Аксептанс квадрупольного фильтра масс с параметрическим квадрупольным возбуждением колебаний ионов

• Автор: Страшнов, Юрий Владиславович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 161 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
В работе исследуются фазово-пространственная динамика движения ионов в квадрупольных электрических ВЧ полях с параметрическим резонансным возбуждением колебаний ионов различными техническими способами: (д) дополнительным ВЧ напряжением; (и) амплитудной модуляцией питающих напряжений и (ш) фазовой или частотной модуляцией ВЧ напряжения. Работа разбита на главы по способу параметрического возбуждения. Динамика движения ионов характеризуется фазовыми эллипсами на плоскостях поперечных координат и скоростей пучка ионов, частотным спектром колебаний ионов, аксеп-тансом фильтра масс (контурами пропускания по заданному уровню) и средней плотностью распределения концентрации ионов по сечению пучка.
Методом быстрого Фурье преобразования исследованы спектры колебаний в верхнем острове стабильности при различных способах параметрического возбуждения колебаний ионов. В результате было обнаружено, что параметры стабильности в островах не описывают частотный спектр колебаний ионов, как в случае невозмущенных зон стабильности. Тем не менее, формально определенный параметр стабильности в островах, правильно описывает фазовые эллипсы. Развитый подход теоретического расчета аксептанса подтверждается независимым прямым методом расчета траекторий ионов.
К/иочевые слова: квадрупольное электрическое поле, параметрический резонанс, амплитудная, фазовая и частотная модуляция ВЧ напряжения, острова стабильности, фазовые эллипсы, аксептанс квадрупольного
фильтра масс, входные краевые поля, частотный спектр, коэффициент пропускания, разрешающая способность, плотность распределения концентрации ионов.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Уравнения движения и область стабильности

1.2. Частотный спектр колебаний ионов

1.3. Эллипсы захвата и аксептанс КФМ
1.4. Параметрическое резонансное возбуждение колебаний ионов
1.5. Методы параметрического возбуждения колебаний ионов
1.6. Постановка задач исследования
ГЛАВА 11. ФАЗОВО-ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КФМЗЗ
2.1. Возбуждение дополнительным ВЧ напряжением
2.2. Амплитудная модуляция
2.3. Фазовая и частотная модуляция
2.4. Метод расчета координат рабочего острова КФМ при параметрическом возбуждении
2.6. Модифицированные параметры фазовых эллипсов краевыми полями
2.7. Плотность распределения ионов по сечению фильтра масс
2.8. Выводы
ГЛАВА III. ФАЗОВО-ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ И ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФИЛЬТРА МАСС С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ВЧ НАПРЯЖЕНИЕМ
3.1. Острова стабильности для у=9/10 и м= 1/10
3.2. Траектории ионов и частотный спектр колебаний
3.2.1. Первая область стабильности

С учетом результата (2.4) находим, что в уравнениях движения изменение начальной фазы влета ионов фп в ВЧ поле имеет место на интервале [0-кР] и сдвига фаз а на интервале [0-л] безразмерного времени ф=£?Д/2. Таким образом, получаем, что функция 2дсоз2(£-§,)-2фсоз(2И-|0)-2а) периодична с общим периодом лР. Следовательно, можно использовать результаты теории аксептанса КФМ [3], основанные на решении (теории) функций Матьё [20].
Параметры фазовых эллипсов А, В, Г рассчитываются на основе матрицы преобразования М на интервале (0-кР) Матрица преобразования М [18] устанавливает связь между начальными щ и и о' и конечными координатами и и скоростями и’:
(2.8)
при начальных условиях ип=0, и'о=1 и ио=1, и'п—0. Таким образом, элементы матрицы М, по сути, конечные значения координат и скоростей за время пролета ионов £=кР: и=т12 и т22 при ыо=0, и'о=1 и и=тц и т21 при ип= I, и’р=0. Зная элементы матрицы М, можно рассчитать параметр стабильности /3 и параметры эллипсов захвата 4, В, Г по следующим формулам [3,18]:
и V П1 т; 2 «0
= М
и' _«0_ иг? |/я22 Рп _«о_
/77,, + /7

і— тт п (
Г =
/77,. + /7700 х

(2.9)
2 со %пр шлР $лплР
Если след матрицы |«п + тп| < 2, то траектория иона стабильна. Это свойство используется при расчете положения рабочего острова. Размеры острова и положение на плоскости г/, д зависят от параметров возбуждения у=со/£2 и д' (амплитуды добавочного ВЧ-напряжения). Параметры фазовых эллипсов А, В, Г зависят только от рабочей точки а, с/ и не зависят от начальной фазы Расчет элементов матрицы преобразования М может быть осуществлен любым подходящим методом путем