2章离子源
离子源工作原理
离子源工作原理离子源是一种重要的离子加速器部件，它能够产生高能离子束，广泛应用于各种科学研究和工业生产中。
离子源的工作原理是通过一系列的物理过程和技术手段，将原子或分子转化为离子，并将其加速至高能状态。
本文将介绍离子源的工作原理及其相关知识。
首先，离子源的工作原理涉及到离子的产生过程。
一般来说，离子源可以通过热发射、场发射、化学发射等方式产生离子。
其中，热发射是指利用高温加热固体或液体材料，使其发射出离子。
场发射则是通过外加电场或磁场，将材料表面的电子抽离形成离子。
化学发射是指通过化学反应将原子或分子转化为离子。
这些方法都能够产生不同种类、不同能量的离子束，满足不同应用的需求。
其次，离子源的工作原理还包括离子的加速过程。
一旦离子产生，就需要通过电场或磁场进行加速。
在离子加速器中，通常会采用直流电场、交变电场或者交变磁场来对离子进行加速。
这些加速器能够将离子加速至高速，并产生高能离子束。
除了离子的产生和加速过程，离子源的工作原理还涉及到束流的聚焦和控制。
离子束在加速过程中会受到空间电荷效应和散射效应的影响，因此需要通过聚焦系统进行束流的聚焦和控制。
聚焦系统通常包括磁透镜、电子透镜等元件，能够将离子束聚焦到一定的空间范围内，保证其稳定性和精度。
最后，离子源的工作原理还需要考虑到离子束的输出和利用。
一旦离子束被加速和聚焦，就可以用于各种应用领域，例如材料表面改性、医学治疗、核能研究等。
离子束的输出和利用是离子源工作的最终目的，也是其重要的应用价值所在。
总之，离子源作为离子加速器的重要组成部分，其工作原理涉及到离子的产生、加速、聚焦和利用等多个方面。
通过对离子源工作原理的深入理解，可以更好地应用离子源于科学研究和工业生产中，推动离子技术的发展和应用。
细聚焦氩离子源-概述说明以及解释
细聚焦氩离子源-概述说明以及解释1.引言1.1 概述引言部分用来介绍整篇文章的背景和引导读者进入主题。
在概述部分，我们可以简单介绍氩离子源是什么，以及它的重要性和应用范围。
概述部分的内容可以编写如下：氩离子源是一种产生和释放氩离子的装置或设备。
氩离子源通过将氩气加热到高温，并施加足够的电场或电压，使氩气分子中的电子被激发并释放出来，形成氩离子。
作为一种重要的离子源，氩离子源在科学研究、工业制造、医学诊断和其他多个领域都有广泛的应用。
在科学研究中，氩离子源可以用于离子束的加速、表面修饰和材料分析等。
在工业制造方面，氩离子源被用于离子注入、离子镀膜和离子刻蚀等工艺，以改善材料性质和提高制造效率。
在医学诊断领域，氩离子源被应用于质谱仪和其他生物化学分析设备中，用于检测和分析生物样品中的分子。
此外，氩离子源还广泛应用于飞行器推进系统、光电显示器件和高压稳定器等领域。
本文将对氩离子源进行详细的研究和分析，包括其定义、主要原理和工作方式以及应用领域。
通过对氩离子源的深入挖掘，我们可以更好地理解其优势和局限性，并对其未来的发展趋势进行展望。
1.2文章结构文章结构：本文将围绕氩离子源展开详细的讨论和探究。
首先，在引言部分我们将概述本文的主要内容和目的，为读者提供一个整体的了解。
然后，正文部分将分为两个主要章节，分别是氩离子源的定义和原理以及其应用领域。
在这两个章节中，我们将深入探讨氩离子源的工作原理、特点和性能，并介绍其在不同领域中的应用情况和效果。
第一个章节——氩离子源的定义和原理，我们将详细介绍氩离子源的基本概念和相关的物理原理。
这将包括对氩离子源的定义和分类以及其内部结构和工作原理的解析。
我们将探讨氩离子源是如何生成氩离子并将其加速至特定能量的过程，并介绍相关的技术和设备。
第二个章节——氩离子源的应用领域，我们将重点介绍氩离子源在不同领域中的广泛应用。
这将包括但不限于材料加工、表面改性、生物医学、等离子体物理等领域。
第二章 植物对营养物质的吸收
第二章植物对营养物质的吸收植物的营养物质，或称养分或养料，是指植物必需营养元素及其所形成的不同化合物。
大部分营养物质是以离子或无机分子的形式进入植物体内，也有少部分以有机形态被植物吸收，但在某些情况下，植物也可直接吸收利用单质态的营养物质。
植物的吸收部位随不同的营养物质而异。
对于矿质养分，根是主要的吸收器官；对于气态养分（如CO2、O2、H2O、SO2等），主要通过地上部叶片进行吸收。
不过这种部位上的分工并不是绝对的，矿质养分有时也可以从叶片进入植物体，而根部也常常可以吸收气态养分。
这一章将分别讨论植物对营养物质的根部吸收及叶面吸收过程，但是，由于根部吸收是植物吸收矿质养分的主要途径，因此将给予较大的篇幅进行叙述。
第一节植物根系生物学特性与养分吸收传统上，人们将植物根系分为直根系（tap root system）［图2-1（a）］和须根系（fibrous root system）［图2-1（b）］两大类。
直根系则包括主根（tap root）、基根（basal root）和不定根（adventitious root）等3类，须根系是由种子根(seminal root）和不定根（adventitious root）组成。
各类型根的分枝称为侧根（lateral root）。
直根系中，主根是由胚根(radicale )最早发育而成的。
正常情况下，主根具有严格的向地性，垂直向下生长。
当胚根生长到一定程度，从茎基部长出一部分根，这些根称为基根。
不定根则是从下胚轴（hypocotyl)上长出来的根。
须根系中，种子根是由胚根最早发育而成的根。
而不定根是除种子根以外，其他直接由茎基部长出的根。
侧根是指直根系和须根系中，在主根、基根和不定根或种子根和不定根上生长出来的根。
侧根又分为一级侧根、二级侧根和多级侧根。
一、根的解剖学特点与养分吸收根的外部形态虽然随不同的植物类型有较大的差异，但其基本解剖学结构还是相似的。
从纵向上看，根自下而上可分为根冠、分生区、伸长区、根毛区和成熟区［图2-2 (a)］。
第2章 质谱法 (Mass Spectrum
假设m/z离子的初始动能为0， 在加速电压U的作用下离子的动能 :
1 zU m 2 2
离子在磁场强度为B的磁场中改做圆周 运动，其离心力=磁场力 r-轨道半径
m 2 Bz r
m B 2r 2 z 2U
单聚焦分析器可以是180°或90°或其他角度，形状像一把 扇子，又称为磁扇形分析器
CH4
16
标称分子质量
16.0312
精确分子质量
16.0422
平均分子质量
2．分辨率
m1 m1 R m2 m1 m
其中m1、m2为质量数，且叫m1＜m2。，故在两峰 质量数较小时，要求仪器分辨率越大。
质谱仪的分辨本领由几个因素决定： （i）离子通道的半径； (ii）加速器与收集器狭缝宽度； （iii）离子源的性质。 质谱仪的分辨本领几乎决定了仪器的价格。分 辨率在 500左右的质谱仪可以满足一般有机分析的 要求，此类仪器的质量分析器一般是四极滤质器、 离子阱等，仪器价格相对较低。若要进行准确的同 位素质量及有机分子质量的准确测定，则需要使用 分辨率大于10000的高分辨率质谱仪，这类质谱仪 一般采用双聚焦磁式质量分析器。目前这种仪器分 辨率可达 100000 ，当然其价格也将会是低分辨率 仪器的4倍以上。
近二十年来,“软电离”技术成功地实现了蛋白 质、核酸、多糖、多肽等生物大分子准确分子量 测定以及多肽和蛋白质中氨基酸序列的测定。
以某种方式使有机分子电离，破碎，然后按离子的质荷比 （m/z）大小把生成的各种离子分离，检测它们的强度，并将 其排列成谱,称为质谱;离子按其质荷比大小排列而成的谱图则 称作质谱图（Mass Spectrum）
2.1.7 质谱仪的主要性能指标
离子源 工作原理
离子源工作原理
离子源是一种常用的实验室设备，用于产生高能离子束。
它的工作原理是通过提供高电压电场和/或强磁场，将中性原子或
分子转化为带电的离子，并使其加速并聚焦成束。
离子源通常由两个主要部分组成：离子产生器和加速器系统。
离子产生器通常包括热发射阴极或电离区域，通过不同的方法将中性原子或分子转化为带电离子。
常见的方法包括热发射、化学电离和电子轰击。
在热发射过程中，阴极加热至高温，从而使阴极表面的原子或分子的能量增加，达到蒸发或过冷的程度，从而形成大量的离子。
化学电离是通过将原子或分子暴露在化学反应物中，使其发生离子化反应来实现的。
电子轰击通常通过向原子或分子发送高能电子，从而将其电离。
离子源的第二个重要组成部分是加速器系统，用于将产生的离子束加速到所需的能量和速度。
加速器通常包括多级电场和/
或磁场，通过对离子施加电场或磁场力来提高它们的速度。
这些离子束可以经过定向和聚焦，以便在实验室中进行各种实验和研究应用。
总之，离子源是通过将中性原子或分子转化为带电离子，并通过加速器系统将其加速和聚焦而产生的高能离子束。
它在物理、化学、生物等领域的研究中发挥着重要作用。
质谱发展历史-基础知识
C:
MALDI 激光解吸附离子源
Matrix-Assisted laser
Desorption/Ionization
MALDI源的出现解决了生物大分子的离子化难题， 离子化过程与FBI有相似之处。
1、使用基质，但基质为固体。
2、 MALDI用脉冲激光束轰击样品和基质的共结晶 。
品光降解。
4、串联质谱功能较弱，除非接反 射装置进行源后衰变测量。
5、不能分析非共价键相互作用。 6、定量时需要内校准。 7、如没有反射飞行装置，不能分
析多肽修饰。
8、对各种赋形剂的容忍度低（如 含磷酸缓冲液，大于150mM的盐
等。
Sample submission
In solution, as concentrated as possible, volume 10-20 ul Minimum Concentration 10 pmol/microliter Use 200ul PCR-style eppendorf tubes
1、单同位素质量monoisotopic mass
最轻的稳定同位素的质量（也有说自然界中丰度最 大的同位素的质量）。 只有高分辨率的质量分析器才能分离出单同位素峰 。
2、化学平均分子量M 根据同位素质量及丰度计算出平均质量，
所有元素的平均质量给出分子的平均质量。
3、最高峰质量 即未分辨开质谱峰最高处的质量数。
3、中性丢失扫描：
Q₃扫描与Q₁有一特定质量差异的子离子，谱图显示的是所 有特定中性分子丢失的母离子。
B、三级四极杆飞行时间质谱仪 Quadrupole time of flight
电荷数和质量数的计算
已知
mj=(m+nj)/nj
(Agilent)GCMS离子源清洗
感谢查阅
如有疑问可联系沟通！
甲醇
丙酮
正己烷
除极性成分
除极性成分
除非极性成分
第二章 具体操作
10 干燥零部件
将清洗好的零部件用热吹风 吹干，同时吹干镊子及盛放零件 的烧杯（可烘箱内低温烘干，也 可放在柱温箱内吹干）。
第二章 具体操作
11 组装离子源
在干净的纱布上操作，将各零部件组装离子源，安装离子源体，紧固螺丝，接上 连接线，关进MS侧板，接上卡口和排线，检查放空阀是否拧紧。
第二章 具体操作
3 手动放空
打开质谱仪散热格栅上方黑色塑料面板，拧松放空阀按钮，待听到“嘶嘶”的声音 结束后说明外界空气进入真空腔，内外气压平衡，可以打开侧板（否则打不开），并及 时拧紧放空阀。
第二章 具体操作
4 拆连接线
佩戴专用无棉绒手套，打开质谱 真空腔侧板，拆下离子源加热组件 连接线。（共15根线）
在干净的纱布上 操作，用蒸馏水将 氧化铝粉调成糊状， 采用棉签辅助搓洗 离子源配件。
第二章 具体操作
8 蒸馏水清洗零部件
将零部件放入干净的烧杯， 用蒸馏水清洗零部件2-3次， 直到无肉眼可见的白色沉淀， 再倒入蒸馏水，浸没零部件， 放在超声仪清洗10min.
第二章 具体操作
9 试剂清洗零部件
分别用甲醇、丙酮、正己烷对零部件清洗，每种试剂清洗15min.
GC/MS离子源清洗
目录
Contents
分享背景
具体操作
注意事项
第一章 分享背景
1 离子源为气质联用核心部件
第一章 分享背景
2 结构精密，构造复杂
第一章 分享背景
3 上门维护价格昂贵
工程师上门清洗费用800期清洗，确保检测准确
离子注入介绍
目录第一章离子注入原理第二章离子注入机简介第三章 GSD 200 E2离子注入机的组成及工作原理第一节 GSD 200 E2离子注入机的技术指标第二节 GSD 200 E2离子注入机的机械结构1.离子源部分 source component2.束线部分beam line component3.靶盘及终端台部分end station component 第四章安全注意事项第一章离子注入原理半导体是一种导电性能介于导体与绝缘体之间的一种物质.为了使半导体材料能够在半导体器件中制成p-n结,电阻器,欧姆接触以及互连线,需要对半导体进行掺杂以改变材料的电学性质,从而制成真正的半导体器件.掺杂就是将所需的杂质按所要求的浓度与分布掺入到半导体材料中,掺入杂质的种类,数量及其分布对器件的影响极大,必须加以精确控制,因此掺杂是半导体制造中的一道重要工艺.在集成电路制造中,掺杂主要采用两种方法:扩散法和离子注入法.扩散法就是利用高温将杂质掺入到半导体材料中,因为在一定的温度条件下,杂质原子具有一定的能量,它能够克服某种阻力进入到半导体中,并在其中作缓慢的迁移运动,这些杂质原子不是代替硅原子的位置就是处在晶体的间隙中.扩散运动只是从浓度高的地方向浓度低的地方移动,移动的快慢与温度,浓度梯度有关.一般讲高浓度深结掺杂采用热扩散,而浅结高精度掺杂采用离子注入.由于离子注入可以严格地控制掺杂量及其分布,而且具有掺杂温度低,横向扩散小,可掺杂的元素多,可对各种材料进行掺杂,杂质浓度不受材料固溶度的限制,所以离子注入目前己被广泛地采用.尤其是对于MOSVLSI器件,需要严格控制开启电压,负载电阻等,一般的热扩散技术已不适用,必须采用离子注入.所谓离子注入就是先使待掺杂的原子(或分子)电离,再加速到一定的能量,使之注入到晶体中,然后经过退火使杂质激活,达到掺杂的目的.当高能量的离子进入晶体后,不断地与原子核及核外电子碰撞,然后逐渐损失能量,最后停止下来.离子进入单晶后的运动,可分为两种情况.一种是沿着晶轴的方向运动,在晶格空隙中穿行, 好象在“沟道”中运动一样,它和核外电子作用,使原子电离或激发,由于离子质量比电子大很多,每次碰撞离子能量损失很少,且都是小角度散射,散射的方向是随机的,多次散射的结果离子运动方向基本不变.这种离子可以走得很远,称沟道离子.另一种是离子的运动方向远离晶轴,因此它们与原子核相碰撞,因两者质量往往是一个量级,一次碰撞可以损失较多的能量,且可能发生大角度散射,使靶原子核离开原来的晶格位置,它变成一个新离子,它可以继续碰撞另外一个原子核,由于原子核的碰撞损耗较多能量,所以它们走的路径也较短.这段从进入晶体后与原子核碰撞而停止的距离就是结深.不同能量的离子,行走的距离也就不同,所以我们就可以通过调节离子能量的大小来控制制品的结深.在实际的注入掺杂工艺中,为了提高注入的重复性,应尽量避免发生沟道注入,而使注入离子尽可能停留在晶格上,(事实上注入离子的很大部分并不正好处于晶格点阵上)这就必须控制好离子束与晶体主轴的角度.由于两者间的夹角比较难控制,所以注入时一般使离子束与晶体主轴方向偏7o-10o,使大多数离子停留在晶格上.离子对原子核的碰撞,会使一部分原子核离开晶格位置,形成一个碰撞与位移的级连,在靶中形成无数空位与间隙原子,这些缺陷的存在将使半导体中的载流子的迁移率下降,少子寿命缩短,从而影响器仲的性能.当注入剂量很大时(剂量单位:注入的离子数/每平方厘米)可使单晶硅严重损伤以至于变成无定形硅.因此离子注入后往往需要通过退火使靶材料恢复晶体状态,并且使注入的离子激活---即把不在晶格位置上的离子运动到晶格点阵上,起到电活性掺杂作用.第二章离子注入机简介根据不同的工艺,对离子注入有不同的要求,比如结深,剂量,均匀性,重复性等等,但是其中最基本的要求是结深和剂量.为了满足这两个要求,人们就设计了各种不同的注入机.我们知道结深与离子的能量有关,为了获得不同的结深可以通过调节注入离子的能量来实现,由此就出现了高能注入机,低能注入机.比如axcelis 生产的GSD/VHE高能注入机的能量为P＋ 10-1400KeV,B＋ 10-1600KeV.而axcelis生产的GSDIII/LED低能注入机的能量为0.2KeV-80KeV.所以仅这两种注入机就复盖了从0.2KeV-1600KeV全部能量范围.但仅有结深要求还是不够的,我们还需对掺杂离子的剂量有所要求,一般情况下掺杂离子的剂量与注入机输出的离子束束流有关,为了获得不同的剂量就可通过调整束流来实现,由此就出现了高电流注入机,中电流注入机.比如axcelis生产的GSD/200E2高电流注入机,在30KeV-160KeV情况下都能提供20mA束流(P＋和As＋).axcelis的8250HT中电流注入机,在3KeV-750KeV 情况下其束流在0.12mA-3.0mA可调(P＋).但是注入机按能量与束流的分类并非十分严格,但就一般而言,高能机的束流就小一些,高电流机的能量就低一点.虽然注入机的种类较多,但它们的工作原理还是基本相同的,尽管在结构上各有所异.离子注入机就是一个对所需的杂质分子进行电离,从而产生所需的离子,通过高压电场和磁场的作用,使离子获得足够的能量,均匀地注入到硅片上的一种专用设备.注入机本体可分为三大部分:离子源,束线部分,靶室及终端台.离子源.自由电子在电磁场的作用下,获得足够的能量后撞击掺杂气体分子或原子,使之电离成离子,再经吸极吸出,通过聚焦成为离子束,然后进入束线部分.所以离子源就是产生有能量的离子束的地方.束线部分.当离子进入束线部分后它将经过多道处理,以使我们得到所需要的离子.主要经过磁分析器,聚焦透镜,旗法拉弟,电子浴发生器等.事实上不同注入机的最大区别就在束线部分.我们可以在磁分析器后加上后加,减速电极,使离子能量增加或减少.可以在磁分析器后加上线性加速器使之变成高能注入机.也可以在磁分析器后加上离子水平和垂直扫描装置,实现电子扫描(非机械扫描).还可以在束线加速未端加上能量分析器,从而筛选出我们所需要的能量的离子.由于机台的不同,实现这些功能的结构或设备也有所不同.靶室及终端台从束线部分出来的被加速的离子最终到达靶室的硅片上实现离子注入.根据不同的机械结构,处于靶室中的硅片有的处于静止状态,有的处于垂直方向往复运动,也有的同时做垂直和旋转运动.另外处于靶室中的硅片为了工艺需要,常常将硅片平面调整到与束流成某一角度的位置.靶室与终端台的另一个作用就是实现硅片的装载与卸载.这是一套复杂的机械系统,为了适应程序化,自动化的需要,各注入机的终端台硅片传送系统也有很大不同.以上就是离子注入机的基本结构和工作原理.第三章 GSD / 200 E2离子注入机的组成及工作原理GSD / 200E2是美国axcelis公司生产的高电流离子注入机.经过多次改进,设备的性能有了很大提高.我们公司有两台GSD / 200E2，下面就主要参照GSD/ 200E2来介绍离子注入机的组成及工作原理。
加速器原理 第二章 粒子源与束流品质
第二章 粒子源与束流品质
引言
★ 粒子源是产生并注入被加速粒子的装置，是加速器的
第一个元件。
★ 根据所产生的粒子种类分为电子枪和离子源。 ★ 粒子源的束流品质直接影响加速器的束流性能指标。
§2.1 电子枪
概述：
★ 电子枪是产生电子束的装置件，用来为加速器提供电子束。
★ 电子枪按工作原理分为热发射式电子枪和场致发射式电子
§2.2 离子源
1、概述
2) 离解、电离及复合过程
离解是指分子在载能电子的作用下离
解 成原子；电离是指分子或原子在载能
电子的作用下电离形成离子。以氢为例
给出其典型的离解和电离方程。
2H2 e 21H e
1H e H 2e
2H2
e
H 2
2e
（离解过程） （电离过程） （分子离子）
2H e 2H 3e （原子离子）
枪。
§2.1 电子枪
1、热发射式电子枪
1）热发射枪的结构如图所示；
2）组成：发射极（阴极）、聚焦极（栅极）
和引出极；
3）发射极（阴极）： 阴极一般由低逸出功的
材料制成，由电源加热，发射出热电子。
要求阴极材料的电子逸出功要低、熔点要
高、蒸发率要小、不易中毒。
常用的阴极材料如：
钨 （逸出功：4.55eV），
复合过程是指离子捕获电子形成中性
原子或分子的过程。 离解、电离及复合是一动态过程，当
电离过程与复合过程达到动态平衡，放电 就达到了平衡，稳定的等离子体就形成
了。
3）等离子体的密度 等离子体的密度是离子源的重要参 数。 等离子体的密度越高， 引出的离 子束流就越强。提高等离子体密度的 办法，一般是在放电室加一轴向磁 场，其主要作用为： a ）使电子作螺旋运动，提高电子
《仪器分析》作业题解答
第二章气相色谱法1.简要说明气相色谱分析的基本原理借在两相间分配原理而使混合物中各组分分离。
气相色谱就是根据组分与固定相与流动相的亲和力不同而实现分离。
组分在固定相与流动相之间不断进行溶解、挥发（气液色谱），或吸附、解吸过程而相互分离，然后进入检测器进行检测。
2.气相色谱仪的基本设备包括哪几部分?各有什么作用?气路系统．进样系统、分离系统、温控系统以及检测和记录系统．气相色谱仪具有一个让载气连续运行管路密闭的气路系统．进样系统包括进样装置和气化室．其作用是将液体或固体试样，在进入色谱柱前瞬间气化，然后快速定量地转入到色谱柱中．19.有哪些常用的色谱定量方法?试比较它们的优缺点和使用范围?（1）．外标法：外标法是色谱定量分析中较简易的方法．该法是将欲测组份的纯物质配制成不同浓度的标准溶液。
使浓度与待测组份相近。
然后取固定量的上述溶液进行色谱分析．得到标准样品的对应色谱图，以峰高或峰面积为纵坐标，以浓度为横坐标作峰高或峰面积对浓度的标准曲线．该曲线为一通过原点的直线．分析样品时，在上述完全相同的色谱条件下，取制作标准曲线时同样量的试样分析、测得该试样的响应讯号后．由标谁曲线即可查出其百分含量．此法的优点是操作简单，因而适用于工厂控制分析和自动分析；但结果的准确度取决于进样量的重现性和操作条件的稳定性．（2）．内标法：当只需测定试样中某几个组份．或试样中所有组份不可能全部出峰时，可采用内标法．具体做法是：准确称取样品，加入一定量某种纯物质作为内标物，然后进行色谱分析．根据被测物和内标物在色谱图上相应的峰面积(或峰高)]和相对校正因子．求出某组分的含量．内标法是通过测量内标物与欲测组份的峰面积的相对值来进行计算的，因而可以在—定程度上消除操作条件等的变化所引起的误差．内标法的要求是：内标物必须是待测试样中不存在的；内标峰应与试样峰分开，并尽量接近欲分析的组份．内标法的缺点是在试样中增加了一个内标物，常常会对分离造成一定的困难。
第2章 质谱法 (Mass Spectrum
奇电子离子（odd-electron ion） 未配对的电子 是自由基， 具有较高的反应活性；
偶电子离子（even-electron ion） 不具有未配对电子的离子，相对奇电子离子较稳定。
多电荷离子（multiply-charged ion） 失掉两个以上电子的离子是多电荷离子， 测定大分子的质量
CH4
16
标称分子质量
16.0312
精确分子质量
16.0422
平均分子质量
2．分辨率
m1 m1 R m2 m1 m
其中m1、m2为质量数，且叫m1＜m2。，故在两峰 质量数较小时，要求仪器分辨率越大。
质谱仪的分辨本领由几个因素决定： （i）离子通道的半径； (ii）加速器与收集器狭缝宽度； （iii）离子源的性质。 质谱仪的分辨本领几乎决定了仪器的价格。分 辨率在 500左右的质谱仪可以满足一般有机分析的 要求，此类仪器的质量分析器一般是四极滤质器、 离子阱等，仪器价格相对较低。若要进行准确的同 位素质量及有机分子质量的准确测定，则需要使用 分辨率大于10000的高分辨率质谱仪，这类质谱仪 一般采用双聚焦磁式质量分析器。目前这种仪器分 辨率可达 100000 ，当然其价格也将会是低分辨率 仪器的4倍以上。
结构简单，操作方便，分辨率低， 只用于同位素质谱仪和气体质谱仪
(2)四极杆分析器
四根平行的棒状电极组成，相对的一对电极是等电位的
两对电极之间的电位相反，电极上加直流电压U和射频交变
电压V。
当U/V一定及场半径r固定时， 对于某一种射频频率，只有一 种 m/z 的离子可以顺利通过电 场区到达检测器，这种离子称 为共振离子。
此离子达到无场漂移管另一端的时间为
电子信息材料(第1-2章)
匀胶铬版 光刻
高分辩率干版
光刻胶
扩散源 液体 粉状 乳胶 固体、片状
扩散
纯度高与组成精确
石英棉
线径小，纯度高
工 序
离子注入
CVD外延与 薄膜沉积
所 需 材 料
离子源：B、P、As元素及化合物
对材料的主要要求
纯度高与组成精确 纯度高与组成精确 纯度高与组成精确 纯度高，有一定形状 纯度高，丝径均匀，机械 强度高，融熔成球
机械或热应力 杂质构成的晶格失配 漩涡缺陷
对材料性质的影响
对器件性质的影响 增大结漏电 软击穿 寿命劣化 增大结漏电 寿命劣化 电流增益劣化 增大结漏电 寿命劣化 电流增益劣化 增大结漏电 寿命劣化
增大结漏电 寿命劣化
沉积中心 影响扩散分布
沉积中心 影响扩散分布 滑移线 形成沉积物 造成热施主 形成氧化层错 形成沉积物
(1) 材料更新快、技术发展快、品种多。
(2) 材料的增值高。
(3) 质量是决定性因素。 (4) 生产的国际化。
表1-2 集成电路主工序所需的主要材料
工序 投片 氧化 所需材料 硅片
HCl气，H2气，O2气
对 材 料的主要要求 晶体完整性好，杂质含量低无损伤； 几何精度高； 表面清洁度好 高纯
Cr膜均匀； 平面度好，针孔密度小 平面度好，玻璃膨胀系数小，掩膜缺陷低 感光度高，分辩率高，针孔密度小，粘附性好
可粗略地理解为载流子的平均生存时间。
τ 的单位是毫秒(ms)、微秒(μ s)、纳秒(ns)等。
用作高频器件，寿命τ 要求要小； 用作探测器，则寿命τ 要求要大。
4 ) 晶向
一般以晶面与晶轴截距的倒数来表达。
由于晶体的各向异性，器件对材料的晶体取向有明确要求。
加速器第2章
在束流传输过程中，只有当粒子能量不变时，发 射相面积才是守恒的 。为了便于比较不同能量粒 子束的发射度，引入“归一化”发射度。 A n n 归一化发射度
相对速度
0 相对能量 p m0c
p mv 2m W
A A
n n
W v
三、亮度
引出系统 引出系统的要求是: 1) 能引出强的束流或具有高的引出效率； 2）引出的束流具有优良的品质； 3）具有适当的气阻。（放电室内是低真空，气压为0.1—
10Pa。加速管内则须保持高真空，气压低于10-3Pa ）
引出过程：等离 子体是良导体其 电位基本与阳极 电位相等
结构：
（a） 皮尔斯系统， 保证引出平行的离子束。
A
实用单位是米.弧（m· rad）
2.刘维定理 表述：带电粒子在保守力场和外磁场中 运动时，相空间内粒子代表点的密度在运 动过程中将保持不变。即：粒子群在相空 间中的行为像不可压缩的流体。
由刘维定理得出的两个推论： 1，运动过程中粒子数守恒，粒子在相空间代表点 的密度也不变，所以相空间内代表点所占相体积 也不变。 2，当粒子束沿 x, y , z 三个方向的运动互不相关时， ( x, px ), ( y, py ), ( z, 三个相平面 pz ) 粒子束分别在 内的代表点所占据的相面积在传输过程中也都各 自守恒不变。
（b）锥形离子束引出系统 （c）扩张杯引出系统 ，发射面形状好，降低引出 电场避免电场击穿。
聚焦电极 （以双筒电极为例）
（z<0）处受电场的聚焦作用，（z>0）则受电场的 散焦作用。
第三节 一 离子源的分类
离子源的主要类型
1电子碰撞型 具有一定动能的电子撞击气体分子产生等离子体， 再用电场从等离子体中引出离子束。所以又叫等 离子体源。 2固体表面电离型 电离发生在紧靠固体的表面。电离过程可以靠（1） 热能维持，（2）外部离子束、电子束轰击来维持。 （1）原理：电离能较低的元素粒子（碱金属和稀 土金属类）碰到高电离能的金属（如钨，铂，铱等） 表面时，就会使该元素的原子失去电子而成为离子。 这一原理制成的离子源能得到品质好，纯度高的离 子束，但粒子种类少，束流强度低 。
加速器原理总结123
1、加速器的分类：1) 按加速粒子的种类分: ①电子加速器;②离子加速器;③全粒子加速器. 2) 按粒子运动轨道形状分:①直线加速器;②回旋加速器;③环形加速器. 3) 按加速电场的种类分①高压;②感应;③高频共振加速器;2、加速器束流品质（1）粒子的品种（电子、离子、全粒子）（2）束流能量及可调范围;（3）束流的能散度：E E ∆（5）束流的发射度：'(,)S r r επ= ()mm mrad ⋅（4）束流强度及时间特性：I ，直流束或脉冲束。
3、粒子运动参数的相对论表达式 相对速度：v cβ=粒子质量：m =粒子能量：20mcε=22mc ε===001)W εεε=-=20()w P mv m c mcccβεββ+====由：22mc ε===12220()βεεε=-⇒1112222200001122000111()[()()][()]11[(2)][(2)]P w c c cw w w c cεεεεεεεεεεεε=-=-+=+=-+=+第二章 带电粒子的产生→电子枪和离子源（1）热发散电子枪的结构及工作原理 发射极、聚焦极和引出极；阴极一般由低逸出功的材料制成，由电源加热，发射出热电子。
要求阴极材料的电子逸出功要低、熔点要高、蒸发率要小、不易中毒。
栅极的主要功能是对阴极发射的电子起聚焦作用，也称为聚焦极 。
引出极将电子束引出到后加速器系统中。
原理：阴极通过加热发射热电子，栅极聚焦电子束，最后又引出极将电子束引出到加速器系统中。
（2）场致式电子枪的结构及工作原理 在场致发射式阴极上加适当高电压，在阴极表面附近形成大于106V/cm 的强电场，依靠强电场发射电子。
其他的同热发散式电子枪。
（1）高频离子源的工作原理; 高频离子源是一种电子振荡式离子源，利用高频电磁场和轴向稳衡磁场，使放电室中的 自由电子作往复振荡运动，从而使气体得以充分游离而形成等离子体，阳极和吸极之间加一定电压，形成轴向引出电场，使正离子通过吸极上的孔道引出。
质谱发展历史-基础知识
传递部分能量(多小于6ev)形成离子及部分碎片.
EI的优缺点
优点
1.级的灵敏度
2.有达10万个化合物的 数据库可快速检索
3.可根据碎片方式鉴定 未知物
4.从碎片离子判定结构
缺点
1.质量范围小
2.有可能汽化前发生解 离
3.碎片过多有时看不到 分子离子
B. FBI快速原子/离子轰击离子源 Fast Atom/Ion Bombardment
第一节 进样部分
要求： 大气压下的样品要进入高真空的质谱仪，
而不影响仪器的真空度。 方式：
进样板进样 进样头进样 毛细管进样（从气相色谱及液相色谱柱）
第二节 离子源
▪ A :EI源 Electron Ionization
▪
是1980年以前的主要离子化方式,只能用于远远小于生物有机分子的小分子
(400Da以下)的检测,样品需经过汽化(通常热解吸附)进入电离区,与电子流撞击.电子流
DC+RF
四极杆质量分析器的 优点
四极杆质量分析器通常与EI、ESI源联接 1、能容忍相对低的真空度（约10x10⁻⁵Torr） 2、m/z可达3000， ESI离子源产生的多电荷
生物分子离子m/z正好多在3000以内。 3、开销低廉。
B、离子阱质量分析器
三维的四极杆，RF加在环形电极上。
环形电极
品光降解。
4、串联质谱功能较弱，除非接反 射装置进行源后衰变测量。
5、不能分析非共价键相互作用。 6、定量时需要内校准。 7、如没有反射飞行装置，不能分
析多肽修饰。
8、对各种赋形剂的容忍度低（如 含磷酸缓冲液，大于150mM的盐
等。
质子束ECR源研制
质子束ECR源研制近年来，强流ECR(Electron Cyclotron Resonance)离子源因其体积小、寿命长、束流强度高、光学特性好、性能稳定等优点，逐渐受到人们的青睐。
本文计划研制一台强流质子束ECR源，该质子源将作为氘离子源的原型，为正在研制的6.0×1012n/s强流中子发生器提供强流氘离子束，以期能够达到设计要求产生足够强度的中子束流，进一步拓宽中子发生器的实验研究范围。
本文首先对ECR离子源的基本原理、主要结构和相关性能参数进行了较为详细地介绍。
在此基础之上，重点研究了微波传输系统和引出系统的相关性质。
在微波传输系统的研究过程中，根据阻抗匹配理论，并借助CST模拟软件，得到了三段双脊波导的优化设计模型，同时根据相关文献给出了微波窗的设计模型。
在引出系统的研究过程中，借助SIMION模拟软件，得到了引出系统各电极参数对引出束流特性的影响规律，在此基础之上，给出了三电极引出系统的初步设计方案。
关键词：电子回旋共振；阻抗匹配；引出系统；束流发射度第一章绪论离子源是用来产生离子束的装置，它被广泛地应用于原子物理、核物理、粒子物理、等离子体物理以及固体表面物理等领域。
然而，传统的离子源（双等离子体离子源、潘宁离子源等）工作寿命短、不耐腐蚀、束流强度不高等缺点，给现代科学研究带来了一系列问题。
人们迫切需要一种性能更加优良的离子源。
ECR离子源因其无极、耐腐蚀、寿命长、束流强度大、气耗量小、性能稳定等优点，越来越受到人们的关注。
1.1 ECR离子源的发展与现状早在上世纪60年代末，法国的Geller 等人就已开始了一对磁镜ECR离子源的实验研究[1]。
自ECR离子源诞生以来，它的发展主要经历了3个阶段：单磁镜的单电荷态阶段；min-B磁场结构的高电荷态阶段；短脉冲高电荷态阶段[2]。
然而早期的ECR离子源电功率消耗极大，这限制了它的应用及发展。
为了解决这一问题，同时出现了两种方法，一种是比利时Louvain-la-Neuve、美国MSU 以及西德Julich和Karlsruhe等研究中心使用的超导技术；另一种是法国Grenoble、美国Berkeley和Oak Ridge等研究中心使用的永磁技术[3]。
第二章 结构鉴定-质谱、核磁共振
为什么要双聚焦：
进入离子源的同种离子初始能量不为零， 且能量各不相同，加速后的离子能量也不相同 ，运动半径差异，难以完全聚集。 解决办法：加一静电场Ee，实现能量分散：
Ee mv Re
2
2EM Re
Re
2EM Ee
对于动能不同的离子，通过调节电 场能，达到聚焦的目的。
双聚焦分析器的特点：分辨率高
自旋轴
自旋的质子
H0
核的自旋角动量(ρ)是量子化的，不能任意 取值，可用自旋量子数(I)来描述。
I ( I 1)
h 2
I＝0、半整数或整数
I = 0， ρ=0， 不能产生自旋角动量，不会产生共振信号。
∴ 信号。 只有当I ＞ O时，才能发生共振吸收，产生共振
I 的取值取决于质量数和原子序数。
④荷电离子被加速电压加速，产生一定的 速度v，与质量、电荷及加速电压有关：
1 2 mv
2
zU
(1)
⑤加速离子进入一个强度为H的磁场，发生 偏转，半径为：
r mv zH (2)
将（1）（2）合并：
m Z H r 2U
2 2
(3)
当 r 为仪器设臵不变时，改变加速电压或 磁场强度，则不同m/z的离子依次通过狭缝 到达检测器，形成质量谱，简称质谱。
RP值越高越能与质荷比相近的离子分开
四、质谱的表示方法 两种表示方法：质谱图和质谱表 1、 质谱图
横坐标：质荷比m/z或m/e
纵坐标：离子的强度——离子流强度 ① 绝对强度
将每个峰的离子流强度相加作为总离子流强度。用 绝对强度表示各个离子流强度的百分数之和应为100%
② 相对强度 以质谱图中最强峰的强度为100%，称为基峰。其它 离子峰以对此基峰的相对百分值表示。 现在的质谱图都是以相对强度来表示
离子源工作原理
离子源工作原理离子源是一种用于产生离子束的装置，广泛应用于物理、化学、材料科学等领域的研究和应用中。
离子源的工作原理是通过电离原子或者份子，使其失去或者获得电子，从而形成带电的离子。
离子源的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 原子或者份子的产生：离子源中通常使用一种或者多种原子或者份子作为离子的来源。
这些原子或者份子可以通过化学反应、物理过程或者离子化过程来产生。
例如，可以使用电子轰击或者激光蒸发等方法将固体样品转化为离子。
2. 离子化过程：离子源中的原子或者份子需要通过离子化过程来失去或者获得电子，从而形成带电的离子。
离子化过程可以通过电离、化学反应、光解或者热解等方式实现。
其中，电离是最常用的离子化方法，可以通过电子轰击、激光光解或者辐射等方式将原子或者份子中的一个或者多个电子去除。
3. 离子束的加速和聚焦：离子源中产生的离子束需要经过加速和聚焦处理，以获得高能量和高聚焦度。
加速可以通过电场或者磁场来实现，常用的加速装置有电场加速器和磁场加速器。
聚焦则可以通过电场或者磁场的聚焦效应来实现，常用的聚焦装置有透镜和磁透镜。
4. 离子束的分析和控制：离子源中产生的离子束需要进行分析和控制，以满足实验或者应用的需求。
分析可以通过质谱仪、能谱仪或者电子能谱仪等仪器来实现，以确定离子的质量、能量和分布等参数。
控制则可以通过调节离子源中的参数，如电压、电流、气体流量等来实现，以控制离子束的强度、能量和方向等。
5. 离子束的应用：离子源产生的离子束可以用于多种应用，如表面改性、材料沉积、离子注入、质谱分析、离子束刻蚀等。
离子束的应用可以根据具体需求来选择离子源的类型和参数，以获得所需的离子束特性。
总结起来，离子源的工作原理包括原子或者份子的产生、离子化过程、离子束的加速和聚焦、离子束的分析和控制以及离子束的应用。
通过理解离子源的工作原理，我们可以更好地设计和应用离子源，推动离子束技术在各个领域的发展和应用。
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7，溅射离子源 sputtering ion source
利用阴极溅射现象产生固体离子的离子源。它 是产生负重离子的主要离子源，可分为离子束溅 射负离子源和等离子体溅射负离子源两种结构。 米德尔顿（Middleton）等发展的通用型负离子源 是前者的典型。它由钽丝组成的圆柱形表面电离 器产生5－10 KeV, 5-15 mA 的Cs+ 束轰击溅射靶， 同时有足量铯原子喷射靶的表面，降低其功函数。 这样可得到数百微安的各种重负离子，如Pt-, Cu-, Au-, Si-, C- 等达到150－300µA。
基于静电约束，用 高密度载能电子束产 生高电荷态离子的装 置。它由电子枪产生 一束细长的具有确定 能量的高密度强流电 子束，被一强的螺旋 管磁场聚焦，沿束形 成负空间电荷静电离 子阱，以捕获正离子 并使离子逐级电离， 直至达到受电子能量 限制的最高电荷态， 然后改变轴上电位分 布而引出离子。
EBIS装置由超高真空室、电子枪、漂浮管、 电子收集器、离子引出器、聚焦磁场以及工作气体或 外注入低电荷态离子源等组成。它的电离特性主要由 电子的能量、流强密度和束的长度决定。EBIS的电 子束长度约1m，当它短到1cm左右则称谓EBIT （Electron Bean Ion Trap，电子束离子阱）。后者已 有引出U92＋的记录！不同装置的 电子束能量范围为2~200keV 聚焦束流密度为 102－103A/cm2， 磁场强度为1－5T。 按其磁场结构可分为 “低温EBIS”和“室温EBIS”， 前者采用超导螺旋管， 后者则为普通磁体。
5，潘宁离子源 penning ion source
• 阴极发射的电子受磁场 约束并在静电阱中振荡， 发生碰撞电离形成高密 度等离子体。
• 它可以从阳极侧边开孔或反阴极中心开孔 在吸极电场作用下引出离子，分别称为径 向或轴向引出离子源。阴极引出离子密度 高，阳极引出高电荷态离子比例高。 • 按阴极结构可分为冷阴极和热阴极PIG源。 前者结构简单，但是弧压高（>1KV）影响 寿命，需冷却阴极或限制平均弧功率。
8，表面电离离子源 surface ionization ion source
• 利用表面电离现象，从高温金属表面蒸发、电离所吸收的原子 或分子使其成为离子的装置。它分为产生正离子和负离子两种 离子源。 • 正离子离子源适合电离具有低电离电位（≤5eV）的元素，如 一些碱金属、碱土金属和稀士金属元素；同时高温电离器需要 采用具有高功函数的材料，如钨、铼、铱或沸石（zeolite）。 • 负离子离子源适合电离具有高电子亲和势 (≥1.8eV) 的元素， 如卤素元素；高温电离器材料则要求其功函数低，如钨表面涂 一层单原子铯，铂表面涂碳或LaB6。 • 表面电离离子源的优点是引出离子的发射面稳定和元素选择性 好，且适合通常比较困难处理的碱金属和卤素元素。其缺点是 适用离子种类有限和热耗散太大。
第二章，离子源 ion source
1，引言
使中性原子、分子或原子团簇电离，并从中引出离子束的 装置。它是各种类型的离子加速器、质谱仪、电磁同位 素分离器、离子注入机、离子束刻蚀装置、离子束薄膜 沉积装置、离子束分析装置、离子推进器以及受控热核 聚变装置的中性束注入器等设备的不可缺少的部件，且 对整体结构与性能起着决定性作用. 所有离子源都包含 • 1. 放电室、 • 2. 放电物质与功率的导入元件、 • 3. 维持放电稳定和离子寿命的约束电场或磁场结构， • 4. 离子引出 • 5。 抽气系统 等五大部分。
9，电子枪 electron gun
• 产生电子并从中引出电子束的器件或装置。它是阴极射线管、电 视机显像管、电子显微镜、电子束加工装置和电子加速器等装置 不可缺少的部件。它在真空条件下工作。根据不同用途，要求提 供电子束达到的参数包括能量、功率、流强、束斑尺寸和密度分 布等差别很大，已有众多类型电子枪。它们一般由阴极、聚束极 和阳极构成。阴极产生电子又称电子源，分为热发射、场致发射、 等离子体阴极等各种类型。电子在阳极与阴极间高电场作用下加 速达到所需能量并通过阳极孔引出，聚束极用以控制电子束流密 度和流强。此外，光阴极和微波阴极是为电子直线加速器研究的 新一代电子枪。
试题
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 按照加速电场和粒子轨道的形态，加速器可以分为 那四大类? 为什么把1 GeV作为中能与高能之分界? 加速器家族的发展分为哪三个根系? 加速器家族的发展分为哪三个根系? Cockcroft & Walton ; Van de Graff; Lawrence; Kerst;Kapchinskii各发明了什么加速器? PET是什么意思,主要应用什么放射性核,什么加速器 生产? Blagg peak是什么意思? 加速器对燃煤烟气的辐照处理的脱硫脱硝的过程,要 求加速器的种类和指标.
6，高频离子源 RF ion source
• 利用低压气体中高频放电现象的等离子体离子源。它的基本结 构包含放电管（石英或派勒克司玻璃管）、高频功率耦合回路、 进气管和离子引出系统。许多源都有10-3－10-2 T的磁场（纵 向场、横向场或多极会切场）以提高等离子体密度并改善其分 布。源的典型工作参数为气压10-3－10-2 Torr 高频振荡器频率 1－100 MHz、功率几百瓦。RF离子源按高频功率耦合方式分 为电容耦合型和电感耦合型。后者居多，一般将RF线圈放在 放在电管外面，近来也采用天线结构装入放电室内。RF离子 源最大优点是结构简单、无灯丝，因而寿命长和等离子体中杂 质元素少。它适用包括氧的所有气体，在加速器和半导体工业 中广泛应用。它利用栅网引出结构可制成大面积（如φ10cm） 大束流（如300mA）适用于离子推进器和中性束注入器。此 外 ， 已 经 发 展 新 型 RF 会 切 场 离 子 源 ， 可 引 出 H- 离 子 束 （~40mA）和金属Cu+离子。
按照产生离子的不同方法（电子碰撞电离、热表面 电离、粒子束表面轰击电离、场致发射电离等）， 各种应用所需离子束的基本特征（种类：质子 （氘）、重离子、团簇离子、极化离子、放射性离子； 电荷态：正、负离子，高电荷态离子；束流参数：能 量、流强、发射度、能散度、束径等） 离子源结构中主要元件的特征（阴极：冷阴极、热 阴极、空心阴极、等离子体阴极等；约束场：永磁体、 超导磁场、磁镜场、会切场、均匀磁场、静电阱等； 放电功率源：射频、微波、电子束等；引出结构：轴 向或侧向、膨胀杯、多孔、多电极等）， 已经研制、生产出很多类型的离子源，形成不同系列和 名称。
• 冷阴极材料以Ti钛、Ta钽为 好。 • 热阴极有：热灯丝、间接加 热块状阴极(Ta 、W)及等离 子 体 自 热 阴 极 （ Ta 、 LaB6 等）。 • 热阴工作允许低孤压大弧流， 有利于产生高电荷态离子。 • 冷阴极的典型离子流为 ≤5mA • 热阴极PIG源的典型离子流 为≤100mA， • 最高电荷态分别为xe13+氙和 Xe16 ＋ 。利用溅射电极容易 获得高电荷态金属离子 • PIG源多才多艺，广泛用于 各类重离子加速器和离子束 设备。它的主要缺点是束流 品质欠佳和高功率下寿命短。
标准型离子源结构示意图
微波窗不 真空密封， 经济安全 线圈地电位，位置可调，可 优化场形 三电极 引出系 统，简 单
不同材料内 衬，增加质 子比
真空隔离 高压，方 便调整。
离源实验台架
微波系统及标准型离子源
励磁线圈
紧凑型离子源与各种形式放电室
3，电子束离子源 electron beam ion source（EBIS）
2，电子回旋共振离子源（ECR）
基于磁场中电子回旋共振，微波加热电离的磁约束等离子体离子源。 ECR条件为BC＝0.0357f (T/GHz)，式中f为微波频率，BC为磁场强度。 它可分为产生高电荷态离子的ECR离子源（f>2.45 GHZ）和产生强 流单电荷离子的微波离子源（f≤2.45GHz）。两者磁场结构也不同。前者 按最小磁场原理，由轴向磁镜场叠加径向多极场而成，使放电室中央的 磁场强度最小，室壁附近最强，其间存在一个闭合的ECR等磁场面。最 高场强越高越有利于高电荷态离子的产生，因此有的采用超导磁场结构。 微波离子源是简单的螺旋管磁镜场。当磁场强度略高于共振值，结 合高气压条件（>1Pa）实现不完全共振加热，可以更有效吸收微波能量， 从而达到1013／cm3的电子密度，引出很强离子流。这时微波窗的位置和 结构是影响离子源性能和寿命的关健问题。
注明结构名称12345
说明溅射离子源工作过程
AMS用什么离子源
10，放射性核束离子源
Radioactive Nuclear Beam Ion Source
产生放射性核束的设备。一般采取两种不同的方法，即弹核 碎裂法(PF法)和在线同位素法(ISOL法)。利用中能或高能 重离子束(50MeV/u～1GeV/u)打薄的核靶，炮弹核发生碎 裂，产生所需要的放射性核，并以与炮弹核相近的速度向 前方飞出。利用分离和输运系统，经过收集分离和纯化并 形成束流。由于一般中、高能重离子束流较弱(1011 ～ 1012 粒子/秒)只能用薄靶，而且弹核碎裂的开放反应道很 多，产生指定放射性核的截面小，固放射性核束流强度低， 目前一般在108 粒子/秒以下。而且，PF法的放射性束流 纯度低，束流品质差，束流能量固定，其每个核子能量与 初级重离子束能量相近，很难用于低能核物理研究。
又 名 PIG 离 子 源 ， 因 与 F.M.Penning发明和Philips 公司制造电离规Ionization Gauge相关的首字母缩写 词PIG而得名。 它的基本组成是处在 轴向磁场中的一个管形空 心阳极及一对阴极。两阴 极同轴放置在阳极两端， 其中一个为主要电子源称 为阴极，另一个与它构成 轴向静电电子阱称为反阴 极。
为了克服上述缺点，把PF装置产生的放射性核束注入 到储存环中去，进行进一步加工或者加以冷却，以改 善束流品质(即束流发射度和能量分辨)，或者进一步加 速或减速以满足物理实验的要求。在线同位素分离法 应用几十MeV到1GeV能量的强流(几百µA～mA)的轻 粒子束打厚靶，通过各种核反应产生放射性核素。为 了使奇异核素能迅速地从靶中扩散出来并从表面解吸， 靶必须运行在非常高的温度下(1300℃－2000℃)，为 避免靶材料在这样高的温度下气化和升华，要求它必 须是具备低蒸汽压的耐高温材料。一般来说，奇异核 素产生的几率为10-3量级。从厚靶中扩散出来的奇异核 素是中性原子，必须首先将它们在离子源中离化为离 子才能对之分析加速以供物理实验用。离子源必须有 较高的电离效率；低的发射度；离子源必须能在高温 下运行。适宜于在线同位素分离器的离子源有表面电 离源， ECR源和气体放电型离子源等