等离子体加工过程中亚稳态物质的质谱分析gydF4y2Ba

质谱仪现在可以在接近那些应用于大多数等离子体处理系统的压力下操作，因为可用的粒子探测器能够在压力高达4x10gydF4y2Ba^{－４gydF4y2Ba}托。因此，可以改进从等离子体反应堆中对中性和电离物质的取样。gydF4y2Ba

隐登分析四极质谱仪(QMS)可以在一种模式下操作，其中电离源释放的电子能量是可变的。这种模式被称为阈值电离质谱(TIMS)。gydF4y2Ba

不同的元素需要特定的电离能才能使其轨道上的电子从其壳层中除去。这种能量随电子轨道的变化而变化，例如，由于较低的静电力和与带正电荷的原子核的较大距离，外层电子的电离能通常较弱。这就得到了电子碰撞电离效率曲线(图1)。gydF4y2Ba

图1所示。gydF4y2Ba电子碰撞电离效率曲线gydF4y2Ba

中性粒子的电离过程发生在碰撞电子的最小(阈值)能量时，这依赖于和不同于气体基质中的任何物欧洲杯猜球平台质。gydF4y2Ba

这就产生了所有分子或原子物种的光谱“标识符”或“指纹”。例如，使用TIMS技术可以精确地测定等离子体聚变过程中中性物质的氦/氘(He/D2)比率。gydF4y2Ba

等离子体聚变的副产品是氦灰。在传统的质谱模式中使用QMS时，由于D2和He在4amu处的重叠卷积质谱特征，通常不考虑这一量化。gydF4y2Ba

这里，实际的质量分离只有0.02amu。图2描述了gydF4y2Ba希登分析质量管理体系gydF4y2Ba在TIMS模式下运行，分别显示了在15.4 ev和24.5eV电离时的D2和He的电子能谱。gydF4y2Ba

图2。gydF4y2BaD2和He分别在15.4和24.5eV电离时的电子能谱。gydF4y2Ba

图3显示了这两种气体同时存在时的电子能谱，清楚地显示了TIMS光谱中两种物质的反褶积。gydF4y2Ba

这显示了在检测到ppm水平的氦气中存在D2的可能性。位于英国牛津的欧洲联合试验性核聚变设施使用gydF4y2BaHiden分析TIMS配备质谱仪gydF4y2Ba对常规分析。gydF4y2Ba

图3。gydF4y2BaD2和He同时存在时的电子能谱gydF4y2Ba

实验结果gydF4y2Ba

氦的电离势为24.6eV。图4中曲线的剖面图AB表示亚稳态He*gydF4y2Ba_米gydF4y2Ba原子，对自发衰变具有弹性。在撞击探测器时，它们有足够的能量产生脉冲计数。gydF4y2Ba

图4中曲线的BC部分代表了亚稳态和电离氦对24.6eV以上电子能量的贡献。在氩、氪和氖的其他分析中也获得了类似的数据。图4包含了氪的数据。gydF4y2Ba

图4。gydF4y2Ba实验结果gydF4y2Ba

图4所示曲线的形式可参考图5。图6显示了用于获取图4所示数据的系统示意图。gydF4y2Ba

图5。gydF4y2Ba此图像显示了理解图4所示曲线形式的参考。gydF4y2Ba

图6。gydF4y2Ba所使用的系统原理图获得的数据如图4所示。gydF4y2Ba

在反应器中，在电极和质谱仪的取样孔之间维持射频等离子体是可能的。从反应堆进入hidden质谱仪的离子可以使用孔后的电极进行控制。在4.10压力下操作粒子探测器gydF4y2Ba^{－４gydF4y2Ba}托尔，气体被引入反应堆或者直接进入质谱仪的源头。gydF4y2Ba

在这里，等离子体是在氦中运行的，但是质谱仪的内部电离源被关闭了，它的采样系统被设置为拒绝所有的等离子体离子。在这些条件下，探测器记录了He*的到达gydF4y2Ba_米gydF4y2Ba在等离子体中产生。亚稳态信号的变化与等离子体功率和反应器内的气体压力成正比(图7)。gydF4y2Ba

图7。gydF4y2Ba亚稳态信号与等离子体功率和反应堆内气体压力成正比gydF4y2Ba

用氧等离子体替换氦等离子体时，发现等离子体中没有高能粒子，因为亚稳态氧的能量虽然寿命很长，但不足以被探测器记录下来。欧洲杯猜球平台gydF4y2Ba

图8显示了再次设置采样系统以拒绝等离子体离子并同时操作等离子体和质谱仪源所记录的氦氧混合物的信号。gydF4y2Ba

图8。gydF4y2Ba记录的氦和氧混合信号与等离子体和质谱仪源操作，和采样系统再次设置拒绝等离子体离子。gydF4y2Ba

在图8中，氦曲线的截面BC显示了从反应堆取样的基态氦产生的离子，而截面AB显示了从亚稳态氦取样产生的离子。gydF4y2Ba

在20 ~ 25ev的源中产生的亚稳态氦原子的贡献很小。预测阈值能量(未显示)大约为5eV(图5)。在氧的内部源中没有观察到Penning电离。gydF4y2Ba

图9为15W等离子体，30mTorr，质谱仪源压力2.10条件下纯氧的数据gydF4y2Ba^{－４gydF4y2Ba}托。16eV以下的区域似乎有两个组成部分，其起效电位相差约1eV。当采样的氧由亚稳态a组成时，这是预期的gydF4y2Ba^1gydF4y2BaΔgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba氧气，或者当后者在gydF4y2Ba质谱计gydF4y2Ba源。gydF4y2Ba

图9。gydF4y2Ba在5W等离子体条件下，在30mTorr和质谱仪源压力为2.10的条件下，对纯氧的结果gydF4y2Ba^{－４gydF4y2Ba}托。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

降低等离子体反应器与质谱仪之间的压差，可以直接检测到等离子体中产生的亚稳态物质，只要亚稳态物质具有足够的内能和较长的使用寿命。gydF4y2Ba

此外，还简化了亚稳态物质和其他低能量、长寿命等离子体产品的检测。考虑到含能中性物质在表面等离子体加工中的作用，这些测量可能是适用的。gydF4y2Ba

该信息的来源、审查和改编来自Hiden Analytical提供的材料。欧洲杯足球竞彩gydF4y2Ba

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