高时间分辨飞行时间离子探测器关键技术研究

Background and Significance：. Development requirements for time of flight mass spectrometer，proposed to develop a TOF ion detector on high time resolution, the ion detector is the core devices of the time-of-flight mass spectrometer (TOF-MS). The ion detector is composed of the detectortube and one high gain MCP and metal anode. Compared with two common MCP ion detectors, which has higher time resolution, the higher the corresponding speed and higher detection efficiency. Its high time resolution can greatly improve the limits of mass resolution of TOF-MS, so it is the new ideal ion detector of TOF-MS. Prepared to carry out the research work on TOF-MS ion detector Systematically.To enhance the technical level of our country in TOF ion detector .To accelerate the pace of China's developing high performance TOF-MS and participate in international competition has a positive significance..Main research contents:. The purpose of this project is to design TOF ion detector with high time resolution;and to research on key technology of high gain MCP，Including the shaping technology of surface high flatness of MCP for the ion detector;and to research the bias angle of MCP for the ion detector;and to research the pore size of MCP for the ion detector;and to research on Fast electronic readout method and experimental data processing technology..Expected research results: . A Φ25 high timeresolution time-of-flight ion detector tube assembly is achieved..1-2 patents were applied and 1-3 academic papers were published..1-2 graduate students were trained..A concluding report on the key technology research project of Φ25 high time-resolved time-of-flight ion detector was provided.

意义及背景：针对飞行时间质谱仪的发展需求，提出研制一种高时间分辨飞行时间离子探测器，该探测器是飞行时间质谱仪(TOF-MS)的核心器件。它由离子探测器管体、高增益MCP组件和阳极组件等组成。它具有更高的时间分辨率、更快的响应速度和更高的探测效率。它的高时间分辨率可以大大提高TOF-MS的极限质量分辨率，因此，它是TOF-MS理想的新型离子探测器。通过系统性地开展TOF-MS用离子探测器的研究，对提升我国在飞行时间离子探测器研制方面的技术水平，加速我国研制高性能TOF-MS的步伐和参与国际竞争有积极的意义。.主要研究内容：高时间分辨飞行时间离子探测器设计；高增益新型MCP研究；MCP工艺关键技术研究，包括表面高平面度整形技术研究，离子探测器MCP斜切角研究和离子探测器MCP微通孔直径尺寸研究；快电子学读出方法以及实验数据测试技术研究。.预期研究成果： 完成符合技术指标要求的Φ25高时间分辨飞行时间离子探测器样管组件一只。申请专利1-2项，发表学术论文1-3篇。培养硕士研究生1-2名。提供研制Φ25高时间分辨飞行时间离子探测器关键技术研究项目结题报告一份。

针对飞行时间质谱仪的发展需求，提出研制一种高时间分辨飞行时间离子探测器，该探测器是飞行时间质谱仪(TOF-MS)的核心器件。它由离子探测器管体、高增益MCP组件和阳极组件等组成。与采用两块普通MCP的离子探测器相比，它具有更高的时间分辨率、更快的响应速度和更高的探测效率。它的高时间分辨率可以大大提高TOF-MS的极限质量分辨率，因此，它是TOF-MS理想的新型离子探测器。通过系统性地开展TOF-MS用离子探测器的研究，对提升我国在飞行时间离子探测器研制方面的技术水平，加速我国研制高性能TOF-MS的步伐和参与国际竞争有积极的意义。.项目主要完成情况和结果如下：.1.完成离子探测器的结构设计和材料选择，通过在MCP输出端和阳极之间加入栅网电极的结构设计，实现对倍增电子的飞行路径进行校正，使其飞行距离更为相近，提升了响应速度。.2.采用ALD技术研发高增益MCP，通过选择调整和优化高二次电子发射系数材料在制备高增益MCP的工艺参数，获得了满意的结果。.3.研制了高平整度高精度MCP整形模具，通过调整真空退火炉工艺参数，得到了符合要求的高平整度MCP。.4.分析了MCP偏置角和MCP微通道孔径对高时间分辨飞行时间离子探测器的影响，对高时间分辨飞行时间离子探测器用MCP的选择具有指导意义。.5.完成离子探测器组装，研制出离子探测器专用高压电源，改进了离子探测器参数测试电路，通过不断努力，获得了比较理想的测试结果。脉冲宽度：﹤560 ps FWHM （优于700 ps FWHM指标）；上升时间：﹤315 ps（优于350 ps指标）；增 益：﹥4E10 6（优于5E10 5）；探测效率:>98% ；输入表面平面度±3μm（优于10μm指标）。.6. 课题组围绕本课题研究，在国内外期刊发表论文3篇，申请发明专利6项，已授权发明专利6项。