磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)是根據(jù)離子在磁分析器中運(yùn)動(dòng)時(shí)，不同質(zhì)荷比的離子有不同的偏轉(zhuǎn)半徑原理來實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分離的。磁場(chǎng)大小和分布對(duì)質(zhì)譜計(jì)的性能影響較大，因而設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)質(zhì)譜計(jì)磁場(chǎng)分布進(jìn)行精確計(jì)算。應(yīng)用有限元法建立了計(jì)算質(zhì)譜計(jì)磁分析器磁場(chǎng)的物理模型，并利用這一模型計(jì)算了磁分析器磁感應(yīng)強(qiáng)度在空間的分布情況。結(jié)果表明，在半徑分別為20 mm和50 mm的1/4 圓弧軌道上，其磁場(chǎng)分布規(guī)律類似。由于邊緣磁場(chǎng)效應(yīng)，在磁鐵邊界區(qū)域約3 mm范圍內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度基本呈直線下降，這一結(jié)果為磁分析器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和邊緣場(chǎng)補(bǔ)償提供了理論依據(jù)。

1、引言

　　磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)穩(wěn)定性好、定量性好、豐度靈敏度高，被廣泛應(yīng)用在星球探測(cè)、航天器環(huán)境分析、工業(yè)過程控制、食品安全、藥物檢測(cè)和疾病診斷等諸多領(lǐng)域。磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)磁分析器的主要作用就是為質(zhì)譜計(jì)提供均勻恒定的磁場(chǎng)，當(dāng)離子在垂直于磁場(chǎng)的平面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，不同荷質(zhì)比的離子有不同的偏轉(zhuǎn)半徑，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)離子的分離。因此質(zhì)譜計(jì)工作性能的優(yōu)劣很大程度上取決于磁分析器的合理設(shè)計(jì)。為了優(yōu)化結(jié)構(gòu)、減輕質(zhì)量，需要對(duì)其磁場(chǎng)的大小和分布，做出嚴(yán)密的分析與準(zhǔn)確的計(jì)算。這樣有助于所選用的磁性材料得到合理利用，充分發(fā)揮出材料的性能。

　　對(duì)于磁場(chǎng)的計(jì)算問題一直是磁工技術(shù)工作者關(guān)注的重點(diǎn)和難題。如今對(duì)磁場(chǎng)的計(jì)算已經(jīng)發(fā)展了很多種解析的方法，如級(jí)數(shù)解法、保角變換法和變分公式法等。然而問題在于這些解析法的缺點(diǎn)是缺乏普遍性，所以限定了它們只能處理最簡(jiǎn)單的情形。通常它們局限于穩(wěn)恒狀態(tài)情形，多數(shù)情況下只能用于二維空間。而對(duì)于復(fù)雜的磁場(chǎng)問題，想得到其解析表達(dá)式是極其困難的，此時(shí)只有借助數(shù)值方法來求解微分方程或積分方程。在磁場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算方法主要有有限差分法、邊界元法和有限元法等。在這幾種方法中，有限元法適用性最強(qiáng)，幾乎能處理所有的電磁場(chǎng)問題。

　　作者從Maxwell方程組出發(fā)，引入磁標(biāo)勢(shì)φ，根據(jù)泛函理論建立與之對(duì)應(yīng)的變分形式，然后利用變分原理建立求解磁場(chǎng)分布的有限元模型，獲得了磁分析器空間磁場(chǎng)的分布情況，重點(diǎn)研究了在其磁場(chǎng)均勻區(qū)域內(nèi)2條軌道上的磁場(chǎng)分布，為校準(zhǔn)磁分析器邊緣場(chǎng)區(qū)域提供了理論依據(jù)。

5、結(jié)論

　　用有限元法分析并計(jì)算了磁分析器空間磁場(chǎng)的分布情況，重點(diǎn)研究了以（0，30，0）為圓心、半徑為20 mm和以（0，0，0）為圓心、半徑為50 mm 的1/4 圓弧2 條軌道上的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布情況。結(jié)果表明，在磁鐵邊界區(qū)域大約3 mm 范圍內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小基本呈直線下降，這一結(jié)果為校準(zhǔn)和補(bǔ)償磁分析器邊緣磁場(chǎng)部分的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布提供了理論依據(jù)。