本實用新型涉及原子分子物理學，更具體涉及低能離子產生技術。
背景技術：
：：在原子分子物理學科中，離子產生技術至關重要，現階段，離子的產生主要有電子轟擊及光電離。對于電子轟擊，其采用高速電子轟擊靶原子，從而使原子電離形成離子，優(yōu)勢在于：由于電子能量較高且覆蓋范圍廣，故其電離效率高，適用范圍廣，且結構簡單操作方便；但其缺點也很明顯：即離子能量分布不集中，離子能量過高，后續(xù)難以實現離子的囚禁等。對于激光電離，優(yōu)勢在于電離的離子純度高，能量低；其不足在于激光頻率覆蓋范圍有限，獲得大多數種類離子所需的電離能不在激光頻率覆蓋范圍內。隨著原子分子物理的發(fā)展，我們需要對一些難以激光電離獲得，而又需要低能量加以囚禁的離子進行研究，就需要尋求其他的解決方法。本發(fā)明利用電子轟擊靶原子產生高能離子，經由各部分進行聚焦、減速、篩選后可以獲得同激光電離能量相仿，能用于進一步冷卻，光譜實驗的低能離子?，F階段的高能離子源裝置多采用聚焦電子束轟擊靶原子技術，有效的產生大量的各種能級的離子再通過加速電極引出，這一方法在實驗室已普遍使用，具體如R.A.Holt等的文獻Metastableionsource，Rev.Sci.Instrum.52(2),Feb,1981[1]，一般獲得為能量在100eV-MeV之間，具有一定寬度速度分布的離子束。在離子束的傳輸及聚焦中，一般采用電場或磁場或混合場對離子束進行人為控制傳輸聚焦，而靜電勢的離子透鏡是對離子束進行準直聚焦的最有效最簡單的方法，如YorkUniversity在Characterizationofametastablelithiumionsource中的描述。利用靜電場對離子進行聚焦、傳輸的方案，其原理簡單，且相應的系統(tǒng)易于設計。在離子囚禁領域，較為常見的Paul阱，由雙曲面構成，但后經D.R.Denison在文獻“OperatingParametersofaQuadrupoleinaGroundedCylindricalHousing[J].J.Vac.Sci.Technol,1971,8(1):266-269”中分析，在采用圓柱形四極桿電極取代雙曲面極時，當圓柱形電極半徑R與離子阱軸心到電極表面的距離r0滿足R/r0=1.144時，阱的徑向囚禁因子接近于1，此時勢場非常接近雙曲面諧振勢，由此這一阱的尺寸參數被普遍應用。在質譜技術中，彎曲四極桿質譜分析得到了廣泛應用，也有相關彎曲四極桿的詳細分析，同樣上述Paul阱幾何參數的最優(yōu)選擇對彎曲的四極桿阱適用，但在彎曲部分需要對勢場進行一定的補償，具體有日本的WO2012/124041A1專利離子傳輸及質量分析裝置有具體介紹，以及周曉煜的“離子阱質譜的非線性理論研究”有理論計算分析。技術實現要素：本實用新型的目的是提供一種產生低能離子源的裝置，該裝置由高能離子產生單元、離子聚焦單元、離子減速單元、離子選擇單元和真空腔組成。本實用新型在現有高能離子源技術和真空技術基礎上，結合離子聚焦單元、離子減速單元和離子選擇單元，完成離子的高能輸入到低能輸出，選擇性獲得所需低能離子，解決了部分離子無法低能獲得的難題。本實用新型能通過添加不同的原子源，調節(jié)各部分的電勢及射頻參數獲得不同種類低能離子，具有普適性，同時離子流獲得具有連續(xù)性，離子低能性的特點。為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案：一種產生低能離子源的裝置，該裝置由高能離子產生單元、離子聚焦單元、離子減速單元、離子選擇單元和真空腔組成；高能離子產生單元為現有技術；離子聚焦單元由第一極板、第二極板、第三極板和陶瓷連接柱組成；三個極板均由直徑相同的圓筒和圓錐連接構成，在圓錐頂端都開有小孔，第一極板、第二極板和第三極板的小孔直徑比例為1：2：1，三個極板依次同軸同向固定在陶瓷連接柱上；離子減速單元由圓形極板和光學支柱組成，圓形極板的圓心開有小孔，小孔直徑和第一極板的小孔直徑相同；圓形極板固定在光學支柱上；離子選擇單元由四極桿阱和支撐架組成，四極桿阱每個極桿半徑為R，四極桿阱橫截面中心距任意一根極桿表面的距離為r0，其中1.1≤R/r0≤1.2，四極桿阱彎曲成半徑為r1的1/4圓弧形，用支撐架固定；高能離子產生單元產生的離子輸出方向與離子聚焦單元三個極板的中心軸、離子減速單元圓形極板的中心軸和離子選擇單元輸入端端面的中心軸重合，以上各單元均置于真空腔中，其中高能離子產生單元和離子聚焦單元以及離子聚焦單元和離子減速單元之間均用絕緣隔離板隔離。本實用新型的優(yōu)點在于，在現有高能離子源技術和真空技術的基礎上，結合離子聚焦單元、離子減速單元和離子選擇單元，完成離子的高能輸入到低能輸出，選擇性獲得所需低能離子，解決了部分離子無法低能獲得的難題。本實用新型能通過添加不同的原子源，調節(jié)各部分的電勢及射頻參數獲得不同種類低能離子，具有普適性，同時離子流獲得具有連續(xù)性，離子低能性的特點。附圖說明圖1為本實用新型的結構示意圖。其中1為高能離子產生單元、2為離子聚焦單元、3為離子減速單元、4為離子選擇單元、5為真空腔。圖2為離子聚焦單元的剖面圖。其中21為第一極板、22為第二極板、23為第三極板、24為陶瓷連接柱。圖3為離子減速單元的示意圖。其中31為圓形極板、32為光學支柱。圖4為離子選擇單元的示意圖。其中41為四極桿阱、42為支撐架。具體實施方式以下結合附圖，對本實用新型作進一步的說明。實施例一由圖1可知，一種產生低能離子源的裝置，該裝置由高能離子產生單元1、離子聚焦單元2、離子減速單元3、離子選擇單元4和真空腔5組成。高能離子產生單元為現有技術；由圖2可知，離子聚焦單元由第一極板21、第二極板22、第三極板23和陶瓷連接柱24組成；三個極板均由直徑相同的圓筒和圓錐連接構成，在圓錐頂端都開有小孔，第一極板21、第二極板22和第三極板23的小孔直徑比例為1：2：1，三個極板依次同軸同向固定在陶瓷連接柱上24；由圖3可知，離子減速單元由圓形極板31和光學支柱32組成，圓形極板31的圓心開有小孔，小孔直徑和第一極板21的小孔直徑相同；圓形極板31固定在光學支柱上；由圖4可知，離子選擇單元由四極桿阱41和支撐架42組成，四極桿阱41每個極桿半徑為R，四極桿阱41橫截面中心距任意一根極桿表面的距離為r0，其中1.1≤R/r0≤1.2，四極桿阱41彎曲成半徑為r1的1/4圓弧形，用支撐架42固定；高能離子產生單元1產生的離子輸出方向與離子聚焦單元2三個極板的中心軸、離子減速單元3圓形極板31的中心軸和離子選擇單元輸入端端面的中心軸重合，以上各單元均置于真空腔5中，其中高能離子產生單元1和離子聚焦單元2以及離子聚焦單元2和離子減速單元3之間均用絕緣隔離板隔離。上述第一極板21小孔直徑的取值范圍為2mm-10mm之間。上述極桿半徑2mm≤R≤5mm，四極桿阱41彎曲成半徑40mm≤r1≤100mm。上述真空腔真空度優(yōu)于10-6pa。本實用新型的工作流程為：高能離子產生單元1產生的高能離子束流輸入到離子聚焦單元2的第一極板21進行準直加速，經第二極板22進行減速擴束，再經第三極板23完成加速聚焦，聚焦后的離子流到達離子減速單元3通過減速單元3的圓形極板31的高電勢使得大多數離子減速成為低能離子，將減速后的離子導入離子選擇單元4，當離子通過離子四極桿阱41時，高能離子將無法被四極桿阱41約束，從而脫離四極桿阱41的束縛；而滿足需求的低能離子受四極桿阱41的約束，順著四極桿阱41的弧度從四極桿阱41的另一端輸出，四極桿阱41輸出的即為所需的低能離子。實施例二一種產生低能離子源的裝置，該裝置由高能離子產生單元1、離子聚焦單元2、離子減速單元3、離子選擇單元4和真空腔5組成。高能離子產生單元為現有技術，通過高能離子產生單元1產生500eV能量的Li+束流輸入到離子聚焦單元2；離子聚焦單元由第一極板21、第二極板22、第三極板23和陶瓷連接柱24組成；三個極板均由直徑相同的圓筒和圓錐連接構成，在圓錐頂端都開有小孔，第一極板21、第二極板22和第三極板23的小孔直徑分別為4mm，8mm，4mm，三個極板依次同軸同向固定在陶瓷連接柱24上；離子束流從第一極板21的小孔進入離子聚焦單元2依次通過第一極板21、第二極板22和第三極板23，三個極板分別加電勢為-1000V，-750V，-1000V，從第三極板23輸出的離子為高速聚焦的Li+束，該Li+束將輸入離子減速單元3；離子減速單元由圓形極板31和光學支柱32組成，圓形極板31的圓心開有小孔，小孔直徑為4mm；圓形極板31固定在光學支柱上；圓形極板31所加電勢為0V，Li+束流通過圓形極板31小孔，能量大部分減速到10eV以下，減速后的離子直接引入到離子選擇單元4；離子選擇單元由四極桿阱41和支撐架42組成，四極桿阱41每個極桿半徑為R，四極桿阱41橫截面中心距任意一根極桿表面的距離為4mm，，四極桿阱41彎曲成半徑為50mm的1/4圓弧形，用支撐架42固定；離子從四極桿阱41輸入端面輸入，四極桿阱41上加上合適的射頻場及靜電場，使?jié)M足質荷比為7且能量小于勢阱深度的離子能在四極桿阱41中被徑向囚禁，則能量小于勢阱深度的Li+將沿著四極桿阱41中心走，能量大于勢阱深度或不滿足質荷比要求的離子將無法被約束，從而脫離四極桿阱41，最后從四極桿阱41另一端輸出的離子即為所需的低能離子。上述所有部件置于真空度為10-6pa的真空腔體中。實施例三一種產生低能離子源的裝置，該裝置由高能離子產生單元1、離子聚焦單元2、離子減速單元3、離子選擇單元4和真空腔5組成。高能離子產生單元為現有技術，通過高能離子產生單元1產生100eV能量的Ca+束流輸入到離子聚焦單元2；離子聚焦單元由第一極板21、第二極板22、第三極板23和陶瓷連接柱24組成；三個極板均由直徑相同的圓筒和圓錐連接構成，在圓錐頂端都開有小孔，第一極板21、第二極板22和第三極板23的小孔直徑分別為4mm，8mm，4mm，三個極板依次同軸同向固定在陶瓷連接柱24上；離子束流從第一極板21的小孔進入離子聚焦單元2依次通過第一極板21、第二極板22和第三極板23，三個極板分別加電勢為-2000V，-1500V，-2000V，從第三極板23輸出的離子為高速聚焦的Ca+束，該Ca+束將輸入離子減速單元3；離子減速單元由圓形極板31和光學支柱32組成，圓形極板31的圓心開有小孔，小孔直徑為4mm；圓形極板31固定在光學支柱上；圓形極板31所加電勢為0V，Ca+束流通過圓形極板31小孔，能量大部分減速到10eV以下，減速后的離子直接引入到離子選擇單元4；離子選擇單元由四極桿阱41和支撐架42組成，四極桿阱41每個極桿半徑為R，四極桿阱41橫截面中心距任意一根極桿表面的距離為4mm，，四極桿阱41彎曲成半徑為50mm的1/4圓弧形，用支撐架42固定；離子從四極桿阱41輸入端面輸入，四極桿阱41上加上合適的射頻場及靜電場，使?jié)M足質荷比為40且能量小于勢阱深度的離子能在四極桿阱41中被徑向囚禁，則能量小于勢阱深度的Ca+將沿著四極桿阱41中心走，能量大于勢阱深度或不滿足質荷比要求的離子將無法被約束，從而脫離四極桿阱41，最后從四極桿阱41另一端輸出的離子即為所需的低能離子。上述所有部件置于真空度為10-6pa的真空腔體中。當前第1頁1 2 3 當前第1頁1 2 3