一种离子源及利用其进行气体分析的方法

1.本发明涉及同位素分析技术领域，特别是涉及一种离子源及利用其进行气体分析的方法。


背景技术：

2.挥发分作为太空战略资源逐步成分太空探测重点之一，这些物质在太空环境稍经加热可以转换成中性气体。目前质谱分析是最适合分析未知气体成分和含量的手段之一。在对气体质谱分析前需要对中性气体进行电离，目前主要应用的电离方式包括化学电离、热灯丝电离和场发射电离。然而这些电离方式对于火箭发射的载荷适应性较差，因为化学电离只能针对特定反映的气体，热灯丝电离的抗冲击和振动能力较差、场发射电离的使用寿命较短。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种离子源及利用其进行气体分析的方法，以解决上述现有技术存在的问题，方便在深空探测中对气体进行质谱分析。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明提供了一种离子源，包括密闭的金属腔和离子聚焦机构，所述金属腔上设置有进气口和离子出口，所述金属腔内固设有放射性离子源和反射极，所述放射性离子源与所述金属腔之间、所述反射极与所述金属腔之间均绝缘；所述离子出口设置在所述金属腔上远离所述进气口的一端，所述反射极靠近所述金属腔的内壁和所述进气口；所述离子聚焦机构包括水平聚焦单元、竖直聚焦单元和狭缝单元；所述水平聚焦单元包括两个第一电势板，两个所述第一电势板之间形成有第一间隔，所述金属腔中发出的离子射线的发射方向与所述第一电势板垂直；所述竖直聚焦单元包括两个第二电势板，两个所述第二电势板之间形成有第二间隔，所述金属腔中发出的离子射线的发射方向与所述第二电势板平行；所述狭缝单元包括两个挡板，所述挡板与所述第一电势板平行，两个所述挡板之间形成有狭缝，所述金属腔中发出的离子射线能够依次通过所述第一间隔、所述第二间隔和所述狭缝。
6.优选的，所述放射性离子源通过第一连接件与所述金属腔固连，所述反射极通过第二连接件与所述金属腔固连，所述第一连接件和所述第二连接件均采用绝缘材料制成。
7.优选的，所述金属腔为无磁金属腔，所述金属腔的材料为316l不锈钢；所述反射极的材料为钼；所述第一电势板和所述第二电势板的材料为316l不锈钢或316ln不锈钢；所述挡板的材料为钯合金。
8.优选的，所述竖直聚焦单元位于所述水平聚焦单元和所述狭缝单元之间，所述水平聚焦单元位于所述离子出口与所述竖直聚焦单元之间。
9.优选的，所述放射性离子源为
63
ni离子源。
10.本发明还提供一种利用上述的离子源进行气体分析的方法：使金属腔和反射极分
别带高电压，然后将待测气体通过进气口通入所述金属腔中，所述待测气体进入所述金属腔中后会在放射性电子源的作用下发生电离；电离后的所述待测气体通过离子出口推出，并依次通过第一间隔、第二间隔和狭缝，通过调节水平聚焦单元和竖直聚焦单元对所述金属腔中射出的离子进行聚焦，通过调节狭缝的宽度限定最终射出的离子束的宽度。
11.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
12.本发明的离子源及利用其进行气体分析的方法具有能耗低、稳定性高、使用寿命长等诸多优势，特别适用于深空探测中对气体成分和含量分析的质谱仪。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本发明离子源的结构示意图；
15.其中：1、金属腔；2、放射性离子源；3、反射极；4、进气口；5、离子出口；6、第一电势板；7、第一间隔；8、第二电势板；9、第二间隔；10、挡板；11、狭缝。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.本发明的目的是提供一种离子源及利用其进行气体分析的方法，以解决上述现有技术存在的问题，方便在深空探测中对气体进行质谱分析。
18.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
19.如图1所示：本实施例提供了一种离子源，包括密闭的金属腔1和离子聚焦机构。
20.金属腔1上设置有进气口4和离子出口5，金属腔1内固设有放射性离子源2和反射极3，放射性离子源2与金属腔1之间、反射极3与金属腔1之间均绝缘；离子出口5设置在金属腔1上远离进气口4的一端，反射极3靠近金属腔1的左侧内壁和进气口4。
21.在本实施例中，放射性离子源2通过第一连接件与金属腔1固连，反射极3通过第二连接件与金属腔1固连，第一连接件和第二连接件均采用绝缘材料制成，绝缘材料优选采用陶瓷。金属腔1为无磁金属腔1，金属腔1的材料为316l不锈钢；反射极3的材料为钼；放射性离子源2为
63
ni离子源。
22.离子聚焦机构包括水平聚焦单元、竖直聚焦单元和狭缝单元；竖直聚焦单元位于水平聚焦单元和狭缝单元之间，水平聚焦单元位于离子出口5与竖直聚焦单元之间。水平聚焦单元包括两个第一电势板6，两个第一电势板6之间形成有第一间隔7，金属腔1中发出的离子射线的发射方向与第一电势板6垂直，在本实施例中第一电势板6竖直设置；竖直聚焦单元包括两个第二电势板8，两个第二电势板8之间形成有第二间隔9，金属腔1中发出的离
子射线的发射方向与第二电势板8平行，在本实施例中是第二电势板8水平设置；狭缝单元包括两个挡板10，挡板10与第一电势板6平行，两个挡板10之间形成有狭缝11，金属腔1中发出的离子射线能够依次通过第一间隔7、第二间隔9和狭缝11。
23.第一电势板6和第二电势板8的材料为316l不锈钢或316ln不锈钢；挡板10的材料为钯合金。
24.本实施例还提供一种利用上述的离子源进行气体分析的方法：使金属腔1和反射极3分别带高电压，然后将待测气体通过进气口4通入金属腔1中，待测气体进入金属腔1中后会在放射性电子源的作用下发生电离；金属腔1和反射极3与离子出口5之间的电势差可以将离子推出并加速，uq＝mv2/2，其中u是金属腔1或反射极3与离子出口之间的电势差(单位为v)，q是离子的带电量(单位为c)，m是离子质量(单位为kg)，v是离子速度(单位为m/s)。电离后的待测气体通过离子出口5被推出，并依次通过第一间隔7、第二间隔9和狭缝11。
25.通过调节水平聚焦单元中两个第一电势板6的电势和竖直聚焦单元中两个第二电势板8的电势可以对金属腔1中射出的离子进行聚焦，通过调节狭缝11的宽度限定最终射出的离子束的宽度。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。