3. Будова та робота мас-спектрометричного течошукача
Мас-спектрометричний течошукач складається з трьох основних частин: аналізатора (мас-спектрометричної камери з магнітом), вакуумної системи для відкачки випробовуваного об’єму і мас-спектрометричної камери, з’єднаних послідовно, та електричних блоків живлення і вимірювання. В аналізаторі знаходяться джерело іонів та приймач іонів (мал. 4.).
Джерело іонів (мал. 5.), в свою чергу, складається з розжарюваного катода К з вхідною діафрагмою для електронів SК, коробки іонізатора І та вхідної діафрагми для іонів S1. Приймач іонів (мал. 6.) - з колектора К та вихідної діафрагми для іонів S2.
В джерелі іонів розжарений вольфрамовий катод емітує електрони, які фокусуються магнітним полем та прискорюються електричним полем, прикладеним між катодом та коробкою іонізатора. Ці електрони іонізують газ, що знаходиться в коробці іонізатора.
Пошук теч за допомогою мас-спектрометричного течошукача відбувається таким чином.
Мал. 4. Принципова схема дії аналізатора мас-спектрометричного течошукача
1 - катод; 2 - коробка іонізатора; 3 - вхідна діафрагма; 4 - іонний промінь; 5 - вихідна діафрагма; 6 - колектор іонів; Н - напрямок магнітного поля; СЕ - стабілізатор струму емісії катода; В - випрямляч (розганяюча напруга); П - підсилювач іонного струму з вихідним приладом
Течошукач своєю вакуумною частиною під’єднується до випробовуваного об'єму, який зовні обдувається гелієм. Молекули гелію, проникаючи через негерметичні місця, якщо вони є, випробовуваного об’єму, потрапляють в аналізатор, і, отже, в коробку іонізатора джерела іонів. В коробці іонізатора молекули всіх газів, в тому числі і гелію, іонізуються потоком електронів. Утворені іони витягуються з іонізатора, фокусуються в пучок та прискорюються в область магніта за допомогою системи електричних лінз.
В області магніта іони з деякою постійною енергією рухаються під дією лоренцевої сили в однорідному поперечному магнітному полі, вільному від електричних полів. В цьому випадку радіуси r кіл, по яких рухаються іони кожного газу, можуть бути визначені з рівняння
(6)
де B - індукція магнітного поля;
U - прискорююча напруга, прикладена між коробкою іонізатора та
діафрагмою S1;
M - масове число іона.
З аналізу формули (6) видно, що при різних значеннях В та U=const через щілину у вихідній діафрагмі S2 будуть проходити іони з різними масами М, як це наочно видно на мал. 6. При постійних же значеннях і B, і U у щілину будуть весь час попадати іони тільки однієї маси.
Якщо використовувати постійний магніт (тобто В = const), то, підібравши прискорюючу напругу U, можна досягнути того, що на колектор іонів будуть попадати тільки іони гелію. Підсилений сигнал реєструється приладами, зміна показників яких і свідчить про існування течі. Одночасно підсилений сигнал може керувати частотою звукового індикатора течі - сирени. В цьому випадку при попаданні в камеру мас-спектрометра іонів гелію частота звукового сигналу зростає від низьких до високих тонів і, отже, наявність течі може реєструватися також зміною сигналу сирени.
Мал. 5. Принцип дії джерела іонів К - катод; І - коробка іонізатора; S1 - вхідна діафрагма; Н - напрямок магнітного поля; SК - вхідна щілина для електронів, емітованих катодом |
Мал. 6. Схема відхилення іонів різних мас в магнітному полі І - коробка іонізатора; S1 - вхідна діафрагма; S2 - вихідна діафрагма; К - колектор іонів; М1, М2, М3 - пучки іонів з різними масами |
