Разработка бессеточных ионно-оптических элементов времяпролётных масс-анализаторов

• Автор: Помозов, Тимофей Вячеславович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ

РАЗВИТИЯ ВПМС

1.1. Простейший ВПМС

1.2. ВПМС с двухступенчатым ускорителем

1.3. Способы компенсации энергетического разброса в ВПМС

1.3.1. Компенсация энергетического разброса в ионных 18 зеркалах

1.3.2. Компенсация энергетического разброса в электростатических и магнитных секторных полях
1.4. Способы формирования импульсных ионных пакетов из непрерывных ионных источников. Метод ортогонального 21 ускорения

1.5. Ионные зеркала для ВПМС рефлектронного типа

1.5.1. Общие оптические свойства ионных зеркал
1.5.2. Ионные зеркала с времяпролётной фокусировкой по энергии
1.5.2.1. Ионные зеркала с кусочно-однородными полями
1.5.2.2. Ионные зеркала с неоднородными аксиальными полями
1.5.3. Ионные зеркала с пространственной (пространственноугловой) фокусировкой
1.5.4. Эффекты, вносимые сетками
1.6. Особенности секторных ВПМС
1.7. Сравнение ионных зеркал и секторных полей как элементов
для ВПМС

1.8. МОВПМС
1.8.1. Принципы МОВПМС и общие требования
1.8.2. МОВПМС на основе ионных зеркал
1.8.2.1. МОВПМС на основе осесимметричных ионных зеркал
1.8.2.2. МОВПМС на основе планарных (двумерных) ионных зеркал
1.8.3. Секторные МОВПМС
ГЛАВА 2. ПЛАНАРНЫЕ БЕССЕТОЧНЫЕ ИОННЫЕ ЗЕРКАЛА ДЛЯ ВПМС
2.1. Расчёт и оптимизация аберрационных коэффициентов планарных (двумерных) и осесимметричных бессеточных ионных зеркал
2.2. Планарные бессеточные зеркала для рефлектронов с ортогональным ускорением ионов
2.2.1. Бессеточные ионные зеркала с тормозящими потенциалами всех электродов
2.2.1.1. Зеркало Фрея
2.2.1.2. Ионные зеркала с альтернативными ионнооптическими свойствами
2.2.2. Планарное ионное зеркало с ускоряющим потенциалом одного из электродов
2.2.3. Обобщение оптических свойств бессеточных ионных зеркал с двумя настроечными потенциалами
2.3. Планарные бессеточные ионные зеркала для МОВПМС
2.3.1. Планарные бессеточные ионные зеркала для МОВПМС с продольно ориентированным ортогональным ускорителем

2.3.1.1. Бессеточные планарные ионные зеркала с третьим порядком фокусировки времени пролёта по энергии
2.3.1.2. Бессеточные планарные ионные зеркала с четвёртым порядком фокусировки времени пролёта по энергии
2.3.1.3. Бессеточные планарные ионные зеркала с пятым порядком фокусировки времени пролёта по энергии
2.3.2. Планарные бессеточные ионные зеркала для МОВПМС с поперечно ориентированным ортогональным ускорителем
2.3.2.1. Бессеточное планарное ионное зеркало с полной фокусировкой третьего порядка времени пролёта
ГЛАВА 3. БЕССЕТОЧНЫЙ ОРТОГОНАЛЬНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ДЛЯ МОВПМС
3.1. Оптимизация выходной части ортогонального ускорителя
3.2. Оптимизация импульсной части ортогонального ускорителя
3.3. Ортогональный ускоритель с бессеточными входной и выходной частями
ГЛАВА 4. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЛАНАРНЫХ БЕССЕТОЧНЫХ ИОННЫХ ЗЕРКАЛ С УЛУЧШЕННЫМИ ОПТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ В СХЕМАХ ВПМС
4.1. Одиночный масс-рефлектрон на основе двухпотенциального бессеточного ионного зеркала с ускоряющим потенциалом
4.2. Трёхоборотный масс-анализатор на основе бессеточного планарного ионного зеркала с пятым порядком фокусировки времени пролёта по энергии
работах [29 - 30].
1.5.4. Эффекты, вносимые сетками
Остановимся подробней на эффектах, вносимых сетками в работу времяпролётного масс-анализатора. Если напряжённость
электростатического поля различна по обе стороны сеточного электрода, то каждое отверстие (щель) сетки действует как слабая дефокусирующая линза. Кроме того, в ионном пучке, формируемом импульсным источником, неизбежно присутствует расхождение, связанное с разбросом начальных скоростей заряженных частиц. Таким образом, суммарное расхождение ионного пучка становится довольно существенным и приводит к необходимости использования детектора с большой площадью, который обладает рядом недостатков, в особенности, высоким уровнем шума. Угловое рассеяние заряженных частиц сопровождается также появлением паразитных времяпролётных аберраций, которые ограничивают разрешающую способность ВГТМС.
Поскольку пространство зеркала проходится ионами дважды, использование сеточных электродов приводит к ощутимой потере интенсивности первичного пучка. Если считать, что типичная прозрачность сетки составляет около 90 % [31], то, например, в двухкаскадном рефлекторе с однородным полем потери ионов составят приблизительно 40%. Кроме того, отражённые сетками заряженные частицы, число которых становится существенным, могут достигать детектора и создавать фоновую помеху, которая ухудшает отношение сигнал/шум.
Использование сеточных электродов является крайне нежелательным в
некотрых экспериментах, например, при исследовании заряженных
кластеров в первую очередь из-за их нагрева и фрагментации, возникающих
при столкновениях с сетками [32]. Фрагментация наряду с распадом
метастабильных фрагментов значительно уменьшают разрешающую
способность, а нагрев делает невозможным точное определение кластерной