Радиочастотный масс- спектрометр. Топатрон

В топатроне используется принцип линейного ускорителя. Образовавшиеся в источнике (рис. 4.27), состоящем из катода I и анодной сетки 2, положительные ионы вытягиваются сквозь диафрагму 3 сеткой С, в пространство анализатора-ускорителя. Анализатор состоит из ряда соединенных между собой через одну сеток, на которые подается высокочастотное напряжение.

Рис. 4.27. Принципиальная схема топатрона и диаграмма распределения постоянной составляющей напряжения в нем:
1 - катод; 2 - анодная сетка; 3 - диафрагма; 4 - коллектор

Ионы, время пролета которых в пространстве между соседними сетками совпадает с полупериодом приложенного переменного напряжения, получают дополнительную энергию от высокочастотного поля. Время движения I иона между соседними сетками

$$t= \frac{1}{2f}=\frac{d}{\sqrdt(4.34)

где l - частота приложенного напряжения; d - расстояние между соседними сетками; U - напряжение на ускоряющей сетке С, относительно земли; m - масса иона; е - заряд иона.

Чем больше пар ускоряющих сеток, тем выше разрешающая способность прибора, но одновременно увеличивается и перехват ионов сетками, за счет чего снижается выход ионов в цепь коллектора 4.

За системой ускоряющих сеток установлена тормозящая сетка С₁₃, на которую подается высокий положительный потенциал. Пройти сквозь сетку С13 и попасть на коллектор 4 могут только те ионы, которые находятся в резонансе с высокочастотным полем, т. е. набравшие достаточную энергию. Последняя сетка (С₁₄₎ является супрессорной. Она не пропускает ток фотоэлектронной эмиссии с поверхности коллектора в пространство положительной тормозящей сетки. Изменяя частоту переменного напряжения, можно поочередно получить весь спектр анализируемого газа.

Рассеяние ионов при давлениях выше 10^-3 мм рт. ст. ограничивает работу прибора при высоких давлениях. Со стороны низких давлений работа прибора ограничивается чувствительностью и собственными шумами. Кроме измерения парциального состава газа по току в цепи коллектора, прибор позволяет судить об общем интегральном давлении газа по ионному току сетки С₁.Топатрон, таким образом, одновременно может быть использован как газоанализатор и как вакуумный манометрический датчик.