ионизационная камера для анализаторов состава
Классы МПК: | H01J49/14 с использованием бомбардировки частицами, например ионизационные камеры G01N27/62 путем исследования ионизации газов; путем исследования характеристик электрических разрядов, например эмиссии катода G01N30/70 детекторы захвата электрона |
Автор(ы): | Будович В.Л., Мещеров Б.Р., Симонов М.А. |
Патентообладатель(и): | БРУКЕР САКСОНИЯ АНАЛИТИК ГМБХ (DE), ЗАО Бюро аналитического приборостроения Хромдет-Экология |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-12-05 публикация патента:
20.07.2003 |
Изобретение относится к области аналитического приборостроения. Техническим результатом является повышение надежности работы. Камера состоит из двух отсеков, в одном из которых, вакуумированном, установлен нерадиоактивный источник электронов, а в другом, реакционном, установлен электрод, соединенный с положительным полюсом источника ускоряющего напряжения. Толщина перегородки между двумя отсеками меньше длины поглощения квантов тормозного рентгеновского излучения, возникающего под действием электронов, испускаемых нерадиоактивным источником электронов, но больше длины пробега самих электронов. В предпочтительном варианте выполнения изобретения в качестве материала перегородки выбран диэлектрический материал, у которого зависимость коэффициента вторичной электронной эмиссии от напряжения, ускоряющего электроны, испускаемые нерадиоактивным источником электронов, имеет участок, в пределах которого коэффициент вторичной эмиссии превышает единицу. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Ионизационная камера для анализаторов состава, содержащая вакуумированный и реакционные отсеки, перегородку из вакуумно-плотного материала, отделяющую вакуумированный отсек от реакционного отсека, трубопроводы для подвода и вывода анализируемых веществ, соединенные с реакционным отсеком, нерадиоактивный источник электронов, установленный в вакуумированном отсеке и соединенный с отрицательным полюсом источника ускоряющего напряжения, электрод, соединенный с положительным полюсом источника ускоряющего напряжения и служащий для формирования электрического поля, в котором электроны, генерируемые источником электронов, движутся в направлении к перегородке, отличающаяся тем, что толщина перегородки выбрана превышающей пробег электронов в материале перегородки во всем диапазоне значений ускоряющего напряжения, но меньше длины поглощения квантов тормозного рентгеновского излучения, возникающего в материале перегородки под действием пучка электронов и проникающего через перегородку в реакционный отсек, причем электрод, соединенный с положительным полюсом источника ускоряющего напряжения, установлен в реакционном отсеке. 2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что в качестве материала перегородки выбран диэлектрический материал, у которого зависимость коэффициента вторичной электронной эмиссии от напряжения, ускоряющего первичные электроны, генерируемые источником электронов, имеет участок, в пределах которого коэффициент вторичной эмиссии превышает единицу. 3. Камера по п.1 или 2, отличающаяся тем, что перегородка выполнена из диэлектрического материала, выбранного из ряда, включающего фторид магния, корундовую керамику, слюду и нитрид кремния. 4. Камера по п.2 или 3, отличающаяся тем, что она снабжена коллекторным электродом для сбора вторичных электронов, который установлен в вакуумированном отсеке и соединен с положительным полюсом источника ускоряющего напряжения. 5. Камера по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающаяся тем, что электрод, соединенный с положительным полюсом источника напряжения, выполнен в виде слоя металла, нанесенного на поверхность перегородки со стороны реакционного отсека.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области аналитического приборостроения и, в частности, к анализаторам состава веществ, таким, как электронно-захватный детектор, спектрометр ионной подвижности и масс-спектрометр, в ионизационных камерах которых осуществляется ионизация анализируемых веществ. Известна ионизационная камера анализатора состава, например электронно-захватного детектора, в которой в качестве источника ионизации используется радиоактивный изотоп. Таким источником может служить, например, фольга из 63Ni (см. патент США 4063156). Недостатком известной ионизационной камеры является то, что при использовании радиоактивных источников всегда существует опасность радиационного загрязнения. По этой причине ранее неоднократно предпринимались попытки замены радиоактивного источника ионизации на нерадиоактивный (см., например, патенты США 5541519, 4994748, 5028544, 4845367, 5338931 и др.). Наиболее близкой к предлагаемой ионизационной камере по технической сущности является ионизационная камера для анализатора состава, содержащая вакуумированный и реакционные отсеки, перегородку из вакуумно-плотного материала, отделяющую вакуумированный отсек от реакционного, трубопроводы для подвода и вывода анализируемого вещества, соединенные с реакционным отсеком, нерадиоактивный источник электронов, установленный в вакуумированном отсеке и соединенный с отрицательным полюсом источника ускоряющего напряжения, электрод, соединенный с положительным полюсом источника ускоряющего напряжения и служащий для формирования электрического поля, в котором электроны, генерируемые источником электронов, движутся в направлении к перегородке, отделяющей вакуумированный отсек от реакционного (см. патент РФ 21416576, МПК G 01 N 30/70, 1999, Бюлл. 32). В известной ионизационной камере, принятой за прототип, толщину перегородки и величину ускоряющего напряжения выбирают такими, чтобы электроны от нерадиоактивного источника электронов (например, термоэмиттера), установленного в вакуумированном отсеке, проникали через перегородку и попадали в реакционный отсек, где под их воздействием осуществляется ионизация анализируемых веществ при атмосферном давлении. Для этого необходимо, чтобы толщина перегородки была достаточно небольшой (2-5 мкм), а ускоряющее напряжение было достаточно высоким (10-25 кВ). Это приводит к двум серьезным проблемам. При таких толщинах перегородка, которая выдерживает большой перепад давления и подвергается интенсивной электронной бомбардировке, нередко разрушается, что уменьшает надежность работы камеры. Во-вторых, использование высоковольтных источников напряжения усложняет конструкцию анализатора состава, увеличивая его габариты и массу, что крайне нежелательно для анализаторов состава переносного типа. Задача изобретения состояла в разработке такой ионизационной камеры, в которой перегородка, отделяющая вакуумированный отсек от реакционного, имела бы толщину достаточную, чтобы обеспечить надежную работу камеры, и не требовалось бы использования высоковольтных источников напряжения. Указанная задача решается тем, что предложена ионизационная камера для анализаторов состава, содержащая вакуумированный и реакционный отсеки, перегородку из вакуумно-плотного материала, отделяющую вакуумированный отсек от реакционного, трубопроводы для подвода и вывода анализируемых веществ, соединенные с реакционным отсеком, нерадиоактивный источник электронов, установленный в вакуумированном отсеке и соединенный с отрицательным полюсом источника ускоряющего напряжения, и электрод, соединенный с положительным полюсом источника ускоряющего напряжения и служащий для формирования электрического поля, в котором электроны, генерируемые источником электронов, движутся в направлении к перегородке, отделяющей вакуумированный отсек от реакционного, толщина перегородки которой согласно изобретению выбрана больше пробега электронов в материале перегородки во всем диапазоне значений ускоряющего напряжения, но меньше длины пробега квантов тормозного рентгеновского излучения, возникающего в материале перегородки под действием пучка электронов и проникающего через перегородку в реакционный отсек, причем электрод, соединенный с положительным полюсом источника ускоряющего напряжения, установлен в реакционном отсеке. Другим отличием предлагаемой ионизационной камеры является то, что в качестве материала перегородки выбран диэлектрический материал, у которого зависимость коэффициента вторичной электронной эмиссии от напряжения, ускоряющего первичные электроны, имеет участок, в пределах которого коэффициент вторичной эмиссии превышает единицу. Это позволяет еще в большей степени снизить величину ускоряющего напряжения, прикладываемого к электродам, формирующим ускоряющее электрическое поле, в начальный момент процесса ионизации. В качестве диэлектрического материала для изготовления перегородки могут быть использованы материалы, выбранные из ряда, включающего фторид магния, корундовую керамику, слюду и нитрид кремния. Еще одним отличием предлагаемой ионизационной камеры является то, что она снабжена коллекторным электродом для сбора вторичных электронов, который установлен в вакуумированном отсеке и соединен с положительным полюсом источника ускоряющего напряжения. В числе отличий предлагаемой ионизационной камеры следует отметить то, что поверхность перегородки со стороны реакционного отсека покрыта слоем металла. При этом в качестве покрытия для перегородки могут быть использованы такие металлы, как алюминий, золото или платина. Другим отличием камеры является то, что электрод, соединенный с положительны полюсом источника ускоряющего напряжения, выполнен в виде слоя металла, нанесенного на поверхность перегородки со стороны реакционного отсека. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена предлагаемая ионизационная камера для электронно-захватного детектора. На фиг. 2 представлен вариант выполнения предлагаемой ионизационной камеры, в котором положительный электрод выполнен в виде слоя металла на поверхности перегородки. На фиг. 3 представлена кривая зависимости коэффициента вторичной электронной эмиссии от ускоряющего напряжения Ua. Предлагаемая ионизационная камера 1 на примере ее использования в электронно-захватном детекторе (см. фиг.1) содержит вакуумированный 2 и реакционный 3 отсеки, отделенные друг от друга перегородкой 4 из вакуумно-плотного материала, например, из фторида магния. Корпус 5 вакуумированного отсека 2 выполнен из стекла, имеет цилиндрическую форму, и к его торцу приклеена с помощью вакуумно-плотного клея перегородка 4. Внутри вакуумированного отсека 2 по его оси установлен нерадиоактивный источник 6, представляющий собой термоэмиттер (катод прямого накала), подключенный к низковольтному источнику 7 питания накала и к отрицательному полюсу 8 источника ускоряющего напряжения (не показан). Корпус 9 реакционного отсека 3 ионизационной камеры 1 выполнен из стекла или керамики, имеет также цилиндрическую форму и одним из своих торцов пристыкован с помощью вакуумно-плотного соединения к перегородке 4 с противоположной по отношению к корпусу 5 вакуумированного отсека 2 ее стороны. Внутри реакционного отсека 3 параллельно перегородке 4 установлен электрод 10, выполненный в виде металлической сетки и соединенный с положительным полюсом 11 источника ускоряющего напряжения. Реакционный отсек 3 снабжен трубопроводами 12 и 13, предназначенными соответственно для подвода и вывода газообразных анализируемых веществ, например воздуха. Трубопровод 12 служит также поляризующим электродом. Он выполнен из металла и соединен с противоположной перегородке 4 торцевой стороной 14 корпуса 9 реакционного отсека 3, которая соединена с источником 15 поляризующего напряжения. Коллекторный электрод 16 размещен на внутренней поверхности корпуса 9 реакционного отсека 3 ионизационной камеры 1 и соединен с электрометрическим усилителем 17. Перегородка 4 в предпочтительном варианте выполнения изготовлена из диэлектрического материала, у которого зависимость коэффициента




Класс H01J49/14 с использованием бомбардировки частицами, например ионизационные камеры
Класс G01N27/62 путем исследования ионизации газов; путем исследования характеристик электрических разрядов, например эмиссии катода
Класс G01N30/70 детекторы захвата электрона