3705 НЕЛИНЕЙНЫЕ РЕЗОНАНСЫ В ТРЕХМЕРНОЙ ИОННОЙ ЛОВУШКЕ - Страница 3

При использовании подраздела меню «Ввод ионов извне» можно определить следующие параметры.

  • Энергия вводимого ионного потока - задается в электрон-вольтах.
  • Электрод, через который вводятся ионы - кольцевой или торцевой.
  • Координаты точки ввода - x0,y0 и z0. При этом необходимо задать любые две координаты точки ввода, а третья при этом рассчитывается и выводится в соответствующем поле. Если вы, например,  собираетесь ввести координаты x и y, то необходимо сначала нажать клавишу XY, а затем  ввести числовые значения этих координат в соответствующих окнах.
  • Углы ввода ионного потока. Задаются в градусах. При этом, если выбран кольцевой электрод, задание угла fi=0о соответствует вводу потока ионов в плоскости XY, а задание угла fi=90о соответствует вводу потока ионов в плоскости XZ. Если выбран торцевой электрод, задание угла fi=0о соответствует вводу потока ионов в плоскости YZ, а задание угла fi=90о соответствует вводу потока ионов в плоскости XZ.
  • Разброс скоростей. Возможно задание либо нулевого разброса (при этом все ионы вводятся с одними и теми же проекциями скорости на оси координат, соответствующими ранее описанным параметрам), либо задание теплового разброса скоростей( при этом к проекциям скорости на оси координат, соответствующими ранее описанным параметрам добавляется величина *R, где R- случайное число в диапазоне от -1 до 1).
  • После выбора и задания всех параметров необходимо нажать клавишу Ok, после чего вы сможете увидеть направление нормали к точке ввода и луча ввода ионов на изображении датчика ТИЛ в двух координатных плоскостях.
  • Если полученная картинка не удовлетворяет вас, то вы можете изменить один или несколько параметров и снова нажать на клавишу Ok. Если же заданный способ ввода ионов вас удовлетворяет, то вы можете выйти из этого раздела программы, нажав клавишу Close.

В процессе  моделирования в разделе основного меню «Моделирование работы ТИЛ» вы можете получить  информацию о процессах, проистекающих в трехмерной ловушке:

  • в правой части экрана отображается движение ионов в выбранной вами (с помощью соответствующей клавиши) плоскости. Для ускорения расчета можно остановить смену изображений, нажав на клавишу «Stop»;
  • в левой части экрана можно получить информацию о положении рабочей точки на диаграмме стабильности, изменении энергии ионов и изменении числа удерживаемых в ловушке ионов.

В процессе  моделирования в разделе основного меню «Расчет ФМП» следует задать;

  • границы расчета: величины a1s ( координата a1 начала расчета) и a1f  (координата a1 окончания расчета). При этом программа сама предлагает  эти параметры в соответствии с границами зоны стабильности при заданном положении нагрузочной прямой;
  • фазы начала расчета задаются с помощью величин «начальная фаза» - задает первую из фаз ионизации (ввода ионов), которые будут использованы при моделировании; «конечная фаза» - задает последнюю из фаз ионизации. Число точек по фазе - задает число фаз ионизации (ввода ионов);

*                   число ионов при построении ФМП - задает число ионов одной массы (с одним значением a1)  в начале сортировки (не более 8000);

*                   число точек при построении ФМП - это число разбиений интервала параметра а1 внутри заданного интервала a1s - a1f;

*                   число периодов сортировки.

Увеличение каждого из последних четырех параметров ведет к увеличению времени расчета. Общее время расчета пропорционально произведению этих трех ранее перечисленных параметров. Это может сказаться при недостаточной мощности компьютера.

Клавиша «GO» инициирует начало  расчета ФМП.

Клавиша «Stop» прерывает начатый расчет ФМП.

Клавиша  «NEW» позволяет задать заново параметры для расчета новой ФМП.

При расчете ФМП о близости рабочей точки к линии нелинейного резонанса можно судить по величине nv, рассчитываемой по формуле:.

Клавиша «Ионы» позволит вам наблюдать за процессом сортировки в ловушке. Однако если постоянно выводить изображение двигающихся ионов внутри ловушки, то расчет ФМП может сильно затянуться (в зависимости от используемого компьютера). Убрать это изображение с экрана можно, нажав на клавишу «Закрыть».

После окончания работы с любой частью программы следует закрывать раздел клавишей «Close».

 

По указанию преподавателя студенты выполняют одно или несколько из нижеследующих заданий.

 

Задание 1

 

Исследование влияния амплитуды нелинейного искажения на движение частиц в ТИЛ.

 

1. По заданию преподавателя или в соответствии с таблицей, приведенной ниже, рассчитайте линию нелинейного резонанса определенного  порядка с заданным значением k.

Номер

бригады

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

N

3

4

3

5

6

4

4

5

5

5

k

2

3

1

4

5

2

1

2

3

1

l

1.42

1.2

0.9

1.2

1.2

0.9

1.1

1.42

0.9

1.0

Найдите точку пересечения этой линии и нагрузочной прямой. (Программа выполняет это автоматически после задания параметров N, k , l   и нажатия клавиши F2. ) Определите координаты a1 и a2 для точки пересечения. Эта часть задания выполняется в пункте основного меню «Расчет диаграммы стабильности».

2. Проведите расчет движения частиц в ловушке. Задайте значение амплитуды искажения, равное 0 (параметр xr  или xra), и проследите за поведением частиц в ловушке на протяжении 100 периодов сортировки. Эта часть задания выполняется в пункте основного меню «Моделирование работы ТИЛ».

3. Занесите графики изменения числа частиц, оставшихся в датчике и средней координаты z в зависимости от времени в процессе сортировки с экрана монитора к себе в отчет.

4. Повторите пп. 2-3, постепенно увеличивая амплитуду нелинейного искажения, задавая ее равной: 0.001, 0.003, 0.005, 0.01, 0.03 и 0.05.

5. Постройте графики зависимости числа частиц, оставшихся в ловушке после 50 и 100 периодов сортировки, от величины амплитуды нелинейного резонанса. Сделайте выводы о влиянии амплитуды нелинейного искажения на характер движения частиц в ловушке.

 

Задание 2

 

Исследование влияния положения рабочей точки на движение частиц при нелинейном резонансе

 

1. По заданию преподавателя рассчитайте линию нелинейного резонанса определенного  порядка с заданным значением k (или используйте таблицу, приведенную в задании 1). Найдите точку пересечения этой линии и нагрузочной прямой. Определите координаты a1 и a2 для точки пересечения.

2. Проведите расчет движения частиц в ловушке. Задайте значение амплитуды искажения, равное 0.01, и проследите за поведением частиц в ловушке на протяжении 100 периодов сортировки.

3. Зафиксируйте с экрана монитора изменение числа частиц, остающихся в датчике, и изменение средних координат частиц в процессе сортировки.

4. Повторите пункты 1-3, изменив в пункте 1 параметр l, определяющий наклон нагрузочной прямой, перемещая таким образом рабочую точку вдоль линии нелинейного резонанса.

5. Сделайте выводы о влиянии близости границы области стабильности на движение частиц при нелинейном резонансе.

 

Задание 3

 

Исследование влияния амплитуды нелинейного искажения на форму массового пика в режиме масс-селективного накопления

 

1. По заданию преподавателя или из таблицы рассчитайте линию нелинейного резонанса определенного  порядка с заданным значением k. Найдите точку пересечения этой линии и нагрузочной прямой. Наклон нагрузочной прямой при этом следует задать таким образом, чтобы она пересекала область стабильности вблизи одной из вершин (рекомендуемый диапазон l от 1.42 до 1.4336 для нечетных бригад и от 0.8832 до 0.9 для четных).

 

Номер

бригады

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

N

3

3

4

4

5

5

6

6

7

7

k

2

1

2

2

2

3

2

4

2

5

 

2. Проведите расчет формы массового пика. Задайте амплитуду искажения, равную 0. При задании числа точек для расчета массового пика помните о том, что большее число точек дает большую точность, но приводит к большему времени расчета. По умолчанию число точек задано равным 10. Если преподаватель не укажет иного, то не изменяйте этого параметра.

3. Перенесите с экрана монитора к себе в отчет формы массового пика, соответствующие 20, 40 и 100 периодам сортировки.

4. Повторите пп. 2, 3 задания, задавая значения амплитуды искажения 0.005, 0.01, 0.03 и 0.05.

5. Сделайте выводы о влиянии нелинейных искажений на форму массового пика.

 

Контрольные вопросы

 

1.   Объясните принцип  действия гиперболоидных масс- спектрометров.

2.   Запишите выражение для распределения потенциала внутри трехмерной ионной ловушки.

3.   Как изменяется распределение потенциала внутри ловушки при наличии нелинейных искажений?

4. Что называется амплитудой нелинейного искажения ?

5. Что такой нелинейный резонанс? Запишите выражение, определяющее линию нелинейного резонанса.

6. Как влияют нелинейные искажения на движение частиц в трехмерной ионной ловушке?