质谱计离子源静电透镜的模拟计算

2011-08-29 郭美如 兰州物理研究所,真空低温技术与物理国家级重点实验室

  本文针对某质谱计离子源的设计,建立了离子源静电场数学模型,采用有限差分法对其场域进行离散,半迭代切比雪夫松弛法求解各节点的电位,拉格朗日插值法计算空间任意点的电位和电场,四阶龙格- 库塔法计算离子运动轨迹。使用Visual C++ 6.0 为平台编程计算程序,结合离子源的具体结构求解了离子源静电透镜整个场域的电位和电场;绘制了等位线和离子运动轨迹。在此基础上,讨论了各极电压对离子运动轨迹(即对聚焦性能)的影响。

  质谱计尼尔型离子源[1]主要由电离室、灯丝和离子静电透镜组成。灯丝发射出的电子在加速电压和外加磁场的共同作用下,加速后螺旋运动经过电离室。在电离室中,运动电子碰撞气体分子使其电离,电离后的气体正离子被离子光学系统引出并聚焦,最后进入质谱计分析器中,多次碰撞后的电子被相对电离室电位为正的的收集极所收集。

  质谱计阳阴阳铁化合物源凭借如何消除静电感应透镜完成阳阴阳铁化合物束的聚交,在金属工业结合结构特征一些 的问题下,各个金属工业电势下阳阴阳铁化合物透镜的聚交功效不同样。主要是因为金属工业电势可自动调节为的范围宽,用耐压的手段录找绝佳聚交电势相对较问题,必须 对阳阴阳铁化合物源透镜的如何消除静电感应场来模拟网求算为耐压自动调节及优化系统结合尺寸规格设定可以提供考核评价。同时,采取到阳阴阳铁化合物源阳阴阳铁化合物透镜边界线图行的复杂的性和拉普拉斯方程式式式组的自洽性,无法详解求得拉普拉斯方程式式式组和阳阴阳铁化合物中长跑方程式式式。这样,必须 采取值为求算手段来求算阳阴阳铁化合物源的电场强度地理分布和阳阴阳铁化合物中长跑航迹。 1、铝离子源靜電透镜靜電场数学思维模式化的实现及解求

  离子源离子静电透镜电极呈狭缝膜片状,具有面对称特性(属于柱面透镜),是带状离子束的聚焦系统,相当于光线光学中的柱形透镜。由于柱形场是横向单向对称、横向单向退化的场,因此具有以下的特点[2]

  (1) 它的场布置和电势(标位)布置均与某个横排坐标值息息相关(比如相交面为x- y 面),所以等位面有的是系柱面族,沿柱面不断延展的趋势(即x趋势)场强为零。   (2)它的电势差地理分布有长个竖向呈不等势面面。从而在这一呈不等势面面中保持竖直于该面的场强为零,也即等位面与此呈不等势面面正交,但是这一呈不等势面面持平于柱面连通的方向上。

  质谱计离子源内离子流强度较弱[3],离子束对空间电场的影响较弱可忽略不计,因此质谱计离子源离子透镜电场的计算属于拉普拉斯方程组求解问题。

  静电场的数值计算方法主要有:有限差分法、有限元法和边界元法[4]。其中有限差分法是分析电场问题的一种重要方法。有限差分法的基本思想就是将待求解的场域用网格划分出来,再把拉普拉斯方程用各网格节点的电位作为未知数的差分方程进行代换。有限差分法直观、理论成熟、精度可选、易于编程、易于并行,所以本文采用有限差分法来求解离子源静电场。

1.1、余地场域离散和不断解微分方程   化合物源除静电场的拉普拉斯式子用(1)式写出:

  解微分式子式子(1)的技巧是将解微分式子的行政区域用直线条分割为不少(不多个)正方体形或方形网格;用与这样网格交界网络进程的差分式子来用于偏微分式子,建设与很多网络进程电极电势相匹配的非非线性式子组;解微分式子非非线性式子组,获得该行政区域的电极电势匀称。   选用将有一个网格分支的电势差差和她的这两天邻的四位网格分支的电势差差连系起来了的五个差分割式创立差分方程组,右图1 提示。

差分法求解电位示意图

图1 差分法求根电极电位提示图 3、总结   我们对阴阳正化合物源防如何消除静电反应场算起和阴阳正化合物行驶行驶轨迹仿真模仿网的办法开展了详细介绍;以Visual C++ 6.0 为网上平台,采取局限差分法和半更替切比雪夫松散法算起了拉普拉斯方程组,得来了防如何消除静电反应场电极材料电位差数据分布;用拉格朗日插值法描绘出了地方电极材料电位差及等位线;采取四阶龙格- 库塔法仿真模仿网了阴阳正化合物动作行驶行驶轨迹。质谱计阴阳正化合物源阴阳正化合物透镜仿真模仿网算起为该组成图片尺寸的阴阳正化合物源防如何消除静电反应透镜各电极材料线电压的抉择提拱了力量可以支持,对增加阴阳正化合物聚焦点性起了关键能力。 学习期刊论文

  [1] Nier A O, Schlutter D J . High- performance doublefocusing mass spectrometer [J]. Rev. Sci. Instrum., 1985,56(2):215- 219.
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