本发明专利技术公开了一种基于四极板设计的高时间分辨离子速度成像仪，包括MCP探测器、飞行管和一端封闭另一端敞开的中空的圆柱形腔体，所述MCP探测器、飞行管和圆柱形腔体同轴设置，MCP设置于飞行管的一端，飞行管的另一端从所述圆柱形腔体的敞开端伸入其内部，所述圆柱形腔体内部，在从圆柱形腔体的封闭端至飞行管的另一端之间还同轴依次设置有第一至第四极板，所述第一至第四极板为圆形，圆形的中心开设有圆孔，第二至第四极板的中心圆孔直径相同，第一极板的中心圆孔直径小于第二至第四极板的中心圆孔直径，第一至第四极板等间距的设置。本发明专利技术实现离子的飞行时间纵向聚焦，大大提高了探测离子的飞行时间质谱的分辨率。
【技术实现步骤摘要】
一种基于四极板设计的高时间分辨离子速度成像仪
本专利技术公开了一种基于四极板设计的高时间分辨离子速度成像仪，具体涉及一种离子动能和荷质比的测量方法。
技术介绍
目前通行的离子速度成像仪是荷兰科学家Eppink和Parker在1997年设计，他们通过设计三块带圆孔的极板，在一定的电压配置下，形成离子透镜，实现对具有相同速度但是不同位置的带电粒子进行聚焦，然后被探测器收集。如图1a、图1b所示，在离子透镜作用下，不同位置的带电粒子聚焦在探测器的一个点上，这大大提高了离子速度成像的分辨率。然而，在目前通行的离子速度成像装置上，测得的离子飞行时间质谱分辨率非常低。这是因为该成像仪仅仅实现位置的横向聚焦，而没有实现时间的纵向聚焦。位置的横向聚焦如图2(a)所示，是指不同位置的带电离子聚焦在探测器的同一位置上，这与速度成像的分辨率相关。而时间的纵向聚焦是指纵向不同的带电离子飞行到探测器的时间是一样的，如图2(b)所示。时间的纵向聚焦的实现可以大大提高离子飞行时间质谱的分辨率，因为它使得相同速度的离子飞行到探测器的时间相同。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种基于四极板设计的高时间分辨离子速度成像仪，在对离子横向成像的同时，实现离子的飞行时间纵向聚焦。在物理测量的表现为：在得到高分辨离子速度成像的同时，实现离子飞行时间质谱的高分辨探测。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于四极板设计的高时间分辨离子速度成像仪，包括MCP探测器、飞行管和一端封闭另一端敞开的中空的圆柱形腔体，所述MCP探测器、飞行管和圆柱形腔体同轴设置，MCP设置于飞行管的一端，飞行管的另一端从所述圆柱形腔体的敞开端伸入其内部，所述圆柱形腔体内部，在从圆柱形腔体的封闭端至飞行管的另一端之间还同轴依次设置有第一至第四极板，所述第一至第四极板为圆形，圆形的中心开设有圆孔，第二至第四极板的中心圆孔直径相同，第一极板的中心圆孔直径小于第二至第四极板的中心圆孔直径，第一至第四极板等间距的设置。作为本专利技术的进一步优选方案，所述飞行管为μ金属圆形管。作为本专利技术的进一步优选方案，所述μ金属圆形管的内径为96mm，外径为100mm，厚度为2mm。作为本专利技术的进一步优选方案，所述第一极板与圆柱形腔体的封闭端之间的间距为20mm，所述第四极板与飞行管间距为67mm。作为本专利技术的进一步优选方案，所述第一至第四极板的厚度均为2mm，外径均为100mm，第一极板的中心圆孔直径为4mm，第二至第四极板的中心圆孔直径为20mm。作为本专利技术的进一步优选方案，所述第一至第四极板的电压设计为：第一极板对应电压4000V，第二极板对应电压3150V，第三极板对应电压1470V，第四极板P4对应电压0V；所述MCP探测器、飞行管和圆柱形腔体均接地。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术实现离子的飞行时间纵向聚焦，大大提高了探测离子的飞行时间质谱的分辨率。附图说明图1a是现行的基于三块极板设计的离子速度成像仪设计图。图1b是现行技术中离子透镜电势分布效果图。图2a是离子的位置横向聚焦示意图。图2b是离子的飞行时间纵向聚焦示意图。图3是现有技术专利技术和本专利技术的比较示意图。图4a是本专利技术中基于四极板设计的离子成像仪的内部结构设计图。图4b是本专利技术中不同位置五种初速度离子飞行聚焦效果图。图5是本专利技术中四极板离子透镜的电势能分布图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术中基于四极板设计的离子成像仪的内部结构设计图如图4a所示，本专利技术中不同位置五种初速度离子飞行聚焦效果图如图4b所示。所述基于四极板设计的高时间分辨离子速度成像仪，包括MCP探测器、飞行管和一端封闭另一端敞开的中空的圆柱形腔体，所述MCP探测器、飞行管和圆柱形腔体同轴设置，MCP设置于飞行管的一端，飞行管的另一端从所述圆柱形腔体的敞开端伸入其内部，所述圆柱形腔体内部，在从圆柱形腔体的封闭端至飞行管的另一端之间还同轴依次设置有第一至第四极板，所述第一至第四极板为圆形，圆形的中心开设有圆孔，第二至第四极板的中心圆孔直径相同，第一极板的中心圆孔直径小于第二至第四极板的中心圆孔直径，第一至第四极板等间距的设置。所述第一至第四四块极板（P1至P4）为开圆孔的圆形极板，厚度为2mm,外径均为100mm，P1内径4mm,P2、P3和P4内径为20mm；相邻极板之间的距离为20mm，P1与腔体间距为20mm；P4与飞行管间距为67mm；飞行管为μ金属圆形管，内径为96mm，外径为100mm，厚度为2mm。本专利技术中四极板离子透镜的电势能分布图如图5所示，电压设计的具体设置为：第一块极板P1对应电压4000V，第二块极板P2对应电压3150V，第三块极板P3对应电压1470V，第四块极板P4对应电压0V，其余（含μ金属飞行管）均接地。现有技术专利技术和本专利技术的比较示意图如图3所示，该专利技术大大提高了探测离子的飞行时间质谱的分辨率。目前对于离子飞行轨迹国际上最权威的检验程序是SIMION。我们采用该程序的最新版本SIMION8.1对该申请的专利技术进行测试检验，并比较了该专利技术与现有技术专利技术的检验结果。比较结果如表1所示，基于该申请的四块极板设计装置测得的飞行时间质谱的谱峰宽度∆t4明显小于基于三极板设计的现有技术装置测到的谱峰宽度∆t3。在离子源不同的分布宽度下，提高的分辨率倍数∆t3/∆t4倍数不同。离子源分布越宽，新技术提高分辨率的倍数越大，即新技术的高分辨效果越明显。当离子源宽度∆x为7mm时候，新技术相对于现有技术所提高的飞行时间质谱分辨率可达到24.32倍。表1.在不同半径(∆x)离子源分布下,模拟测量得到的飞行时间质谱谱峰宽度∆t3(现有技术方法)和∆t4(本专利技术)的比较：上面结合附图对本专利技术的实施方式作了详细说明，但是本专利技术并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利技术宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施例而已，并非对本专利技术作任何形式上的限制，虽然本专利技术已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本专利技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本专利技术技术方案范围内，当可利用上述揭示的
技术实现思路
做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本专利技术技术方案内容，依据本专利技术的技术实质，在本专利技术的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本专利技术技术方案的保护范围之内。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于四极板设计的高时间分辨离子速度成像仪，包括MCP探测器、飞行管和一端封闭另一端敞开的中空的圆柱形腔体，所述MCP探测器、飞行管和圆柱形腔体同轴设置，MCP设置于飞行管的一端，飞行管的另一端从所述圆柱形腔体的敞开端伸入其内部，其特征在于：所述圆柱形腔体内部，在从圆柱形腔体的封闭端至飞行管的另一端之间还同轴依次设置有第一至第四极板，所述第一至第四极板为圆形，圆形的中心开设有圆孔，第二至第四极板的中心圆孔直径相同，第一极板的中心圆孔直径小于第二至第四极板的中心圆孔直径，第一至第四极板等间距的设置。
【技术特征摘要】
1.一种基于四极板设计的高时间分辨离子速度成像仪，包括MCP探测器、飞行管和一端封闭另一端敞开的中空的圆柱形腔体，所述MCP探测器、飞行管和圆柱形腔体同轴设置，MCP设置于飞行管的一端，飞行管的另一端从所述圆柱形腔体的敞开端伸入其内部，其特征在于：所述圆柱形腔体内部，在从圆柱形腔体的封闭端至飞行管的另一端之间还同轴依次设置有第一至第四极板，所述第一至第四极板为圆形，圆形的中心开设有圆孔，第二至第四极板的中心圆孔直径相同，第一极板的中心圆孔直径小于第二至第四极板的中心圆孔直径，第一至第四极板等间距的设置；所述第一至第四极板的电压设计为：第一极板对应电压4000V，第二极板对应电压3150V，第三极板对应电压1470V，第四极板P4对应电压0V；所述MCP探测...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉柱，敖旷，曹兆楼，苏静，陈云云，郑改革，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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