磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計是根據(jù)離子在磁分析器中運動時，不同質(zhì)荷比的離子有不同的偏轉(zhuǎn)半徑原理來實現(xiàn)質(zhì)量分離的。磁場大小和分布對質(zhì)譜計的性能影響較大，因而設(shè)計時需要對質(zhì)譜計磁場分布進行精確計算。應(yīng)用有限元法建立了計算質(zhì)譜計磁分析器磁場的物理模型，并利用這一模型計算了磁分析器磁感應(yīng)強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，其磁場分布規(guī)律類似。由于邊緣磁場效應(yīng)，在磁鐵邊界區(qū)域約3 mm范圍內(nèi)，磁感應(yīng)強度基本呈直線下降，這一結(jié)果為磁分析器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和邊緣場補償提供了理論依據(jù)。

1、引言

　　磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計穩(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、航天器環(huán)境分析、工業(yè)過程控制、食品安全、藥物檢測和疾病診斷等諸多領(lǐng)域。磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計磁分析器的主要作用就是為質(zhì)譜計提供均勻恒定的磁場，當(dāng)離子在垂直于磁場的平面上運動時，不同荷質(zhì)比的離子有不同的偏轉(zhuǎn)半徑，從而實現(xiàn)對離子的分離。因此質(zhì)譜計工作性能的優(yōu)劣很大程度上取決于磁分析器的合理設(shè)計。為了優(yōu)化結(jié)構(gòu)、減輕質(zhì)量，需要對其磁場的大小和分布，做出嚴(yán)密的分析與準(zhǔn)確的計算。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。

　　對于磁場的計算問題一直是磁工技術(shù)工作者關(guān)注的重點和難題。如今對磁場的計算已經(jīng)發(fā)展了很多種解析的方法，如級數(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是缺乏普遍性，所以限定了它們只能處理最簡單的情形。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。而對于復(fù)雜的磁場問題，想得到其解析表達(dá)式是極其困難的，此時只有借助數(shù)值方法來求解微分方程或積分方程。在磁場的數(shù)值計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，幾乎能處理所有的電磁場問題。

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

5、結(jié)論

　　用有限元法分析并計算了磁分析器空間磁場的分布情況，重點研究了以（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)強度大小基本呈直線下降，這一結(jié)果為校準(zhǔn)和補償磁分析器邊緣磁場部分的磁感應(yīng)強度分布提供了理論依據(jù)。