等离子体处理过程中亚稳态物质的质谱分析gydF4y2Ba

质谱仪现在可以在接近于大多数等离子体处理系统的压力下操作，因为有了能够在4 × 10压力下使用的粒子探测器gydF4y2Ba^{－4gydF4y2Ba}托。因此，可以改进等离子体反应堆中中性和电离物种的取样。gydF4y2Ba

隐藏分析四极质谱仪(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法(TIMS)。gydF4y2Ba

不同的元素要使绕轨道运行的电子从它们的壳层中除去，就需要特定的电离能。这种能量随电子轨道的不同而变化，例如，由于较低的静电力和距离带正电的原子核较远，外层电子的电离能通常较弱。这就得到了电子撞击电离效率曲线(图1)。gydF4y2Ba

图1所示。gydF4y2Ba电子撞击电离效率曲线gydF4y2Ba

中性粒子的电离过程发生在冲击电子的最小(阈值)能量时，这是依赖和不同于气体矩阵中可用的任yabo214何物种。gydF4y2Ba

这导致了光谱“标识符”或“指纹”的所有分子或原子物种。例如，在等离子体聚变过程中，利用TIMS技术可以精确地确定中性物种的氦/氘(He/D2)比值。gydF4y2Ba

等离子体聚变的副产物是氦灰。在常规质谱模式下使用QMS时，由于在4amu处D2和He的重叠卷积质谱特征，通常不进行这种量化。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，显示了D2和He分别在15.4和24.5eV时的电子能谱。gydF4y2Ba

图2。gydF4y2BaD2和He的电子能谱分别在15.4 ev和24.5eV处开始电离。gydF4y2Ba

图3给出了这两种气体同时存在时的电子能谱，清楚地显示了这两种气体在TIMS谱中的反褶积。gydF4y2Ba

这表明有可能探测到氦中D2的存在，降低到ppm检测水平。位于英国牛津的欧洲联合环面核聚变实验设施使用gydF4y2Ba隐藏分析TIMS配备了质谱仪gydF4y2Ba对常规分析。gydF4y2Ba

图3。gydF4y2BaD2和He同时出现时所获得的电子能谱gydF4y2Ba

实验结果gydF4y2Ba

氦的电离势为24.6eV。图4中曲线的截面AB表示亚稳态He*gydF4y2Ba_米gydF4y2Ba原子，对自然衰变有弹性。一旦撞击探测器，它们就有足够的能量产生脉冲计数。gydF4y2Ba

图4中曲线的BC部分表示24.6eV以上的亚稳态和电离氦对电子能的贡献。在氩、氪和氖的其他分析中也获得了类似的数据。图4包括氪的数据。gydF4y2Ba

图4。gydF4y2Ba实验结果gydF4y2Ba

图4所示曲线的形式可以参考图5。图6显示了用于获取图4所示数据的系统的原理图视图。gydF4y2Ba

图5。gydF4y2Ba该图像显示了理解图4中所示曲线的形式的参考。gydF4y2Ba

图6。gydF4y2Ba用于获取图4所示数据的系统示意图。gydF4y2Ba

可以在反应器中，在电极和质谱仪的取样孔之间保持射频等离子体。从反应堆进入隐藏质谱仪的离子可以通过孔后的电极来控制。在4.10的压力下操作粒子探测器gydF4y2Ba^{－4gydF4y2Ba}托尔，气体被引入反应堆或直接进入质谱仪的源。gydF4y2Ba

在这里，等离子体在氦中运行，但质谱仪的内部电离源被关闭，其采样系统被设置为拒绝所有等离子体离子。在这些条件下，探测器记录下了He*的到达gydF4y2Ba_米gydF4y2Ba产生于等离子体中。亚稳信号与等离子体功率和反应器内气体压力成比例变化(图7)。gydF4y2Ba

图7。gydF4y2Ba亚稳信号与等离子体功率和反应器内气体压力成正比gydF4y2Ba

用氧等离子体代替氦等离子体时，等离子体中没有高能粒子，因为亚稳态氧物质的能量虽然寿命长，但不足以被探测器记录下来。yabo214gydF4y2Ba

图8显示了通过再次设置采样系统拒绝等离子离子并同时操作等离子体和质谱仪源记录的氦和氧混合物信号。gydF4y2Ba

图8。gydF4y2Ba记录的信号为氦和氧的混合物与等离子体和质谱仪源运行，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BC段显示了从反应器中取样的基态氦产生的离子，而AB段显示了从取样的亚稳态氦产生的离子。gydF4y2Ba

在20 ~ 25 eV的源中产生的亚稳态氦原子的贡献很小。阈值能量(未显示)预计约为5eV(图5)。在氧的内源中未观察到Penning电离。gydF4y2Ba

图9是纯氧在30mTorr、15W等离子体、质谱仪源压力为2.10条件下的数据gydF4y2Ba^{－4gydF4y2Ba}托。在16eV以下的区域似乎有两个起始电位相差约1eV的分量。当取样的氧由亚稳态的a组成时，这是预期的gydF4y2Ba^1gydF4y2BaΔgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba或者当后者生成时gydF4y2Ba质谱计gydF4y2Ba源。gydF4y2Ba

图9。gydF4y2Ba结果表明，纯氧条件下，5W等离子体，30mTorr，质谱仪源压力为2.10gydF4y2Ba^{－4gydF4y2Ba}托。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

当等离子体反应器和附加的质谱仪之间的压差减小时，等离子体中产生的亚稳态物种可以被直接检测到，前提是该物种有足够的内能和较长的寿命。gydF4y2Ba

此外，还简化了对能量较低、寿命较长的亚稳态物质和其他等离子体产物的检测。鉴于高能中性物种在表面等离子体处理中的作用，这些测量可能是适用的。gydF4y2Ba

这些信息已经从Hiden Analytical提供的材料中获得，审查和改编。亚博网站下载gydF4y2Ba

有关此来源的更多信息，请访问gydF4y2Ba针孔分析。gydF4y2Ba