静电六极杆装置的优化方案

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静电六极杆技术由上世纪60年代开始在实际科研中取得应用。利用极性分子在非均匀电场中的Stark效应,静电六极杆装置可以对分子束中布居在某一转动态的分子进行聚焦从而实现转动态选择。静电六极杆装置首先应用于对称陀螺分子的聚焦,随后人们发现静电六极杆装置也可以对某些线性分子和不对称陀螺分子进行聚焦。这样进一步扩大了静电六极杆装置的应用范围。本文主要介绍了对现有的静电六极杆实验装置的优化方案。原有的实验装置已经获得了对称陀螺分子的聚焦曲线,但是聚焦曲线各个转动态有很大的重叠,很难分辨每一个转动态聚焦峰的具体位置,这样就对成功选择转动态造成了困难。我们分析原因主要有以下两点:一是分子束的转动温度较高,各个转动态的布居权重更接近,这样造成了有更多的转动态参与聚焦,各个转动态聚焦峰重叠较多;二是由于现有的六极杆装置的构型参数以及六极杆前后端的限制分子束宽度的器件对聚焦峰的宽度产生影响。基于以上两点,本文对可能的优化方案进行研究探讨。本文在第一章中介绍了静电六极杆技术的发展历史及静电六极杆技术在物理、化学等领域的应用。在第二章中,我们介绍了超声分子束技术的原理及其在六极杆装置中的重要应用价值。随后,介绍了模拟超声速膨胀过程的DSMC计算方法和相关模拟软件。在第三章中,我们介绍了Stark效应的原理以及六极杆装置对对称陀螺分子的聚焦原理,接着介绍了分子在六极杆中运动轨迹的模拟方法和模拟分子转动态聚焦峰的计算软件,最后介绍了六极杆聚焦曲线的模拟方法。在第四章中,我们给出了六极杆装置的优化方案。首先我们介绍了原有的实验系统的具体结构和六极杆装置的相关参数。对于六极杆前端分子束性质的模拟,我们使用DSMC方法模拟得到了分子束的数密度、轴向速度、径向速度、平动温度等数据。随后我们提出了在原有的skimmer之前再加入一个skimmer的建议,程序模拟的结果显示分子束的平动温度有一定程度的降低。我们建议在原有六极杆前端加入一个beamstop来减小聚焦峰宽度和排除背景信号。我们建议在六极杆装置前端添加一个collimator来排除掉那些飞出六极杆的分子以减小放电效应的影响。我们接着分析了六极杆杆长参数对聚焦信号的影响,我们建议增加六极杆的杆长从而获得更好的实验结果。最后,对于如何充分冷却分子束,我们提出了一些相关建议。
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