ИСТИНА

В высокотемпературных масс-спектрометрических исследованиях термических ионов с использованием ячейки Кнудсена одним из наиболее важных является вопрос о расположении локальных центров эмиссии регистрирующихся на детекторе ионов. Для объяснения получаемых в эксперименте зависимостей ионных токов от вытягивающего напряжения и разности потенциалов на пластинах отклоняющего конденсатора проведены теоретические расчеты траекторий движения ионов в модельной конфигурации электродов, соответствующей реальной. В целях упрощения расчеты проведены для плоской модели (сечение цилиндрической ячейки с плоскими основаниями, дефокусирующий режим вытягивания в условиях вакуума, отсутствие поля пространственного заряда) методом конечных элементов. Численным решением уравнений движения рассчитаны траектории ионов, стартующих из разных положений на внутренней и внешней поверхности ячейки и в эффузионном канале. Интерполяция сетки векторов напряжённости электрического поля осуществлялась кубическим сплайном, начальная скорость движения задавалась равной 500 м/с, что соответствует средней скорости движения ионов m/z = 100 при Т = 1000 K. Выбор массового числа был условным, т.к. траектории движения ионов в электростатическом поле, имеющих одинаковые направления вектора скорости и кинетические энергии, не зависят от массового числа. Результаты расчета подтверждают выводы, сделанные при анализе зависимостей интенсивности ионного тока от вытягивающего потенциала и разности потенциалов на пластинах отклоняющего конденсатора. Для ионов, которые могут достичь детектора, выявлены следующие зоны эмиссии: 1) тонкое кольцо вокруг эффузионного отверстия на внешнем основании ячейки; 2) область вблизи границы эффузионного канала с внутренней стороной основания ячейки; 3) область вблизи дна эффузионной ячейки. Полученные данные позволяют составить наглядное представление о геометрическом положении как основных, так и посторонних источников эмиссии, которые могут дать вклад в измеряемый ионный ток. Для сопоставления с результатами расчетов проведены эксперименты, по выявлению областей ячейки, наиболее ответственных за эмиссию отрицательных ионов. Исследовался пар системы Na5Al3F14–AlF3 в ячейках, отличающихся наличием фазы суперионного проводника CeF3 (по F–-анионам) на внутренней поверхности. Как было установлено ранее, области свободные от этой фазы не могут эмитировать отрицательные термические ионы. Для формирования однородного слоя фазы CeF3 на поверхности использовалось испарение тетрафторида церия, CeF4, в никелевой ячейке. Однородность слоя поверхностной фазы CeF3, формирующейся в ходе термолиза тетрафторида церия, контролировалась методом сканирующей электронной микроскопии. Проведен сравнительный анализ результатов экспериментов, различающихся наличием поверхностной фазы CeF3 на внутренней поверхности двух областей ячейки – корпуса и крышки, при которых температуры ячейки и параметры отбора ионов электростатическим полем практически не отличались. Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант №05-03-32916a).