用于短寿命核研究的多反射飞行时间质量分析器

Multi-reflection time-of-flight mass analyzer is one of the new experimental devices developed in recent years. As the flight path extended several orders of magnitude as the analyzer is traversed many times by the ions, it allows achieving higher mass resolving power than the conventional time-of-flight mass spectrometry. This project will develop a set of multi-reflection time-of-flight mass analyzer consisted of several reflection core electrodes, a time-of-flight detector and a Bradbury-Nielsen gate (BNG). The beam line length of the core section will be shorter than 800 mm, the suppression ratios up to 10000 and the mass resolving power over 100000. It can be used not only for direct high-accuracy mass measurements for short lived nuclides, but also for the fast selection of the target ones.

多反射飞行时间质量分析器是最近几年发展起来的新型实验装置之一。离子多次往返运动，延长了飞行路径，较传统的飞行时间质谱仪而言，其分辨率更高。本项目将研制一套多反射飞行时间质量分析器，主要由核心反射电极、飞行时间探测器和布拉德伯里-尼尔森离子门组成。其主要参数为：核心部分束线长度小于800mm，抑制比达到10000，质量分辨率大于100000。不仅可以将其用于短寿命核素的直接精确质量，而且可以实现目标核的快速选择。

MRTOF-MS是最近几年发展起来的新型质谱仪，较传统的飞行时间质谱仪而言，它的质量分辨本领更高。本项目开发了一种新的设计方法，该方法由参数设置和离子运动计算两部分共同组成；分全局搜索和局部细化两个步骤，可用于优化MRTOF-MS的几何构型、计算不同条件下的最佳电压设置组合。通过优化，确定了其几何参数和电压参数，讨论了不同电极上的电势偏差对质量分辨本领的影响，定量地分析了电源精度要求。优化结果表明：MRTOF-MS的最佳漂移长度约为400 mm；在最佳电压设置下，当40Ar1+的总飞行时间为6.5 ms 时，质量分辨本领可达1.3×10^5；要求电源精度好于50 ppm，最好达到20 ppm。根据优化结果，设计了一种机械结构与国际上同类设备不同的MRTOF-MS，完成了其机械、真空、电路、控制与获取系统的建造。项目已如期进入离线调试阶段，所取得的调试结果达到了设计值。本项目已研制的MRTOF-MS将与兰州充气谱仪SHANS联合使用，高精度地测量原子核的质量，同时，它还具备了快速质量选择能力。本项目为进行相关束流动力学研究，进一步研制分辨本领更高的设备奠定了基础；另外，研究成果将为其他大科学装置上相关终端的建设和便携式MRTOF-MS的研制提供支持。