴和离子选择单元输入端端面的中心轴重合，以上各单元均置于真空腔中，其中高能离子产生单元和离子聚焦单元以及离子聚焦单元和离子减速单元之间均用绝缘隔离板隔离。本专利技术的优点在于，在现有高能离子源技术和真空技术的基础上，结合离子聚焦单元、离子减速单元和离子选择单元，完成离子的高能输入到低能输出，选择性获得所需低能离子，解决了部分离子无法低能获得的难题。本专利技术能通过添加不同的原子源，调节各部分的电势及射频参数获得不同种类低能离子，具有普适性，同时离子流获得具有连续性，离子低能性的特点。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。其中1为高能离子产生单元、2为离子聚焦单元、3为离子减速单元、4为离子选择单元、5为真空腔。图2为离子聚焦单元的剖面图。其中21为第一极板、22为第二极板、23为第三极板、24为陶瓷连接柱。图3为离子减速单元的示意图。其中31为圆形极板、32为光学支柱。图4为离子选择单元的示意图。其中41为四极杆阱、42为支撑架。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术作进一步的说明。实施例一由图1可知，一种产生低能离子源的装置，该装置由高能离子产生单元1、离子聚焦单元2、离子减速单元3、离子选择单元4和真空腔5组成。高能离子产生单元为现有技术；由图2可知，离子聚焦单元由第一极板21、第二极板22、第三极板23和陶瓷连接柱24组成；三个极板均由直径相同的圆筒和圆锥连接构成，在圆锥顶端都开有小孔，第一极板21、第二极板22和第三极板23的小孔直径比例为1：2：1，三个极板依次同轴同向固定在陶瓷连接柱上24；由图3可知，离子减速单元由圆形极板31和光学支柱32组成，圆形极板31的圆心开有小孔，小孔直径和第一极板21的小孔直径相同；圆形极板31固定在光学支柱上；由图4可知，离子选择单元由四极杆阱41和支撑架42组成，四极杆阱41每个极杆半径为R，四极杆阱41横截面中心距任意一根极杆表面的距离为r0，其中1.1≤R/r0≤1.2，四极杆阱41弯曲成半径为r1的1/4圆弧形，用支撑架42固定；高能离子产生单元1产生的离子输出方向与离子聚焦单元2三个极板的中心轴、离子减速单元3圆形极板31的中心轴和离子选择单元输入端端面的中心轴重合，以上各单元均置于真空腔5中，其中高能离子产生单元1和离子聚焦单元2以及离子聚焦单元2和离子减速单元3之间均用绝缘隔离板隔离。上述第一极板21小孔直径的取值范围为2mm-10mm之间。上述极杆半径2mm≤R≤5mm，四极杆阱41弯曲成半径40mm≤r1≤100mm。上述真空腔真空度优于10-6pa。本专利技术的工作流程为：高能离子产生单元1产生的高能离子束流输入到离子聚焦单元2的第一极板21进行准直加速，经第二极板22进行减速扩束，再经第三极板23完成加速聚焦，聚焦后的离子流到达离子减速单元3通过减速单元3的圆形极板31的高电势使得大多数离子减速成为低能离子，将减速后的离子导入离子选择单元4，当离子通过离子四极杆阱41时，高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生低能离子源的装置，其特征在于，该装置由高能离子产生单元（1）、离子聚焦单元（2）、离子减速单元（3）、离子选择单元（4）和真空腔（5）组成；其中：离子聚焦单元由第一极板（21）、第二极板（22）、第三极板（23）和陶瓷连接柱（24）组成；三个极板均由直径相同的圆筒和圆锥连接构成，在圆锥顶端都开有小孔，第一极板（21）、第二极板（22）和第三极板（23）的小孔直径比例为1：2：1，三个极板依次同轴同向固定在陶瓷连接柱上（24）；离子减速单元由圆形极板（31）和光学支柱（32）组成，圆形极板（31）的圆心开有小孔，小孔直径和第一极板（21）的小孔直径相同；圆形极板（31）固定在光学支柱上；离子选择单元由四极杆阱（41）和支撑架（42）组成，四极杆阱（41）每个极杆半径为R，四极杆阱（41）横截面中心距任意一根极杆表面的距离为r0，其中1.1≤R/r0≤1.2，四极杆阱（41）弯曲成半径为r1的1/4圆弧形，用支撑架（42）固定；高能离子产生单元（1）产生的离子输出方向与离子聚焦单元（2）三个极板的中心轴、离子减速单元（3）圆形极板（31）的中心轴和离子选择单元输入端端面的中心轴重合，以上各单元均置于真空腔（5）中，其中高能离子产生单元（1）和离子聚焦单元（2）以及离子聚焦单元（2）和离子减速单元（3）之间均用绝缘隔离板隔离。...

【技术特征摘要】
1.一种产生低能离子源的装置，其特征在于，该装置由高能离子产生单元（1）、离子聚焦单元（2）、离子减速单元（3）、离子选择单元（4）和真空腔（5）组成；其中：离子聚焦单元由第一极板（21）、第二极板（22）、第三极板（23）和陶瓷连接柱（24）组成；三个极板均由直径相同的圆筒和圆锥连接构成，在圆锥顶端都开有小孔，第一极板（21）、第二极板（22）和第三极板（23）的小孔直径比例为1：2：1，三个极板依次同轴同向固定在陶瓷连接柱上（24）；离子减速单元由圆形极板（31）和光学支柱（32）组成，圆形极板（31）的圆心开有小孔，小孔直径和第一极板（21）的小孔直径相同；圆形极板（31）固定在光学支柱上；离子选择单元由四极杆阱（41）和支撑架（42）组成，四极杆阱（41）每个极杆半径为R，四极杆阱（41）横截面中心距任意一根极杆表面的距离为r0，其中1.1≤R/r0≤1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈邵龙，管桦，梁世勇，杨航，宋红芳，黄垚，高克林，
申请(专利权)人：中国科学院武汉物理与数学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42