3. Опис експериментальної установки

Мас-спектрометр конструктивно зібраний у металевій камері (рис. 6). Камера відкачується цеолітовим адсорбційним насосом до попереднього розрідження (10^–2–10^–3 мм рт. ст.) і магніторозрядним насосом (НОРД-100) для досягнення робочого вакууму (3–5)·10^–6 мм рт. ст. Значення робочого тиску обумовлено довжиною вільного пробігу іонів, яка має перевищувати дрейфову відстань для приладу, що становить 1,5–2 м.

Рис. 6. Блок-схема вакуумної системи лазерного мас-спектрометра: 1 – цеолітовий насос; 2 – магніторозрядний насос; 3, 4 – вакуумні вентилі; 5 – термопарний датчик; 6 – іонізаційний датчик; 7 – термопарний вакуумметр; 8 – іонізаційний вакуумметр; 9 – робоча камера; 10 – фланець введення лазерного променя; 11 – зразок; 12 – косий кран; 13 – мас-аналізатор

На рис. 7 представлено схему часопролітного мас-спектрометра, за допомогою якого можна отримати відомості про локальну елементну будову будь-яких матеріалів. Як джерело плазми використовується рубіновий лазер (1), який працює в режимі модульованої добротності з довжиною імпульсів випромінювання 20–40 нс, що забезпечує густину потужності на мішені W = 10⁸–10⁹ Вт/см². Після проходження оптичної фокусуючої системи (2) лазерний промінь потрапляє на мішень (3). Плазмовий згусток, що утворюється в приповерхневий ділянці мішені потрапляє в монохроматор (4), на виході якого отримуємо пакети іонів різних мас, але з однаковою енергією. Після прольоту труби дрейфу (5) іонні пакети потрапляють на електронні помножувачі (6) реє­струючої системи, які підсилюють сигнал. На вихід помножувачів приєднано підсилювач (7), а далі цифровий осцилограф, який з'єднано з комп'ютером (8), що записує спектри в пам'ять. Початок розгортки цифрового осцилографа синхронізується появою випромінювання лазера шляхом дії на спеціальний фотоелемент.

Рис. 7. Схема часопролітного мас-спектрометра: 1 – лазер, 2 – лінза, 3 – мішень, 4 – траєкторія іонного пучка в монохроматорі, 5 – труба дрейфу іонів, 6 – електронний помножувач, 7 – підсилювач, 8 – система реєстрації, яка складається з цифрового осцилографа та комп'ютера

Література

1. Находкин Н.Г., Зыков Г.А., Матвеев В.Т. Применение лазерной вспышки для одновременного масс-спектрометрического исследования атомного и газового состава твердых тел // Физ. электроника. – 1979. – Вып.18. – С. 102–114.

2. Быковский Ю.А., Неволин В.Н. Лазерная масс-спектрометрия. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 128 с.

3. Harial S.S., et. al. Internal structure and expansion dynamics of laser ablation plumes into ambient gases. // J. of Appl. Phys., 2003. – Vol. 93. – N 5. – P. 2380–2388.

4. Mendel C.W., Olsen J.N. Charge separation electric fields in laser plasmas. // Phys. Rev. Lett. – 1975. – Vol. 34. – P.859–866.

ПАМ'ЯТКА

При виконанні роботи треба бути обережним, оскільки:

1. Для охолодження цеолітових насосів використовується зріджений азот.

2. Рубіновий лазер живиться високою напругою – більше 1000 В.

3. Лазер випромінює дуже потужні імпульси світла – бережіть очі.

4. Магніторозрядні насоси живляться напругою більше 7000 В.

5. Електронний помножувач сигнального каналу живиться напругою ~ 5000 В.

12