低能散高亮度负氧离子产生装置
阅读说明：本技术 低能散高亮度负氧离子产生装置 (Low-energy-dispersion high-brightness negative oxygen ion generating device ) 是由 孙良亭 金钱玉 赵红卫 于 2021-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种低能散高亮度负氧离子产生装置,包括放电室、陶瓷窗、射频天线以及进气管道；所述放电室为一端开口,另一端封闭的腔体结构,所述放电室的开口端设置有金属法兰,所述放电室的封闭端设置有离子引出孔；所述陶瓷窗与所述金属法兰的法兰面贴合设置,并将所述金属法兰的法兰口封闭；所述射频天线设置在所述陶瓷窗上；所述进气管道设置在所述金属法兰的顶部,且位于所述陶瓷窗的后方,所述进气管道与所述放电室连通。本发明能够产生低能散、高亮度的负氧离子束,提高离子束亮度及空间分辨率。(The invention relates to a low-energy-dissipation high-brightness negative oxygen ion generating device, which comprises a discharge chamber, a ceramic window, a radio frequency antenna and an air inlet pipeline, wherein the discharge chamber is arranged on the ceramic window; the discharge chamber is of a cavity structure with one end open and the other end closed, a metal flange is arranged at the open end of the discharge chamber, and an ion leading-out hole is arranged at the closed end of the discharge chamber; the ceramic window is attached to the flange surface of the metal flange, and the flange opening of the metal flange is sealed; the radio frequency antenna is arranged on the ceramic window; the gas inlet pipeline is arranged at the top of the metal flange and behind the ceramic window, and the gas inlet pipeline is communicated with the discharge chamber. The invention can generate the negative oxygen ion beam with low energy dispersion and high brightness, and improve the brightness and the spatial resolution of the ion beam.)
技术领域
本发明涉及负氧离子产生装置技术领域，具体是关于一种低能散高亮度负氧离子产生装置。
背景技术
二次离子质谱仪具有高精度、高分辨率原位元素分析能力，在地球科学等多个学科领域有广泛的应用，是目前最先进的微区元素分析仪器之一。在质谱仪上开展地质年代学研究，需要入射的初级离子束为负氧离子，目标测试离子为电正性的放射性同位素离子。由于强电负性的O-、O2 -离子可以有效提高电正性的二次离子产率，降低荷电效应对分析的影响，而其他类型离子源不能高效产生二次离子，因此双等离子体离子源或者射频离子源作为二次离子质谱仪器的初级离子束离子源产生负氧离子，被广泛应用于地质年代学微区原位分析。
但是目前在二次离子质谱仪上所采用的离子源产生O-、O2 -离子束，能散大不利于微小束斑形成(能散几十个电子伏，甚至百电子伏)，因此需要一种技术方案来产生低能散高亮度的负氧离子束，提高离子束亮度及空间分辨率。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种低能散高亮度负氧离子产生装置，能够产生低能散、高亮度的负氧离子束，提高离子束亮度及空间分辨率。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明所述的低能散高亮度负氧离子产生装置，包括放电室、陶瓷窗、射频天线以及进气管道；所述放电室为一端开口，另一端封闭的腔体结构，所述放电室的开口端设置有金属法兰，所述放电室的封闭端设置有离子引出孔；所述陶瓷窗与所述金属法兰的法兰面贴合设置，并将所述金属法兰的法兰口封闭；所述射频天线设置在所述陶瓷窗上；所述进气管道设置在所述金属法兰的顶部，且位于所述陶瓷窗的后方，所述进气管道与所述放电室连通。
所述的低能散高亮度负氧离子产生装置，优选地，还包括多峰磁体，所述多峰磁体套设在所述放电室外。
所述的低能散高亮度负氧离子产生装置，优选地，所述射频天线为由一根管状天线本体在所述陶瓷窗上螺旋盘绕后并在管状天线本体的两端形成引出端。
所述的低能散高亮度负氧离子产生装置，优选地，所述陶瓷窗由高强度、高导热系数的陶瓷材料制成。
所述的低能散高亮度负氧离子产生装置，优选地，所述放电室由无磁性材料制成。
所述的低能散高亮度负氧离子产生装置，优选地，所述无磁性材料为铝。
所述的低能散高亮度负氧离子产生装置，优选地，所述金属法兰为铜材料制成。
所述的低能散高亮度负氧离子产生装置，优选地，所述管状天线本体为铜材料制成。
所述的低能散高亮度负氧离子产生装置，优选地，所述管状天线本体内通入冷却水。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
(1)本发明可将现有质谱仪器的离子束亮度及空间分辨率提高数倍，同时离子源的设计结构简单、紧凑，制造成本也更低。
(2)本发明完全可以替代二次离子质谱仪上现有的负氧离子源，全面提升质谱仪器样品分析效果、使用寿命与维护周期等。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图；
图2为本发明的立体结构示意图。
图中各附图标记为：
1-射频天线；2-陶瓷窗；3-进气管道；4-多峰磁体；5-放电室；6-离子引出孔；7-金属法兰。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
本发明提供一种低能散高亮度负氧离子产生装置，包括放电室、陶瓷窗、射频天线以及进气管道；所述放电室为一端开口，另一端封闭的腔体结构，所述放电室的开口端设置有金属法兰，所述放电室的封闭端设置有离子引出孔；所述陶瓷窗与所述金属法兰的法兰面贴合设置，并将所述金属法兰的法兰口封闭；所述射频天线设置在所述陶瓷窗上；所述进气管道设置在所述金属法兰的顶部，且位于所述陶瓷窗的后方，所述进气管道与所述放电室连通。本发明能够产生低能散、高亮度的负氧离子束，提高谱仪初级离子束亮度及空间分辨率。
如图1所示，本发明提供的低能散高亮度负氧离子产生装置，包括放电室5、陶瓷窗2、射频天线1以及进气管道3；所述放电室5为一端开口，另一端封闭的腔体结构，放电室5的开口端设置有金属法兰7，放电室5的封闭端设置有离子引出孔6，用于引出负氧离子；陶瓷窗2与金属法兰7的法兰面贴合设置，并将金属法兰7的法兰口封闭；射频天线1设置在陶瓷窗2上，射频天线1连接射频电源，将射频功率发射出去，用于加热气体产生等离子体；进气管道3设置在金属法兰7的顶部，且位于陶瓷窗2的后方，进气管道3与放电室5连通，进气管道3一端连接氧气源，另一端通向放电室5内，从进气管道3进入的氧气在陶瓷窗2附近被馈入的射频功率加热产生等离子体，形成负氧离子。
在上述实施例中，优选地，本发明还包括多峰磁体4，多峰磁体4套设在放电室5外，多峰磁体4由永磁拼接而成，可以产生多峰磁场对等离子体进行约束，提高等离子体密度。
在上述实施例中，优选地，如图2所示，射频天线1为由一根管状天线本体在陶瓷窗2上螺旋盘绕后并在管状天线本体的两端形成引出端。其中，螺旋盘绕的圈数为3-5圈，射频天线1居中设置在陶瓷窗2上。
在上述实施例中，优选地，陶瓷窗2由高硬度、高导热系数的陶瓷材料制成，例如氮化铝；陶瓷窗2与射频天线1贴合在一起，射频功率可穿透陶瓷窗馈入放电室5内，陶瓷窗2的厚度大于3mm，其直径大于射频天线1的螺旋盘绕部的整体尺寸；其中，陶瓷窗采用高导热硅橡胶粘接在金属法兰上，并密封真空。
在上述实施例中，优选地，放电室5由无磁性材料制成，其中，无磁性材料为铝，放电室直径大于射频天线的螺旋盘绕部的整体尺寸，轴向长度不低于1.5倍射频天线的轴向尺寸；射频加热放电产生等离子体发生在放电室5内，放电室5内为真空，等离子体被约束其中。
在上述实施例中，优选地，金属法兰7为铜材料制成。
在上述实施例中，优选地，管状天线本体为铜材料制成。
在上述实施例中，优选地，管状天线本体内通入冷却水，由此，可以通过热传导带走热量冷却陶瓷窗2。
本发明的工作过程为：通过进气管道3向放电室5内馈入氧气，调节放电室5真空在10-2mbar量级左右；然后透过陶瓷窗2馈入射频功率进入放电室5，对气体进行加热电离产生等离子体，产生负氧离子；通过放电室5一侧的离子引出孔6，可引出并加速低能散高亮度的负氧离子束。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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