Espectroscopia En Masa de la Especie Metaestable durante el Tramitación del Plasma

Por AZoNano

Índice

Introducción
Observaciones
Resultados
Conclusiones
Sobre Hiden Analítico

Introducción

Entre los métodos de uso general para los estudios de la espectrometría de masa de tramitar plasmas, “el método de la ionización del umbral” (TI) para examinar la especie neutral generada en plasma ha sido específicamente útil. En El Pasado, el método se ha aplicado usando presiones de la fuente en el espectrómetro de masas de cerca de 10-6 Torres. Con la disponibilidad actual de los detectores de la partícula, que se pueden operatorio en presiones considerablemente más altas, uno puede estudiar las extensiones probables del método del TI. Los actuales datos para las presiones del espectrómetro de masas de hasta 4,10-4 Torres usando las mezclas de gases que incluyen los gases raros demuestran los átomos metaestables sin obstrucción de larga duración de los gases inertes en la fuente de las plasmas y el espectrómetro de masas.

Para los gases tales como oxígeno, la generación de especie metaestable en la fuente del espectrómetro de masas también se observa. La interpretación de los datos experimentales de la ionización del umbral también se discute. Las mediciones activan nuevas avenidas de la investigación para el análisis de gas y los diagnósticos de plasma para los gases que tienen estados de larga duración, metaestables.

Observaciones

Con la disponibilidad de los detectores de la partícula que se pueden utilizar en las presiones hasta 4 x 10Torr-4, los espectrómetros de masas se pueden operatorio en las presiones que son mucha más cercano a ésos usados en muchos sistemas de tramitación del plasma. Esto activa el muestreo mejorado de la especie neutral e ionizada de los reactores del plasma. Además, el espectrómetro de masas Analítico del tetrapolo de Hiden (QMS) puede operatorio en un modo donde está variable la energía de los electrones emitidos dentro de la fuente de la ionización. Este modo se conoce como la Espectrometría de Masa de la Ionización del Umbral o TIMS. Diversos elementos han especificado las energías de ionización necesarias para eliminar un electrón que estaba en órbita. Esta energía es relacionada en el orbitario del electrón, es decir los electrones del shell exterior tienen energías de ionización más débiles debido a la mayor distancia y bajan generalmente fuerzas electroestáticas del núcleo. Esto da lugar a las curvas de la eficiencia de la ionización de impacto del electrón mostradas en el Cuadro 1.

Cuadro 1. curvas de la eficiencia de la ionización de impacto del Electrón.

El proceso de la ionización de partículas neutrales comienza en la energía de umbral mínima de los electrones de afectación. Esta energía mínima es relacionada y exclusiva a cualquier especie presente en la matriz del gas, dando por resultado un “identificador espectral” o la huella dactilar para toda la especie atómica o molecular. Para la especie neutral, por ejemplo, una aplicación determinada de la técnica de TIMS ha sido cuantificar exacto la determinación de las relaciones de transformación del deuterio del helio durante la fusión del plasma, donde está el subproducto la ceniza del helio. Normalmente, se hace esta cuantificación mientras que usar QMS en un modo espectral en masa tradicional debido al traslapo enrolló las firmas espectrales en masa de ambos D2 y Él en el amu 4 (la separación en masa real es apenas 0,02 amu). Cuando operatorio el Hiden QMS Analítico en el cuadro 2 del modo de TIMS muestra los espectros de energía de electrón para el Deuterio (D2) y el Helio (He) con inicios de la ionización en el eV 15,4 el eV y 24,5 respectivamente.

Cuadro 2. espectros de energía de Electrón para el Deuterio (D2) y el Helio (He) con inicios de la ionización en eV 15,4 el eV y 24,5 respectivamente.

Cuando estos dos gases son presentes juntos, el espectro de energía resultante de electrón se muestra en el cuadro 3. Puede ser visto que hay una deconvolución sin obstrucción de las dos especies en los espectros de TIMS tales que la presencia de D2 se puede detectar exactamente en Helio hacia abajo a las partes por millón de (ppm) niveles de la detección. Los espectrómetros de masas equipados TIMS Analíticos de Hiden ahora se utilizan regularmente y en la operación actual en la TOBERA el recurso experimental de la fusión nuclear del Toro Europeo Común, Oxford, REINO UNIDO.

Cuadro 3. espectro de energía de Electrón de una mezcla del helio y del deuterio.

Resultados

El potencial de ionización del helio es el eV 24,6. La sección AB de la curva es debido a la formación de átomos metaestablesm de He*, que tienen un curso de la vida largo contra la extinción espontánea. Tienen considerable energía para generar cuentas del pulso mientras que afectan en el detector. Para las energías de electrón encima del eV 24,6 la sección de la curva incluye A.C. contribuciones metaestables e ionizadas del helio. Los datos Similares fueron obtenidos en otros experimentos para el neón, el criptón y el argón. Los Datos para el criptón se incluyen en el Cuadro 4. El formulario de las curvas mostradas en el cuadro 4 se puede entender en referencia al cuadro 5.

Cuadro 4. espectro de energía de Electrón para el criptón.

Cuadro 5. Explicación de cómo ocurrió la curva en el cuadro 4.

Los datos del cuadro 4 fueron detectados usando el sistema mostrado esquemáticamente en el cuadro 6. plasma del RF se pueden mantener en el reactor entre un electrodo y el orificio del muestreo del espectrómetro de masas. Los Electrodos detrás del orificio se pueden utilizar para controlar la entrada de iones del reactor en el espectrómetro de masas de Hiden. El detector de la partícula se puede utilizar para las presiones de 4,10-4 Torres. Los Gases fueron permitidos en el reactor o directamente en la fuente del espectrómetro de masas. He*m fue detectado en el plasma cuando el plasma operatorio en helio con la fuente interna de la ionización del espectrómetro de masas lejos y de su conjunto del sistema del muestreo para evitar que todos los iones del plasma la incorporen. La señal metaestable es proporcional a la potencia del plasma y a la presión de gas en el reactor, tal y como se muestra en del cuadro 7. Cuando el plasma del helio fue reemplazada por el plasma del oxígeno, no se detectó ningunas partículas enérgicas del plasma, puesto que las especies metaestables del oxígeno, aunque sean de larga duración, tienen energía escasa que se registrará por el detector.

Cuadro 6. Diagrama Esquemático del sistema.

Cuadro 6. presión de Gas en el reactor.

Con plasma y el operatorio de la fuente del espectrómetro de masas, y el sistema del muestreo fijado otra vez para rechazar los iones del plasma, las señales registradas para una mezcla del helio y el oxígeno estaban tal y como se muestra en del cuadro 7. Para la curva del helio, la sección muestra A.C. los iones generados del helio del conexión a tierra-estado muestreado del reactor, mientras que los iones de las demostraciones del AB de la sección produjeron del helio metaestable muestreado. Habrá una pequeña contribución debido a los átomos metaestables del helio generados en la fuente entre el eV 20 y 25. Se prevee que la energía de umbral (no mostrada) esté alrededor de 5eV tal y como se muestra en del Cuadro 4.

Cuadro 7. Señales para el helio y el oxígeno.

Para el oxígeno, no había pruebas de Encerrar la ionización en la fuente interna. Para el oxígeno puro, el plasma de 15 W en el mTorr 30 y una presión de la fuente del espectrómetro de masas de 2,10-4 Torres proporcionaron a los datos mostrados en el Cuadro 8. La región debajo del eV 16 aparece tener dos componentes con los potenciales del inicio que difieren por cerca de 1 eV. Éste debe ser preveído si o el oxígeno muestreado incluye el oxígeno 1metaestableg de Δ, o si estes último fueron producidos en la fuente del espectrómetro de masas. Para el actual experimento, el proceso de la fuente dominado.

Cuadro 8. espectros del Oxígeno que no muestran ningún señal de Encerrar la ionización.

Conclusiones

Disminuyendo el diferencial de presión entre un reactor del plasma y un espectrómetro de masas asociado tal como el espectrómetro de masas de Hiden permite la detección directa de la especie metaestable producida en el plasma si éstos tienen cursos de la vida largos y considerable energía interna. La Detección de una energía más inferior, pero aún la especie de larga duración, metaestable y otros productos del plasma también se simplifica, tales mediciones pueden ayudar a considerar el papel de la especie neutral enérgica en el tramitación del plasma de superficies.

Sobre Hiden Analítico

Hiden Analítico es fabricante de cabeza de espectrómetros de masas del tetrapolo para la investigación y para la ingeniería de proceso. Sus productos Nuestros productos dirigen un rango de aplicaciones diverso incluyendo:

  • Análisis de gas de la Precisión
  • Diagnósticos de Plasma por la medición directa de las energías de los iones y del ión del plasma
  • Antenas de SIMS para la ciencia de la superficie de UHV
  • Cuantificación del funcionamiento de la Catálisis
  • Estudios Termogravimétricos

Estos instrumentos analíticos se diseñan para trabajar sobre un rango de presión que extiende a partir de 30 procesos de la barra hacia abajo a UHV/XHV.

Esta información ha sido originaria, revisada y adaptada de los materiales proporcionados por Hiden Analítico.

Para más información sobre esta fuente, visite por favor Hiden Analítico.

Date Added: Jan 20, 2012 | Updated: Jul 15, 2013

Last Update: 15. July 2013 16:36

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