1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 99
Текст из файла (страница 99)
асси*ек кролла ра Зс" я' ОО ~ Влектроккии утка~ ил ель Вз '~~Г~--- 3;,' р ~; е Ов !2бна~ гмоя 2 но Зм, оу Л предтусилителю -(5оое ьззьмя к источнику итокия зле пирон«аго 1ЗГЮ ООЕ ка кас адг Оь у кою мелк 1-МООаз Оп Оя Ою Оо Од Ов Ов 0" ~Л~е' ч"о Ф и г. З,бов Элекзрическая схема ззасс-спектрометра, использованного в опытах с дрейфовой трубкой Мак-Даниеля и др. )85 — 87).
Укаажнпве на схеме знзченно пагепкнзлов соогвевсгвунп режиму исследования положнгельних ионов. Все сопрогивлеиия в схеме — с запуском 1М. Обазвзчеиия в схеме алектртпюго умиожнтеляь т-верхняя вкран; О,-О„-диподы (ВОО «ам и 210 о на каскалу; Р— анап. подвижность ионов в глзах б!7 О способах нахождения подвижностей проанализнрованных по массе ионов из импульсного несамоподдерживающегося разряда сообщается также в работах Л)ак-Афн и Эдельсопа !88— 90).
В этом случае разряд происходил в межэлектродном промежутке длиной 1 см при давлении газа в несколько миллиметров ртутного столба. Анализ по массе ишюв, вылетающих из разрядного промежутка через щель в катоде, производился по методу времени пролета. Временная зависимость сигнала массспектрометра позволяла определить величину дрейфовой скорости ионов. 8 7. Подвижность ионов в газовых смесях.
Закон Бланка !1срвые опыты по измерению подвижности ионов в двухкомпонентных газовых смесях в зависимости от состава смеси были проделаны в )908 г. Бланком !9!). В подобного рода измерениях часто наблюдается, что обратная величина подвижности ионов является линейной функцией относительного содержания каждой нз компонент смеси. Такая завнсилюсть известна под названием закона Бланка н может быть выведена следующим образом. Допустим, что а) отношение напряженности электрического поля к давлению мало; б) концентрации ионов и молекул настолько малы, что ионпонпыми взаимодействиями и трехчастичнымн столкновениями можно полностью пренебречь; в) состав газовой смеси не влияет на состав ионов.
Рассмотрим вначале случай одного чистого газа. Поскольку известно, что подвижность обратно пропорциональна плотности газа„подвижность ~Я' прп температуре Т и давлении р можно выразить следующим образоли где ет' — константа, а Лг — число молекул в единице объема. Аналогично этому подвижность при нору!а.пьных условияхОЯ.О удовлетворяет уравнению где Л1е — число Лошмидта. Теперь рассмотрим слуесь нз двух газов, состоящую нз Л'„молекул газа А в единице объема н Л'О молекул газа 6 ГЛАВА 9 518 и то К 0,5 0,4 1 о =- — —— ~ох~~ с ! ~в = — 1ул дг ов Ц2 01 0,9 в единице объема с соответствующими константами 6л и 6в, Поскольку 1 — = стлМГ об ол Для иона с заданной дрейфовой скоростью передачу игипульса одной компоненте газа будем считать независимой от наличия или отсутствия другой компоненты. Тогда, поскольку мы допустили, что смещение газов не изменяет природы ионов, подвижность ионов в смеси ОЩ~в дается уравнением 1 Ж 51 =Олдтл+Ов1тгв = ж А7 + 09 рт лв ол с ов т.
Если теперь положить давление равным 1 атл, так что й1Л+гтв=д1с, гоаб лв переходит вел'олв, а подвижность ионов в газовой смеси при нормальных условиях дается уравнением )л )в л + в ~ОЛ В ~Од ® ОВ где )л н 1в — относительные концентрации молекул А и В. Ввиду того что 1л+1в=1, зто уравнение можно переписать в виде )ЛБОВ + ( 1Л) МОЛ (9.7.1) 'обола оа Од~он Это и есть закон Бланка. Как показали эксперименты (92), проведенные бристольской группой с положительными ионами щелочных металлов, закон Бланка выполняется в некоторых, но не во всех из исследованных газовых смесей. В отдельных случаях намечались отклонения от лттпейного закона кривых зависимости обратной величины подвижности от концентрации.
Величина отклонения от линейного закона составляет несколько процентов. В более поздних опытах Мак-Даниеля и Крейна [931 исследовались двухкомпоненптные смеси кислорода с ннертнымн газами, СОз, Хт н $17 1(аблюдалст1 только один отрицательный нон, и зависимость О 10 20 ЗО 40 50 бО 70 ВО 90 100 Родерткание Оа, % Ф и г. 9.7.1.
Обратная величина подвижности отрицательных ионов (приведенная к давлению 780 лсн рю. слс и температуре 0" С) в смесях кислорода с инертными газами, указанными для каждой кривой. 0 Ю 20 30 40 50 бб 70 50 90 1ОО Содержание Ох, % Фиг. 97.2. Обратная величина подвижности отрицательных ионов (приведенная к давлению 760 лск ра.. слс и температуре 0'С) в смесях кислорода с газани СО„Ыт и Нт 1981. подвижность ионов в гдзлх ГЛАВА З Градна дл» ал »сени» подь * ~нлспаь Распределение пм си«иола аваль пруд . .
адд й В ГОО поссмаяние, с л временная диаграммп Разряд к81 8 9 Орем прои ьаольние единичи его подвижности от концентрации, как показывают фиг. 9.7.1 и 9.7.2, вполне соответствовала закону Бланка '). Исследование гелиево-неоновых смесей при 300, !95 и 77' К в опытах Курвнлла и Бионди [94) также дало результаты, соогветствующне закону Бланка. Эти наблюдения согласуются со строгой теорией Чепмена — Энскога, из которой следует (95), что закон Бланка может нарушаться только вследствие влияния изменения состава смеси ца природу ионов. й 8. Методы измерения подвижности Первые измерения дрейфовой скорости ионов были выполнены Томсоном и Резерфордом (6) в когше Х1Х в.
вскоре после открытия рентгеновских лучей. По вполне понятным причинам в первые годы техника проведения этих измерений была довольно грубой, и с тех пор она непрерывно совершенствуется вплоть до пап~их дней. Для измерения подвижностей предложено более 20 методов, пять из которых будут описаны ниже. Описание остальных методов читатель найдет в книге Леба [61 Два яедавно разработанных метода определения подвижности ионов с их одтювременной масс-спектрометрической идентификацией [86, 90) описаны в конце $6 настояшей главы. а. Методы «четырехсеточного» электрического затвора Тиндаля и др.
Большая серия измерений подвижности ионов, имеющая весьма важное значение, была проведена в период 30-х годов Тнндалем и др. (96) (в Бристоле) методом так называемого «четырехсеточного» электрического затвора. Разработанный Тиндалем, Старром и Пауэллом этот метод недавно был использован для весьма точных измерений Бити [97), который усовершенствовал первоначальный вариант постановки опыта на основе последних достижений электроники и вакуумной техники. Мы рассмотрим метод четырех сеток на примере установки Бити. изображенной на фиг. 9.8.1. В верхней части фигуры схематически показана геометрия электродов. В средней части показано распределение потенциала в один из моментов измерительного цикла, внизу указана зависимость потенциала от времени.
Пространство между двумя затворами — это область дрейфа. Для создания в ней однородного электрического полн предусмотрены охранные кольца с центральным отверстием диаметром 2,5 сл, отстояшие друг от друга на 1 см. Перепад потенциала на области дрейфа составляет )Уь В пространстве между ионным источником и первым затвором ионы из разряда '1 О результатах намерений с кислородом говорится в гл.
9. й 9, и. »д» «охлаждаются» до температуры газа (термализуются) перед измерением их дрейфовой скорости. Пространство термализации разделено сеткой на две области с перепадами потенциала (гз и 1',. Все три напряжения (/ь ут и )лз можно изменять независимо друг от друга. Периодически включая импульсный генератор высокочастотных колебаний ва частоте 20 Мгг1, ионизуют Фиг. 9гд1. Метод четырехсеточного электрического затвора в варианте, предложенном Ьнтв 1971.
газ в разрядной камере, показанной на верхнем чертеже слева. Длительность импульса работы генератора составляет 7 мксек. Под действием поля объемного заряда ионы диффундируют на стенки разрядной камеры, причем некоторые из них проникают сквозь отверстия в правой степке и поступают в пространство термализации.
Через время Т, ко всему пространству дрейфа импульсно прикладывается отрицательное напряжение. Этот импульс отпирает первый затвор и пропускает ионы в пространство дрейфа. Затем после дополнительной задержки Т, выраба- глава з тывается положительный импульс, который открывает второй затвор н пропускает ионы па коллектор. Преимущество такого способа импульсного включения заключается в том, что импульсы нигде не искажают электрического поля, кроме как в затворах. Коллектор соединен с электрометром, показания которого регистрируются самописцем с записью по осям Х и У. Ток электрометра можно записывать как функцию 1~ь 1~ь $з, Т~ или Ть Это позволяет легко определять дрейфовую скорость в зависимости от Е/р.
Напуск газа осуществляется с помогцью системы, состоящей из следующих узлов: пирексовая вакуумная система, откачиваемая до !О з мм рт ст., ртутный вентиль для отключения насоса, прогреваемый металлический кран для папуска газа пз трубки катафореза !98 — !00), ртутный манометр, манометр Мак-Леода для измерения давлений ниже б мм рт. ст. и, наконец, ловушка с жидким азотом для вымораживания ртутных паров. После перекрытия ртутного вентиля давление при включенной ионизациоцной лампе, работающей в режиме очень малой эмиссии, достигает 10'з мм рт. сг, лишь через несколько дней.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
