단순하고 튼튼한 설계 덕분에 섹터 필드 질량 분석기는 헬륨 누출 감지기에 사용됩니다. 이들의 질량 범위는 2u(수소 분 자)와 4u(헬륨 원자) 사이의 질량으로 제한됩니다. 이것은 작 고 간편하지만 매우 강력한 질량 분석기의 제작을 가능하게 해줍니다.
섹터 질량 분석기의 작동 원리는 그림 6.3에 나와 있습니 다
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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 m 과 부하 q 로 생성된 전자 들은 잠재적인 경도 U 를 통하여 자기 섹터 필드로 이동하면 서 동시에 운동 에너지를 갖게 됩니다.
공식 6-1: 운동 에너지
즉 이 전자들은 섹터 필드를
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.
공식 6-2: Lorentz 힘
반경 r인 원형 경로에서 Lorentz 힘은 원심력과 동일합니다.
공식 6-3: 힘의 균형 상태
이것은 경로의 반경을 계산하는 데에 사용됩니다.
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.
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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.
헬륨 감지용 섹터 필드 질량 분석기는 지금은 자동 제어 진공 시스템이 있는 누출 테스터에 통합되었습니다. 그 결과 작업 자는 분석기의 기능적 용량에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 이 시점에서 높은 감지 감도를 유지하기 위한 내부 표면의 이 간 거리의 중요성을 강조할 필요가 있습니다.
퇴적물은 산란된 이온으로 충격을 받으면 국부 공간 전하 로 바뀔 수 있습니다. 이 전하들은 헬륨 이온의 경로를 변 류하여 감지기에 도달하는 이온들의 수를 감소시킵니다.
마이크로 채널판의 퇴적물은 2차 전자의 생산을 감소시키 고 따라서 증폭 인자를 낮춥니다.
분석기의 내부 벽은 간단한 청소가 가능하지만, 오염된 마이 크로 채널판들은 교체되어야 합니다. 계기의 높은 감지 감도 를 유지하기 위해서는 물체와 장비의 청소가 매우 중요합니 다.
