Способ анализа ионов и продуктов их нейтрализации

Способ анализа ионов и продуктов их нейтрализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение может быть использовано при изучении элементарных процессов , например, в плазмохимичесХих реакциях. Способ анализа ионов и продуктов их нейтрализации состоит в следующем: получают, извлекают и ускоряют ионы, разделяют их по массе И заряду, регистрируют их и продукты их нейт15ализации, определяют величину , характеризующую результат воздействия ионов и нейтралов на регистрирующий элемент (РЭ) и определяют наличие возбужденных: частиц и время их жизни, например, путем выявления различий в результатах, воздействия на РЭ бомбардирующих частиц и испускаемых фотонов или путем выявления различий при сравнении функциональных зависимостей величины, обусловленной воздействием частиц и фотонов на РЭ,от времени воздействия для возбужденных и невозбужденных частиц при одинаковых остальных параметрйх или путем сравнения глубины и направления прояйкиовения в фотоэмульсию фотопластины бомбардирующих частиц и фотонов. Способ высокоинформативен и точен. .4 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (191 (!1) (51)5 Н 01 Л 49/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ, 1(46) 30.04.92. Бюл„ Р 16 (21) 4006792/21 (22) 13.01.86 (72) Н.Ф. Лазарев (53} 621.384.8(088.8) (56) Демирханов P.À., Курсанов Ю.В., Лазарев Н.Ф. и Благовещенский В.М, ЖТФ, 1978, т. 40, М 9, с. 1911-1915. (54} СПОСОБ АНАЛИЗА ИОНОВ И ПРОДУКТОВ ИХ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ (57) Изобретение может быть использовано при изучении элементарных процессов, например, в плазмохимических реакциях. Способ анализа ионов и продуктов их нейтрализации состоит в следующем: получают, извлекают и ускоряют ионы, разделяют их по массе и заряду, регистрируют их и продукты их нейтрализации, определяют величину, характеризующую результат воздействия ионов и нейтралов на регист". рирующий элемент (РЭ) и определяют наличие возбужденных частиц и время их жизни, например, путем выявления различий в результатах воздействия на РЭ бомбардирующих частиц н испус- каемых фотонов или путем выявления различий при сравнении функциональных зависимостей величины, обусловленной воздействием частиц и фотонов на РЗ,от времени воздействия для вазбуж. денных и невозбужденных частиц при оди" иаковых остальных параметрах или путем сравнения глубины и направления пронйкновения в фотозмульсию фотопластины бомбардирующих частиц и фотонов. Способ высокоинформативен и точен.

- 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1426344

Изобретение относит с н к техниче ской фи ике и может быть испольэованс я исследованиях но изучению элементарных процессов в плазмохимических реакциях, при получении заряженных

5 частиц, при анализе coctARB веществ и для выявления возбужденных состояний частиц в различных элементарных процессах.

Пелью изобретения является повышение информативности и точности анализа частиц без усложнения оборудования аналитического устройства.

Способ включает операции получения, извлечения, ускорения ионов, разделения их по массе и заряду, регистрации ионов и продуктов их нейтрализации и определение величины, характеризующей результат воздействия ионов и нейтралов на регистрирующий элемент, дополнительно в анализируемом масс-спектре частиц определяют наличие возбужденных частиц, их время жизни и полученные ре- д зультаты учитывают при анализе.

Операции по определению наличия возбужденных частиц включают выявление различий в результатах воздействия на регистрирующий элемент фо- gp тонов и бомбардирующих частиц, напри мер, путем сравнения функциональных зависимостей величины, обусловленной воздействием частиц и фотонов на регистрирующий элемент, от времени воздействия для возбужденных и невоэбуж35 денных частиц или путем сравнения глубины и направления проникновения в фоточувствительном веществе фотонов и бомбардирующих частиц, а также путем сравнения, вторичной эмиссии с регистрирующего элемента, обусловленной возбужденными и невозбужденными частицами.

Кроме того, повышение информатив45 ности анализа частиц дополнительно достигается операцией по определению времени жизни возбужденного состояния частицы, включающей изменение ускоряющего напряжения при анализе и фиксирование момента исчезновения результата воздействия фотонов на регистрирующем элементе, а также определение времени пролета частицы от места ее образования до регистрирующего элемента. Регистрация спектра ионов по крайней мере при двух различных по времени экспозициях, но при неизменных остальных параметрах и условиях анализа обеспечивает выявление характера функциональной зависимости количественного результата воздействия исследуемых ионов на регистрирующий элемент от количества этих ионов, При этом регистрирующий элемент может быть любым, позволяющим регистрировать результат удара ионов о поверхность элемента и результат воз-, действия на элемент фотонов, испускаемых ионами в возбужденном состоянии.

Например, использование фотопластины позволяет установить функциональную зависимость оптической плотности по" чернения D, полученной фотометрированием иэображения масс-энергетического спектра ионов, от количества ионов, которое. пропорционально времени экспозиции t, т.е. определить зависимость D t).

Оптическая плотность почернения для определенной эмульсии фотопластин зависит от массы, заряда, скорости, кинетической энергии частиц, их плотности, экспозиции фотопластины, а также и от энергии возбуждения час-. тицы, если она находится в возбужден.ном состоянии, и количества возбужденных частиц, причем харак гер последней .зависимости может значительно о тлич атьс я о т харак тера пе речисленных выше зависимостей, так как различна чувствительность фотоэмульсии к длине волны излучения, которое испускает возбужденная частица при переходах ее электронов с одного уровня на другой.

При всей многосложности этих зависимостей для определенной фотоэмульсии, массы, заряда, кинетической энергии и рода частицы функциональная зависимость оптической плотности почернепия от времени экспозиции практически будет вполне определенной и характерной только для данной фотоэмульсии и данных параметров частицы.

Однако в случае, если к указанным параметрам частицы добавляется то, что она находится в возбужденном состоянии, оптическая плотность почернения увеличится и будет определяться суммой оптических плотностей почврнения, обусловленных кинетической энергией частиц и энергией их возбуждения..Например, для двух экспозиций е временами и и t в случае, когда

14263(4

D (t,) A Ô„. t, в (t2) - А Ц)„е,1 (1) !О

20 иитеисинис с Tb 1 ру«и«ы чис т««с«. ««аходяШихся н осис ниик«состоян««««, характеризуется постолш«ь«ь«но времени потоком частиц «Р„, будем иметь зиачени»

5 оптиче ской плот ности иоч е рне ния

D (t,) и D (t ) соответстнен««о. При этом где А — постоянная, характериэуюи«ая чувствительность фотопластииы к ноэдействию частиц с данной к««"етнчес— кой энергией, условия обработки фотопластины и прочие неизменные факто ры.

Сравнивая D (t, ) и D (t ), получим

D (t ) — D (t,) = А Ч „(-t ) (2) За эти же нремеиа t, и t поток

Ф,„.частиц другой группы, часть из ко- 25 торых находится н нозбуждеииом состоянии, вызовет иочернения D (t,) и

2) D+(.1,) - А t, Ф+ В е, КЯ>

"2 = А t P + В tг К р, (3) Ф где  — чунстнительность пластины к воздействию фотонов данной энергии, образующихся при девоэбу>кдении части- 35 цы в результате ее столкновения с поверхностью фотопластины;

К - параметр, характеризующий долю возбужденных частиц н общем количестве частиц, 0 K « i . 49

Сравнивая D" (t, ) и D (t ), получимм ) -D (t) =А«Р(е t,)+

+ B y„K(t t,) (4) 45

При сравнении выражений (2) и (4) видно, что, если Ч „= ф, то

D tn) D (,» . )-П(",) На основании этого неравенства определяется энергетическое состояние группы анализируемых частиц по отношению к известному эиергетичес- 55 кому состоянию другой группы частиц.

Сравнение зависимостей 0 () для различных групп частиц ««ожно производить, о«1ределя я ра э нос ть п очер««е иий, их отно«««е««ие или тангенсы углов наклона прямых D(t) н ä«картовой системе координат.

Если невозможно установить режим работы, при котором потоки исследуемых и известных частиц равны, необхо. димо учесть зависимость почернения фотопластииы от величины потоков частиц. При использовании фотопластины можно не измерять поток (ток) частиц и воспользоваться тем, что

«Р -D, и для выделения группы возбужденнь х частиц построить зависимость

««П(0),где D — максимальное для данной группы почернение фотопластины..

Для возбужденных частиц 60 будет больше при любых значениях D.

В данном слу-ае в качестве калиб роночной исполь.. оналась группа ионов, входящая н тот же энергетический

Ф спектр, что и исследуемая группа.

На фиг. 1 представлена зависимость оптической плотности почернения фотопластины D от времени экспозиции t для различных потоков частиц; соотнетстнующих потокам пяти

1 групп масс-энергетического спектра отрицательных ионов водорода, иэвле" ченных из газоразрядной плазмьц на фиг. 2 — энергетический спектр Н при времени экспозиции и = 20 с.

Как видно из графиков, все группы отличаются одна от другой величи" нсй кинетической энергии, которую они приобрели в гаэоразрядной плаз-ме. Кинетическая энергия всех групп, приобретенная ионами при отборе из плазмы и ускорении, составляет )2кэВ и одинакова для всех групп.

Количественная оценка каждой иэ групп производилась по оптической плотности почернения. Регистрация спектров производилась на фотопластинку для ядерных исследований типа

MP с эмульсией Р 224. Фотометрирование спектров проводилось с помощью регистрирующего микрофотометра

И«ьО-45 .

Сравнивая зависимости В й) для различных групп, отмечаем, что D(t) для групп 3 и 5 имеет нелинейный характер: резкий рост при небольших значениях t и тенденцию к насыщению, зависимости D(t) для групп -1, 2 и 4 остаются линейными. Такое различие кривых D(t) свидетельствует о наличии в пучках возбужденных частиц.! Аi 2 6 3 ч i

iën: и тв«ионин П, образующих группы

3 и 5, находиться в возбужденном сост«вини иодтверждллось в многочисисшпи зксиериментлх с иси«льзовл5 пнем длииого способа анализа, и также в других эксперийентлх. Поскольку ил peгистрирующий элемент возбуждЕнпМс члстицы оклзь!нлют суммлриое ноз— действие, которое складывается иэ результлтон бомбардировки частицами и воздействием фотонов, возникающих ири денозбуждении частиц, то ныявление различий в результатах воздействия фотоиов и частиц на регистрирующий элемент можно проводить и другими способами, например, сравнивая глубину проникновения частиц в регистрирующий элемент и фотонов, сравнивая направление проникновения частиц н фотонов, при этом фотоны в отличие от частиц создают "ореол" вокруг млсс-спектральной линии на фоточувствительном материале. Можно так же выявить различие в величинах вторичной электронной эмисии при одинаковых потоках возбужденных и невоз бужденных частиц и другими способами, позволяющими из суммарного воздействия выделить результат воэдей30 ствия фотонов на регистрирующий элем ит.

Предлагаемый способ позволяет onр.-,целить тлкже время жизни возбужденил.к члстиц ио времени пролета этих частиц от места их образования до места регистрации и моменту появления или исчезновения признаков их ир«сутствия на регистрирующем элементе. Изменение времени пролета можно осуществлять путем изменения уско" ряющего напряжения.

В результате многократных проверок предлагаемого способа и сопоставления его результатов с результатами, полученными другим способом, а так45 же принимая во внимание время пролета возбужденных отрицательных ионон водорода от места их отбора из плазмы до фотопластины, которое состав— 7 ляло н экспериментах 8 1О с, было обнаружено свойство отрицательных ионов водорода находиться в возбужденном метастабильном состоянии.

Предлагаемый способ позволяет проводить анализ не только положитель- 55 иых или отрицательных ионов, но и продуктов их нейтрализации, происходящей н пучках ионов, разделенных по заряду, млссе и энергии. В результлте процессов нейтрллиэлции н уклзаниых пучках нлблюдлются клк нейтральные атомы или молекулы с такой *e млссой, как ион, так и с массой, отличной от массы первоначального иона, которые легко отделяются от ионов, например, электрическим полем.

Масс-спектроскопический анализ элементов по таким характеристикам частиц как масса, заряд и кинетическая энергия с применением предложенного способа дополняется существенной характеристикой частицы — внутренним энергетическим состоянием, которая не только увеличивает информативность анализа, но и позволяет увеличить точность количественного анализа состава веществ эа счет внесения в результаты анализа поправок, связанных с дополнительным воздействием фотонов на регистрирующий элемент.

Использование предлагаемого способа анализа ионов и продуктов их нейтрализации обеспечивает по сравнению с другими способами следующие преимущества: воэможность обнаружения и выделения возбужденных частиц н исследуемом спектре частиц; возможность обнаружения и выделения частиц в метастабильных состояниях; возможность повышения точности определения характера процессов образования ионов; возможность определения возбужденных состояний частиц при очень малых количестнах частиц; возможность определения границ зон генерации ионов в различных электрических состояниях в исследуемом объекте; возможность исключения ошибок при количественном анализе состава веществ за счет учета частиц в возбужденных состояниях; расширение воэ- можностей анализа частиц беэ изменения аналитического устройства; возможноси определения характера выноса энергии иэ плазмы возбужденными частицами; воэможность диагностического контроля эа характером про цессов в реакторе или гаэоразрядной плазме; возможность дальнейших исследований с целью получения частиц с определенным уровнем возбуждения; ноэможность повьппения качества экспресс-анализа частиц с минимальными затратами времени.

2,0

В И O 30 t.,c . Фиг.f у 14263

Ф о р и у л а и з о б р е т е н и я

1. Способ ан-элиза ионов н продукtoB их нейтрализации, содержащий получение, извлечение, ускорение ионов, 5 разделение их по массе и заряду, регистрацию ионов и продуктов их нейтрализации и определение величины, характеризующей результат воздействия ионов и нейтралов на регистрирующий элемент, о т л и ч а ю m и йс я тем, что, с целью повьпаения информативности и точности анализа, дополнительно после определения величины, характеризующей результат воздействия ионов и нейтралов íà ре-, гистрирующий элемент, определяют наличие возбужденных частиц и время их жизни

2, Способ по и, 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что наличие возбужденных частиц определяют путем выявления различий в результатах воз в 25 действия на регистрирующий элемент бомбардирующих частиц и испускаемых фотонов.

3. Способ rio пп. 1 и 2, о т л ич а ющи и с я тем, что наличие возбужденных частиц определяют путем выявления различий при сравнении функциональных зависимостей величи ны, обусловлен ной воздействием частиц и фотонов на регистрирующий элемент, от времени воздействия для возбужден ных и невоэбужденных частиц при одинаковых остальных параметрах этих частиц.

4, Способ по пп ° и 2, о т л ич а ю шийся тем, что для регистрации ионов используют фотопластину а наличие возбужденных частиц определяют путем сравнения глубины и направлення проникновения в фотоэмульсию бомбардирующих частиц и фотонов.

5. Способ по п. 1, .о т л и ч аю шийся тем, что дополнительно изменяют ускоряющее напряжение до момента исчезновения результата воздействия фотонов иа регистрирующем элементе и по времени . пролета частиц от места их образования до регистри» рующего элемента определяют время жизь возбужденного состояния частиц.

1426344

f,87Ð

t5й

t,Èá

1,008

О 780

0+32 гюо ггса азоо е, эВ

Риг. Я аи

Составитель В. Кащеев

Техред А,Кравчук Корректор А. Обручар

Редактор А. Бер

Заказ 2315

Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

Il3035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, уд. Проектная, 4