IZOQUAD

Rezultate ale cercetarii

Studiu iono-optic al sursei de ioni

S-a realizat modelarea numerica a geometriei si a distributiei câmpului în sursa de ioni A fost utilizat softul "SIMION 3D V7.0", un program pentru modelarea câmpurilor electrice si magnetice. Aceasta încemnând ca modeleaza câmpurile si fortele electrice si magnetice create de o colectie de electrode a caror forme pot fi prescrise, tinând cont de o serie de conditii de simetrie specificate. Campurile electrice si magnetice sunt modelate prin rezolvarea ecuatiei lui Laplace cu valori la limita. Metoda utilizata de SIMION este o tehnica cu diferente finite numita "suprarelaxare".

S-a realizat o retea de potenaiale 3D cu simetrie planara, avand în vedere faptul ca trebuie modelate atât optica pentru generarea si focalizarea fasciculului de electroni cât si generarea si focalizarea fasciculelor ionice simetrice. În aceasta retea au fost plasate 11 electrode:

Camera de ionizare
Colectorul de electroni
Filamentul (genereaza electronii ionizanti)
Lentila fascicul electronic, electroda 1
Lentila fascicul electronic, electroda 2
Lentila fascicul electronic, electroda 3
Electroda pentru extractia ionilor
Lentila pentru focalizarea ionilor, electroda 1
Lentila pentru focalizarea ionilor, electroda 2
Lentila pentru focalizarea ionilor, electroda 3
Fanta de colimare

Au fost calculate si reprezentate traictoriile electronilor emisi de filament precum si taiectoriile ionice. Din analiza traiectoriilor rezulta ca extinderea transversala a fasciculului de electroni este de ordinul a 0,6 mm, iar extinderea transversala a fasciculului ionic este de ordinul a 0.8 mm.

In final:

Afost obtinut un model numeric al unei sursei de ioni, simetrica, capabila sa genereze doua fascicule ionice cu parametri identici, de energie 10 eV., divergenta unghiulara neglijabila, si extensie radiala sub 1.5 mm. Aceste proprietati sunt în concordanta cu exigentele analizei ulterioare cu filtre de masa cuadrupolare.
Au fost obtinute principalele date de proiectare referitor la geometria si pozitia relativa a electrodelor, în vederea realizarii proiectului de executie.
Au fost determinate potentialele necesare pentru polarizarea electrodelor, date necesare pentru proiectarea unitatilor electronice de alimentare a sursei de ioni.

Studiu iono-optic al analizorului de masa cuadrupolar

În modelarea diferitelor sisteme iono-optice, programul "SIMION" utilizeaza un spatiu virtual numit "banc de lucru" . Volumul disponibil pentru modelare este de 8 km³. În acest volum pot fi "proiectate" pîna la 200 instante ale unor retele de potential electrostatice sau magnetice. Diferitele instante de retele proiectate în volumul bancului de lucru nu interactioneaza. Este important ca experimentatorul sa vegheze la stabilirea judicioasa a conditiilor pe frontiera, pentru ca modelul realizat prin jucstapunerea si/sau suprapunerea diferitelor instante sa simuleze corect realitatea fizica. În realizarea modelului numeric pentru analizorul de mase cuadrupolar au fost utilizate trei retele de potential distincte, ale caror instante au fost proiectate în volumul bancului de lucru.
a) Zona de intrare a fasciculului în analizor: A fost realizata o retea 3D planara cu oglindire y, x.
b)Zona mediana a filtrului de mase cuadrupolar: Datorita gradului înalt de simetrie a acestei zone, pentru modelarea ei este suficienta o retea planara 2D cu oglindire y, x.
c)Zona de iesire (a colectorului de ioni): Pentru modelarea acestei zone a fost construita o retea planara 3D cu oglindire z, x.
Potentialele aplicate pe electrodele sistemului fiind variabile în timp, rafinarea retelelor s-a facut în maniera care permite ajustarea rapida, iar potentialele de lucru sunt stabilite cu ajutorul unor programe utilizator . Aceleasi programe "randomizeaza" startul ionilor pentru calculul traiectoriilor ionice. Prin încerc?ri succesive s-au determinat parametri electrici si de gabarit pentru ioni de masa 100 AMU.

Afost obtinut un model numeric al unui analizor de mase cuadrupolar de mic gabarit, capabil sa functioneze la mase de ordinul a 100 AMU. Atat dimensiunile de gabarit, cât si proprietatile iono-optice îl fac compatibil cu sursa de ioni dubla.
Au fost obtinute principalele date de proiectare referitor la geometria si pozitia relativa a elementelor cuadrupolului, în vederea realizarii proiectului de execu?ie.
Au fost determinate potentialele necesare pentru polarizarea cuadrupolului.

Proiectarea unui model experimental "dublu analizor de masa cuadrupolar"

S-a elaborat proiectul de model experimental. S-au definit si proiectat subansamblele mecanice si unitatile electronice aferente. Si anume:

Sistemul de introducere proba.
Se preconizeaza realizarea unui sistem de introducere probe realizat din sticla. Acesta va cuprinde un volum de expandare de 0,5 l; un racord conic pentru atasarea fiolei de proba (10 cm³); o ecluza cu volumul de 2 cm³. Acest ansamblu va permite expandarea a 2 cm³ de proba gazoasa in volumul de expandare, realizand o presiune de cca 3 torr. Un capilar metalic va asigura caderea de presiune de la 3 torr la vidul din sursa de ioni (cca. 10^-5torr).
Subansamblul "sursa de ioni".
Sursa de ioni este o constructie simetrica cu simetrie de rotatie. Este la randu-i constituita dintr-un "tun de electroni" si "sursa de ioni" propriu zisa. Tunul electronic este format dintr-un filament de wolfram, 3 fante de focalizare-colimare si un colector de electroni. Sunt prevazuti izolatori ceramici iar electrodele sunt din otel inoxidabil. Sursa de ioni este constituita dintr-o camera de ionizare de forma toroidala si doua sisteme simetrice, identice, de extractie si focalizare a fasciculelor ionice. Elementele constitutive sunt prevazute a fi realizate din otel inoxidabil cu izolatori ceramici. Electrodele de extractie focalizare sunt identice, avand forma unor discuri ambutisate, cu o diafragma centrala avand un diametru de 3 mm. Potentialele aplicate pe electrodele sursei sunt de ordinul zecilor de volti, enefgia fasciculelor emergente fiind de 10 eV.
Subansamblul "analizor de masa cuadrupolar". Au fost respectati parametri constructivi determinati prin modelare numerica. Elementele principale ale celor doua filtre sunt constituite de partu electrode cilindrice paralele. Apertura filtrelor este de 9 mm. Acestea sunt montate simetric, coaxial cu subansamblul "sursa de ioni". Intreg subansamblul este inclus într-un suport metalic, cilindric, care are rolul de a asigura paralelismul electrodelor filtrelor si ecranarea fata de potentialul de radio frecventa aplicat pe bare.
Subansamblul "detector de ioni".
In proiectarea colectorului de ioni s-a avut în vedere posibilitatea detectarii "directe" a ionilor emergenti din filtrele cuadrupolare. Au fost prevazuti deflectori electrostatici la 90^o. Electroda reflectoare exterioara este prevazuta a fi executata din grafit, pentru a evita emisia de electroni secundari la impactul ionilor. Aceasta electroda poate indeplini functia de cusca Faraday. În acelasi timp, prin polarizarea corespunzatoare a deflectorului electrostatic cilindric, se realizeaza dirijarea fasciulelor ionice spre multiplicatorii cu emisie secundara de electroni, cu dinoda continua (channeltron).
Incinta vidata si sistemul de vid.
Întreg ansamblul "dublu analizor cuadrupolar" va fi montat pe capacul unei cutii paralelipipedice din otel inoxidabil, care va avea rolul de incinta de vid. Aceasta solutie constructiva permite accesul usor la elementele iono-optice ale sistemului cu minimul de manopera de demontare. Incinta va fi vidata cu o pompa turbomoleculara amorsata de o pompa rotativa in doua trepte.
Unitati electronice aferente:
- modulul amplificator ce asigura functiile de masura a curentilor ionici pe doua canale.
  Modulul realizeaza masurarea curen?ilor ionici pe cei doi colectori ai instrumentului. Domeniile de masura la sunt: 10^-6A, 10^-8A, 10^-10A. Montajul realizeaza trei nivele de post amplificare: x1, x10, x100. Cele doua functii sunt independente ceeace asigura o mai mare flexibilitate de masura. Filtrarea semnalului ionic de tip filtru "trece jos" asigura o singura banda de trecere, preselectata. Valorile acesteia pot fi 1Hz, 10Hz, 100Hz; sau în timpi de crestere: 0,35 s, 35 ms, 3,5 ms.
- Modulul polarizari ce asigura tensiunile de polarizare pentru sursa de ioni.
  Asigura potentialele de polarizare a electrodelor sursei de ioni, pentru buna functionare a elementelor de optica ionica si pentru obtinerea fasciculului electronic ionizant.
- Modulul generator de radio-frecventa ce asigura alimentarea barelor cu tensiuni alternativa si continua, precum si sursele de înalta tensiune si de deflexie necesare polarizarii multiplicatorilor cu emisie secundara de electroni si a deflectorilor electrostatici.
  Generatorul de radio-frecventa asigura polarizarea barelor filtrelor cuadrupolare cu potentialele necesare functionarii. Aceste tensiuni constau dintr-o componenta continua U peste care se suprapune o componenta alternativa V. Cele doua potentiale necesare pentru un filtru cuadrupolar sunt U+Vcosωt si -U-Vcosωt. Frecventa de operare aleasa este de 1.5 MHz. Valoarea U, respectiv V (mentinând U/V constant), la un moment dat, determina masa pentru care filtrul cuadrupolar este transparent. Tensiunea de referinta pentru baleiaj este generata de un convertor D/A de 12 biti, cu viteza de crestere fixa, sau comandat prin calculator.
  Sistemul de detectie a ionilor necesita generarea a doua tensiuni de polarizare a multiplicatorilor cu emisie secundara de max -2 kV. Pentru deflexia fasciculelor ionice sunt necesare doua tensiuni de max - 100V. Valorile acestor tensiuni se programeaza manual. Aceste surse sunt inglobate în modulul "generator RF".