Измерение парциальных давлений и массовый анализ остаточных газов

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРЦИАЛЬНЫХ ДАВЛЕНИЙ И МАССОВЫЙ АНАЛИЗ ОСТАТОЧНЫХ ГАЗОВ

С развитием вакуумной техники и проведением работ, направленных на повышение качества и надежности электровакуумных приборов, появилась необходимость анализа остаточных газов в вакуумных системах и оценки парциальных давлений отдельных компонентов. Обе эти задачи решаются с помощью масс-спектрометрических анализаторов того или иного вида, датчики которых соединяются с исследуемым объемом или непосредственно, или через систему понижения давления. Принцип работы таких приборов основан на ионизации остаточных газов и последующего разделения полученных ионов. При этом используются следующие эффекты:

• 1. Зависимость траектории положительных ионов, движущихся в однородном магнитном поле, от отношения заряда иона е к его массе т. Приборы этой группы называют масс-спектрометрами е магнитным отклонением или магнитным разделением ионов.

• 2. Зависимость траектории ионов при движении в скрещенных электрическом и магнитном полях от соотношения elm. Так как в этом случае траектория движения ионов имеет вид циклоиды (трохоиды), то приборы получили название масс-спектрометров с циклоидальной фокусировкой или трохотронов. Для масс-спектрометров обеих названных групп характерно пространственное разделение ионов в постоянных (статических) магнитном и электрическом полях. Поэтому их можно объединить в одну группу статических масс-анализаторов.

• 3. Зависимость резонансной частоты колебания ионов в переменном электрическом поле от соотношения е/т.

• 4. Зависимость времени пролета (времени прохождения положительного иона между какими-либо точками пространства анализатора) от массы иона.

с магнитным разделением ионов

Широкое распространение получили масс-анализато-ры с магнитным разделением ионов, схематическое устройство которых показано на рис. IV.I и IV.2. Масс-спектрометр с углом отклонения 180° (рис. IV. 1) является одной из самых ранних конструкций и состоит из следующих основных элементов: источника ионов /, камеры анализатора 2, помещенной в однородное магнитное поле Н, и коллектора ионов 3.

В камере источника ионов при давлении ~10^-5 мм рт. ст. происходит ионизация молекул остаточного газа электронами, вышедшими из накаливаемого катода и ускоренными до энергии в несколько сот элек-троновольт. Образованные положительные ионы вытягиваются из источника через узкую щель, параллельную оси электронного пучка, и ускоряются до необходимой энергии. Но так как магнитное поле направлено перпендикулярно к плоскости чертежа, то ионы разной массы будут двигаться по круговым траекториям различной кривизны. Радиус траектории R определяется из условия оавенства силы Лоренца Ел и центробежной силы инерции Ай, действующих на ион, скорость которого нормальна к направлению вектора напряженности магнитного поля, где и — скорость иона, определяемая пройденной разностью потенциалов V из уравнения.