[发明专利]一种用于二次离子质谱仪的射频负离子源

说明书

本发明公开了一种用于二次离子质谱仪的射频负离子源，包括：离子源源体包括放电腔室以及设置在放电腔室外部的封装磁体，封装磁体包括沿放电腔室的轴向分布的等离子体约束部和偏移磁场生成部；射频注入组件包括气源供给部和射频注入部，气源供给部向所述放电腔室内馈入工作气体，射频注入部安装在所述离子源源体的前端侧，向所述放电腔室内发出射频；离子束引出系统包括由前向后依次布置的等离子体电极、吸极和地电极；等离子体电极、吸极和地电极上分别对应开设有第一引出孔、第二引出孔和第三引出孔，等离子体电极用于对等离子体的状态进行调制；吸极用于初步加速引出的负离子束和吸附电子；地电极用于加速负离子束至目标能量。

技术领域

本发明涉及一种用于二次离子质谱仪的射频负离子源。

背景技术

二次离子质谱仪具有高精度、高灵敏度、高分辨率、高效率微区原位同位素和元素分析能力，在地球科学、材料科学、海洋科学、核科学和生命科学等领域有广泛的应用，是目前国际上最先进的大型微区原位分析仪器之一。

目前，二次离子质谱仪上广泛被采用的离子源为双等离子体离子源，用来产生O^-、O₂^-离子，可用于地质年代学等领域开展科学研究。地质年代学分析主要利用放射性同位素来测定不同类型岩石与矿床形成年龄，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作为二次离子质谱仪器的一次离子源，被广泛应用于地质年代学微区原位分析。但是在二次离子质谱仪上使用双等离子体离子源产生O^-、O₂^-离子束都存在一些问题，例如：①离子源稳定性差(波动＞10％)；②离子源寿命有限(50-200小时)；③能散大不利于微小束斑形成(能散5-20eV，束斑10-30μm)；④离子种类少(负氧)。因此，二次离子质谱仪上迫切需要装备更高性能离子源，以提高离子束亮度及空间分辨率，否则对于许多前沿领域和热点问题的研究都无能为力。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于二次离子质谱仪的射频负离子源。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种用于二次离子质谱仪的射频负离子源，包括：离子源源体，包括放电腔室以及设置在所述放电腔室外部的封装磁体，所述封装磁体包括沿所述放电腔室的轴向分布的等离子体约束部和偏移磁场生成部；所述等离子体约束部能够产生对所述放电腔室内产生的等离子体进行空间约束的磁场，所述偏移磁场生成部能够产生使得被引出所述放电腔室的负电性粒子中电子的运动发生偏移的磁场；射频注入组件，包括气源供给部和射频注入部，所述气源供给部向所述放电腔室内馈入工作气体，所述射频注入部安装在所述离子源源体的前端侧，向所述放电腔室内馈入射频，使得馈入所述放电腔室内的工作气体离化产生等离子体；离子束引出系统，安装在所述离子源源体的后端侧，包括由前向后依次布置的等离子体电极、吸极和地电极；所述等离子体电极、吸极和地电极上分别对应开设有第一引出孔、第二引出孔和第三引出孔，且第一至第三引出孔呈同轴分布；所述等离子体电极用于对等离子体的状态进行调制；所述吸极用于吸附自负电性粒子中偏移出的电子，并初步加速引出的负离子束；所述地电极用于加速负离子束至目标能量。

优选地，所述封装磁体包括固定设置在所述放电腔室外部的封装体，嵌设于所述封装体内的钕铁硼永磁体，分布于所述等离子体约束部的钕铁硼永磁体能够产生多极Cusp磁场构型，能够对所述放电腔室内产生的等离子体进行空间约束；分布于所述偏移磁场生成部的钕铁硼永磁体能够产生横向过滤磁场，能够使被引出所述放电腔室的负电性粒子中电子的运动发生偏移。