مجله علوم، مهندسی و فناوری هسته‌ای

طراحی و ساخت سیستم کنترلر چشمه یونی از نوع برخورد الکترونی برای سیستم طیف نگار جرمی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

حمید رضا انصاری 1
احمدرضا ذوالفقاری 2
امیر حسین فقهی 1

1 گروه کاربرد پرتوها، دانشکده‌ی مهندسی هسته‌ای، دانشگاه شهید بهشتی، صندوق پستی: 1983963113، تهران - ایران

2 گروه رآکتور، دانشکده‌ی مهندسی هسته‌ای، دانشگاه شهید بهشتی، صندوق پستی: 1983963113، تهران ـ ایران

https://doi.org/10.24200/nst.2023.1398
چکیده
قدرت تفکیک دستگاه طیف‌نگار جرمی به صورت مستقیم به شدت یون خروجی و انرژی آن بستگی دارد. مقدار یون تولید شده به جریان و انرژی باریکه الکترونی وابسته است. از جمله وظایف مدار کنترل چشمه برخورد الکترونی تنظیم جریان و انرژی باریکه الکترونی برای رسیدن به قدرت تفکیک بهینه می‌باشد. در ساخت مدار کنترل چشمه برخورد الکترونی پارامترهایی نظیر تثبیت جریان باریکه الکترونی و انرژی آن، تنظیم دقیق پتانسل الکتریکی لنز و الکترودهای چشمه یونی بسیار حایز اهمیت می‌باشد. در این مقاله مدار کنترل چشمه یونی با قابلیت تنظیم و تثبیت دقیق جریان انتشار الکترون، انرژی باریکه و پتانسیل الکتریکی نقاط طراحی و ساخته شد. این مدار کنترلر بر روی دستگاه طیف نگار جرمی 44Varian MAT  نصب و مورد آزمایش قرار گرفت. مدار کنترل ساخته شده قادر به تثبیت جریان و انرژی الکترون بهتر از %1 می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

کنترلر چشمه یونی برخورد الکترونی
تثبیت‌کننده جریان انتشار الکترون
طیف نگار جرمی

عنوان مقاله English

Design and construction of electron impact ion source controller for Mass spectrometer system

نویسندگان English

H.R. Ansari 1
A. Zolfaghari 2
A.H. Feghhi 1
1 Radiation Application Department, Nuclear Engineering Faculty, Shahid Beheshti University, P.O. Box: 1983963113, Tehran – Iran
2 Reactor Department, Faculty of Nuclear Engineering, Shahid Beheshti University, P.O. Box: 1983963113, Tehran – Iran
چکیده English

The resolution of a mass spectrometer is dependent directly on the strength of the output ion and its energy. The number of produced ions depends on the current and the energy of the electron beam. One task of the electronic collision source control circuit is to regulate the current and energy of the electron beam to achieve optimal resolution. Parameters such as the stabilization of the electron beam current and its energy, the precise change of the electrical potential of the lens, and the ion source electrodes are very important in the construction of the electronic collision source control circuit. In this paper, the ion source control circuit was designed and built and stabilize the electron emission current, beam energy, and electrical potential of points. This controller circuit was installed and tested on the Varian MAT 44 mass spectrometer. The stabilization of the current and energy of the electron in this control circuit was measured to be less than 1%.

کلیدواژه‌ها English

Electron impact ion source controller
Electron emission current stabilizer
Mass spectroscopy
1. I.G. Brown, The Physics and Technology of Ion Sources, 2nd ed. (Wiley& Sons, 2004).
 
2. J.T. Watson, O.D. Sparkman, Introduction to mass spectrometry: instrumentation applications, and strategies for data interpretation, John Wiley & Sons (2007).
 
3. M. Bart, Electron impact ionization: Measurements of absolute cross-sections and cross-beam studies. (2003).
 
4. D.H. Dowell, Electron emission and cathode emittance, High Brightness Electron Injectors for Light Sources, 4-5 (2010).
 
5. K.L. Jensen, Introduction to the physics of electron emission, John Wiley & Sons (2017).
 
6.   W.M. Arnold, Particle patterning using fluidics and electric fields, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 15(1), 144-151 (2008).
 
7. E. Flaxer, Programmable smart electron emission controller for hot filament, Review of Scientific Instruments, 82(2), 025111 (2011).
 
8. J.-F. Saheb, et al., System integration of high voltage electrostatic MEMS actuators, Analog Integrated Circuits and Signal Processing, 53(1), 27-34 (2007).
 
9.   E. Flaxer, Multichannels high voltage programmable driver for piezoelectric transducer, Review of Scientific Instruments, 35104 (2008).
 
10. E. Flaxer, Compact programmable controller for a linear piezo-stepper motor, Mechatronics, 16(6), 303-308 (2006).
 
11. B. Kania, A LabView‐based hot cathode electron source simulator with no‐boundary condition computation method, International Journal of Numerical Modelling: Electronic Networks, Devices and Fields, 29(6), 1149-1160 (2016).
 
12. B. Kania, J. Sikora, System identification of a hot cathode electron source: Time domain approach, AIP Advances, 8(10), 105107 (2018).
 
13. N. Donkov, W. Knapp, Control of hot-filament ionization gauge emission current: mathematical model and model-based controller, Measurement Science and Technology, 8(7), 798 (1997).
 
14. A. O'dwyer, Handbook of PI and PID controller tuning rules, World Scientific (2009).
 
15. R.P.        Borase, et al., A review of PID control, Tuning methods and applications, International Journal of Dynamics and Control, 9.2, 818-827 (2021).

صفحه اصلی