6.2.1 작동 원리
섹터 질량 분석기의 작동 원리는 그림 6.3에 나와 있습니 다
그림 6.3: 180° 섹터 질량 분석기의 작동 원리
중성 기체 입자는 이온 소스에서 전자 충격을 통하여 이온화 됩니다(그림 6.4 a). 따라서 질량 m과 부하 q로 생성된 전자 들은 잠재적인 경도 U를 통하여 자기 섹터 필드로 이동하면 서 동시에 운동 에너지를 갖게 됩니다.
\[E_{kin} = q \cdot U =\frac{m \cdot v^2}{2}\]
공식 6-1: 운동 에너지
즉 이 전자들은 섹터 필드를
속도 $v=\sqrt{\frac{2qU}{m}}$. 로 통과합니다. 전하가 동일할 경우,
따라서 속도와 주어진 거리를 지나가는 데에 요구되는 시간 은 질량에 따라 달라집니다. 이것은 질량 분리를 목적으로 비 행 시간형 질량 분석기에 의해 직접 이용됩니다. 섹터 필드 질량 분석기에서 이온은 속도와 자기장에 수직으로 이동하 는 이온에 작용하는 Lorentz 힘에 의해 유발된 동종의 자기장 에서 원형 경로를 따릅니다.
\[F=q \cdot v \cdot B \]
공식 6-2:Lorentz 힘
반경 r인 원형 경로에서 Lorentz 힘은 원심력과 동일합니다.
\[q \cdot v \cdot B = m \cdot v^2 / r\]
공식 6-3: 힘의 균형 상태
이것은 경로의 반경을 계산하는 데에 사용됩니다.
\[r=\frac{m \cdot v}{q \cdot B} \mbox{및 공식 6.1} r=\sqrt{\frac{2mU}{qB^2}}\]
공식 6-4: 경로 반경
누출 감지기에 사용되는 섹터 필드 질량 분석기엔 일정한 자 기장을 공급하는 영구 자석이 장착되어 있으며, 그림 6.3에 서는 화상면에 수직으로 위치해 있습니다. 분석기는 단일 전 하 헬륨 이온들의 궤적이 제일 먼저 구멍을 통하여 그 다음엔 출구 구멍을 통하여 지나가서 마지막으로 감지기에 부딪치 는 방식으로 조정됩니다. 다른 모든 분자들은 구멍을 통하여 지나갈 수 없고 다시 중화됩니다. 헬륨에 대해 측정된 이온 전류는 헬륨 분압에 비례합니다. 공식 6-4에서 볼 수 있듯이, 경로의 반경은 가속 전압 U를 통과하면서 변할 수 있습니다. 실제 사용은 4 헬륨 뿐만 아니라 m / e 비가 2와 3인 이온까지 도 출구 구멍으로 굴절시키고 기체 수소와 3 헬륨의 감지에 제한되어 있습니다.
누출 감지 시 헬륨 테스트 기체의 높은 감지 감도를 얻기 위 하여 섹트 필드 질량 분석기가 민감한 감지기에 장착됩니다. 간단한 금속 수집기(Faraday 컵)는 더 이상 현재의 요구조건 을 충족시키지 않습니다. 그래서 현대의 누출 테스터는 극히 소형인 마이크로 채널판들을 포함시켜 고성능 저소음입니 다. 양쪽 면이 금속으로 코팅된 이 유리 마이크로 채널판들은 끝면(그림 6.4 b)에 약간 경사가 져 있고 내부 표면이 코팅된 가느다란 채널들을 무척 많이 갖고 있습니다. 이온이 표면에 부딪칠 경우 2차 전자들의 무더기 움직임이 촉발되고, 이것 은 판에 적용된 전압에 의하여 감지기로 가속화됩니다.
그림 6.4: 섹터 필드 질량 분석기: (a) 이온 소스, (b) 감지기
공식 6-4에 따르면 궤적의 반경은 자기장에 반비례합니다. 영구 자석에 사용 가능한 재료들은 자기장 강도에 제한을 부 여합니다. 이것은 헬륨 분석기의 반경을 10cm로 요구합니 다. 이온의 궤적이 충돌에 의해 방해받지 않도록 하기 위해서 는 평균 경도 길이가 대략 같은 규모여야 합니다. 헬륨 섹터 필드 질량 분석기의 최대 연속 작동 압력은 따라서 약 10-5 hPa입니다.
