一种用于行星大气与电离层探测的离子产生与引入装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及空间环境探测技术领域，尤其涉及一种用于行星大气与电离层探测的离子产生与引入装置。所述离子产生与引入装置包括位于电离室(3)顶部的气体取样组件、位于电离室(3)内的对称设置的电子发射与控制组件、位于电子发射与控制组件之间的电离室电压调控组件，和位于电离室(3)侧面的离子引出透镜组件；本发明专利技术满足了地球及地外行星、小天体的大气和电离层中性气体和离子同位素测量对离子产生和引入装置输出离子的需求，具备了支撑后续高精度和大量程质量分辨的能力。和大量程质量分辨的能力。和大量程质量分辨的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种用于行星大气与电离层探测的离子产生与引入装置


[0001]本专利技术涉及空间环境探测
，尤其涉及一种用于行星大气与电离层探测的离子产生与引入装置。

技术介绍

[0002]地球及地外行星、小天体的大气和电离层是这些天体空间环境的重要组成部分，是人类开展地球及地外行星、小天体探测重点关注的对象。获取地球、地外行星、小天体轨道大气的中性气体和离子的同位素含量数据，对于开展地球、地外行星、小天体大气和电离层科学探测、大气和电离层建模等具有重要的支撑作用。
[0003]现有星上轨道大气测量技术仅能测量中性气体成分，气体电离多采用直丝状热阴极电子发射源和B
‑
A规，探测量程狭窄，压力探测下限仅能达到约10
‑8Pa；同种待测粒子电离后的时空偏差大，导致相近质量数离子的谱峰产生交叠，质量分辨率只有50左右，仅适用于地球轨道300
‑
600公里左右的中性气体主成分探测。地外行星、小天体的轨道大气压力变化范围很大，压力探测下限可达10
‑
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Pa，中性气体和离子同位素测量要求的质量分辨率要达到300以上。为此，开发一种提高中性气体电离总量、减少出射离子的时空偏差、兼容中性气体和离子同位素含量探测需求的轨道大气中性气体与离子的产生与引入装置是一个重要的发展方向。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述问题，针对一种用于地球及地外行星、小天体的轨道大气与电离层探测的离子的产生与引入装置，包括：气体取样组件、电子发射与控制组件、电离室电压调控组件和离子引出透镜电极组件。通过气体取样组件完成环境离子和中性气体的采样；利用电子发射与控制组件、电离室电压调控组件增加气体电离产生的离子总量，扩大量程范围和压力下限、确保一致的电离率；通过改变电离室电压调控系统和离子引出透镜的电压，将中性粒子电离后生成的离子与从空间直接入射的离子引入到后续的质量分析测量端，减少出射离子的时空偏差，支撑后续的高精度和大量程质量分辨。本专利技术的装置在地球空间以及地外行星、小天体探测领域都有着广泛的应用需求。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供一种用于行星大气与电离层探测的离子产生与引入装置，所述离子产生与引入装置包括位于电离室3顶部的气体取样组件、位于电离室3内的对称设置的电子发射与控制组件、位于电子发射与控制组件之间的电离室电压调控组件，和位于电离室3侧面的离子引出透镜组件；其中，
[0006]所述气体取样组件：用于采集环境离子和中性气体分子；
[0007]所述电子发射与控制组件：用于发射电子束流，引导电子进入电离区，使得中性气体分子电离产生离子；
[0008]所述电离室电压调控组件：用于束缚离子，增加电离区内离子的总量，并将离子引入至引出透镜电极组件；
[0009]所述离子引出透镜组件：用于将电离区引入的离子聚焦后引出离子产生与引入装置。
[0010]作为优选，所述的气体取样组件包括了进气口2和吸引栅网1，吸引栅网1为一个安装于电离室进气口2外侧的栅网，进气口为一个长方形的开口，进气口中心和电离室的中心连线垂直于离子产生与引入装置的中轴线。
[0011]作为优选，所述电子发射与控制组件包括依次连接的电子发射阴极组件4和电压调制极5，即，该电子发射与控制组件由位于进气口中心和电离室中心连线两侧对称安装的电子发射阴极组件4和电压调制极5组成，电子发射阴极组件4通过陶瓷材料与电压调制极5连接。电子发射阴极组件4由阴极和支架等组成，目的是发射电子，使得中性气体分子电离。所述电压调制极5由若干对平行的圆柱状电极组成，电压调制极5用于电子从阴极的引出和聚焦。聚焦后的电子束流运动到电离室另一侧，被位于另一侧的发射与控制组件捕获。
[0012]作为优选，所述的电离室电压调控组件包括：相对平行的第一门控电极6和第二门控电极7；第一门控电极6通过施加和改变电压使得离子引出，将离子引入至引出离子透镜电极组件。，第一门控电极6和第二门控电极7通过施加电压，使得电离后的离子在电离室内停留一段时间，增加电离室内可测离子的总量；第一门控电极6通过陶瓷材料与离子引出透镜电极组件连接。作为优选，所述离子引出透镜组件位于第一门控电极6一侧；所述的离子引出透镜组件由引出透镜电极组8组成，即，包括若干个平行的圆环状电极，通过施加电压加速和聚焦电离区的离子，降低离子的时空偏差，并将离子引出。
[0013]吸引栅网、电子发射阴极组件、电压调制极、第一门控电极、第二门控电极、引出透镜电极组均采用氧化铝陶瓷进行绝缘处理，腔体内壁镀金膜抗氧化。
[0014]本专利技术提供了一种用于行星大气与电离层探测的离子产生与引入装置，由气体取样组件、电子发射与控制组件、电离室电压调控组件和离子引出透镜组成。气体取样组件完成环境离子和中性气体的采样；电子发射与控制组件、电离室电压调控组件增加电离区的离子总量，扩大了量程范围和压力下限、确保一致的电离率；电离室电压调控系统和离子引出透镜将中性粒子电离后生成的离子与从外界空间直接入射的离子引入到后续的质量分析测量端，减少出射离子的时空偏差，支撑后续的高精度和大量程质量分辨。
[0015]电子发射阴极组件的阴极可选用平面状、丝状、尖锥状阴极，平面状、尖锥状阴极虽然其产生的离子时空偏差小，但功耗比丝状阴极大，安装精度要求高。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
[0017]本专利技术提供了一种用于行星大气与电离层探测的离子产生与引入装置，通过改变气体取样组件的电压设计，完成环境离子和中性气体的选择性采样；通过设计电子发射与控制组件的电压和轴对称的电极，使得阴极发射的电子聚焦成一条近乎平行的束流，且电离区电子的能量保持在相同的能量，从而确保各成分的电离率在电离区各处一致；通过设计电子发射与控制组件、电离室电压调控组件的电压和几何形态，使电离区形成负的电势阱，使得电离后的离子被束缚在电势阱内部，从而增加了电离区的离子总量，扩大了量程范围和压力下限；通过改变电离室电压调控系统和离子引出透镜的电压，将中性粒子电离后生成的离子与从空间直接入射的离子加速和聚焦，减少同类出射离子的时空偏差。满足了地球及地外行星、小天体的大气和电离层中性气体和离子同位素测量对离子产生和引入装置输出离子的需求，具备了支撑后续高精度和大量程质量分辨的能力。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例中用于行星大气与电离层探测的离子产生与引入装置的外观结构示意图；
[0019]图2为本专利技术用于行星大气与电离层探测的离子产生与引入装置的内部结构示意图。
[0020]附图标记：
[0021]1、吸引栅网，2、进气口，3、电离室，4、电子发射阴极组件，5电压调制极，6、第一门控电极，7、第二门控电极，8、引出透镜电极组件。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0023]本专利技术提供一种用于行星大气与电离层探测的离子产生与引入装置，包括：气体取样组件、电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于行星大气与电离层探测的离子产生与引入装置，其特征在于，所述离子产生与引入装置包括位于电离室(3)顶部的气体取样组件、位于电离室(3)内的对称设置的电子发射与控制组件、位于电子发射与控制组件之间的电离室电压调控组件，和位于电离室(3)侧面的离子引出透镜组件；其中，所述气体取样组件：用于采集环境离子和中性气体分子；所述电子发射与控制组件：用于发射电子束流，引导电子进入电离区，使得中性气体分子电离产生离子；所述电离室电压调控组件：用于束缚离子，增加电离区内离子的总量，并将离子引入至引出透镜电极组件；所述离子引出透镜组件：用于将电离区引入的离子聚焦后引出离子产生与引入装置。2.根据权利要求1所述离子产生与引入装置，其特征在于，所述气体取样组件包括进气口(2)和吸引栅网(1)，所述吸引栅网(1)安装于进气口(2)的外侧。3.根据权利要求1所述离子产生与引入装置，其特征在于，所述电子发射与控制组件包括依次连接的电子发射阴极组件(4)和电压调制极(5)，其中，所述电子发射阴极组件(4)：用于发射电子，使得中性气体分子电离；所述电压调制极(5)：用于将电子引出和聚焦，聚焦后的电子束流运动到电离室另一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王馨悦，张爱兵，孔令高，苏斌，田峥，安雅雅，郑湘芷，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：