Xxix звенигородская конференция по физике плазмы и утс, 25 февраля 1 марта 2002 г. Анализ метода компенсации ионной подвижности, используемого в современных портативных газоанализаторах

XXIX Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, 25 февраля – 1 марта 2002 г. Анализ метода компенсации ионной подвижности, используемого в современных портативных газоанализаторах А.А. Елистратов, С.В. Шибков Институт криптографии, связи и информатики, Москва, РоссияПостроение теоретической модели метода компенсации ионной подвижности (КИП), используемого для измерения дрейф-спектров примесей в атмосферном воздухе, является важной прикладной и теоретической задачей. В основе метода лежит нелинейная зависимость дрейфовой скорости тяжелых ионов примеси в легком газе от напряженности поля в умеренно сильных переменных электрических полях. Характер зависимости подвижности является индивидуальным для каждого сорта ионов. Подбирая малое по сравнению с переменным постоянное компенсирующее напряжение, можно обеспечить пролет ионов определенного вещества через дрейф-камеру газоанализатора. В докладе сформулирован критерий поля и даны оценки гидродинамических параметров газового потока. В результате получены уравнения движения ионов в разделяющем поперечном электрическом поле. Последовательную аналитическую модель метода КИП на основе решения вышеуказанных уравнений удается построить только в случае плоской геометрии разделяющей дрейф-камеры. Рассчитан вид ионограммы – местоположение и форма пика, соответствующего некоторому сорту ионов примеси. Величина компенсирующего напряжения (местоположение пика) оказывается пропорциональной относительной величине нелинейной части подвижности, а ширина пика обратно пропорциональна времени нахождения порции примеси в дрейф-камере. Полученные параметры пика позволяют оценивать такие важные технические характеристики прибора как разрешающая способность и чувствительность. В случае цилиндрической геометрии разделяющей дрейф-камеры неоднородность электрического поля приводит к неидентичности траекторий различных ионов. Среди возможного ансамбля траекторий возникают выделенные траектории – предельные циклы, соответствующие частицам, возвращающимся за период изменения поля в исходное положение. В результате исследования поведения динамической системы проанализированы условия возникновения предельных циклов и их устойчивости, соответствующие режиму работы газоанализатора, называемому фокусировкой. Рассчитан вид ионограммы при произвольных параметрах газоанализатора и произвольной зависимости подвижности ионов от напряженности электрического поля. На основе анализа полученных результатов сформулирован критерий оптимального выбора режима работы газоанализатора.